邊學邊干：操作系統(tǒng)課程教學改革的探索與實踐

宋廣華　李善平　鄭扣根

摘要以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標，探討了新形勢下操作系統(tǒng)課程改革的思路；提出了“邊學邊干”的教學理念；闡述了在課程設置與教材建設、多元化教學手段、師資隊伍建設等方面的探索與實踐。

關鍵詞操作系統(tǒng)Linux教學手段邊學邊干

操作系統(tǒng)作為計算機科學與技術專業(yè)的核心支撐軟件，從來都是各院校計算機專業(yè)課程建設中的核心專業(yè)課程。

隨著計算機應用向縱深方向的進一步拓展，計算機操作系統(tǒng)課程的重要性日益突出。早期計算機專業(yè)的學生學習操作系統(tǒng)，往往局限于基本理論知識的掌握和一些典型算法的實踐，那時候，學生很少有機會去了解操作系統(tǒng)的內部結構和實現(xiàn)技術。當前，開放源代碼軟件日益深入人心，以Linux為代表的開放源代碼操作系統(tǒng)軟件，已成為大學生尤其是研究型大學學生學習、研究計算機基礎支撐軟件的首選。這為大學操作系統(tǒng)課程教學提供了更好的實驗平臺，但也提出了更高的要求。

本文討論了浙江大學計算機學院操作系統(tǒng)課程教學改革的探索與實踐。

1 課程的培養(yǎng)目標

圍繞著浙江大學以“知識（Knowledge）、能力（Ability）、素質（Quality）”（簡稱KAQ模式）為目標的辦學理念，該校計算機學院操作系統(tǒng)課程在專業(yè)培養(yǎng)目標中的定位與課程目標是：

（1）以培養(yǎng)學生實際動手能力為宗旨，堅持“理論指導實踐、實踐強化理論”的指導思想，走“邊學邊干”的教學路線；

（2）針對本學院學生理論基礎扎實、英文功底強的優(yōu)勢，采用國外優(yōu)秀的原版教材，旨在培養(yǎng)學生掌握最先進的操作系統(tǒng)原理、算法及技術；

（3）培養(yǎng)學生“主動學習”的興趣與能力，在要求學生完成基本實驗的基礎上，鼓勵、吸引學生學習、研究乃至改進最新的操作系統(tǒng)實現(xiàn)技術，從而激發(fā)他們的研究創(chuàng)新能力。

2 課程內容與教材建設

2.1課程內容

操作系統(tǒng)原理是操作系統(tǒng)課程建設中的基礎。類似于其他計算機軟、硬件技術的發(fā)展，操作系統(tǒng)也經(jīng)歷了系統(tǒng)結構與實現(xiàn)技術的變更與發(fā)展。早期的操作系統(tǒng)由于受硬件、程序設計語言及軟件設計技術的限制，一些設計原理與實現(xiàn)技術相比較于現(xiàn)代操作系統(tǒng)來講已經(jīng)過時或不合理了。因此，在確定操作系統(tǒng)原理授課內容時，我們積極跟蹤國外最新的操作系統(tǒng)原理教材，摒棄掉傳統(tǒng)操作系統(tǒng)原理中那些過時的知識，取而代之的是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中普遍采用的設計原理與實現(xiàn)技術。譬如，我們摒棄了傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的作業(yè)及作業(yè)管理的概念，強化了進程及線程的概念。這樣一方面可以充分利用有限的授課時間，向學生介紹最新的操作系統(tǒng)原理與技術，另一方面可以提高學生學習操作系統(tǒng)原理的積極性和主動性，從而達到良好的教學效果。

為了充分貫徹“邊學邊干”的教學理念，我們圍繞現(xiàn)代操作系統(tǒng)原理中的重要概念與方法，設計了基于Linux的七個主題實驗，這些主題涵蓋了Linux的內核重建與shell、系統(tǒng)調用、進程同步、進程調度、虛擬存儲、設備驅動及文件系統(tǒng)，其中兩個是必做題，其余五個主題要求學生選擇其中至少三個主題進行實驗，或至少選擇其中的兩個主題，然后再自行確定一個自己認為有意義的主題。實驗時，學生可以分小組進行，每個小組人數(shù)一般不超過三人，實驗后要求學生按組提交實驗報告及相應的代碼，如果時間允許，還可以有選擇性地安排部分小組在課堂上進行實踐經(jīng)驗交流。

這些實驗由淺入深，既有Linux使用環(huán)境與使用技能等基本內容，又有圍繞Linux內核實現(xiàn)機制展開的深入內容。通過這些實驗，既激發(fā)了學生學習Linux的興趣和主動性，又訓練了學生分析問題、解決問題的綜合能力，起到了非常好的效果。

在確定課程內容的基礎上，為了強化實踐，我們在國內率先開展了Linux操作系統(tǒng)源代碼分析實驗并開設了專門的實驗課程。目前，本科生操作系統(tǒng)原理與實驗已單獨開課，課程名稱分別為“操作系統(tǒng)原理”和“操作系統(tǒng)分析與實驗”，均為專業(yè)必修課，分別為3學分和2學分。為了讓學生真正能“邊學邊干”，在課程安排上，我們將“操作系統(tǒng)原理”安排在秋、冬兩學期（浙江大學已對全校本科生、研究生全面實行四學期制），將“操作系統(tǒng)分析與實驗”安排在冬學期。這樣，學生在秋學期有充裕的時間系統(tǒng)地學習現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本原理，而在冬學期，就可以“邊學邊干”，很好地貫徹“理論指導實踐，實踐強化理論”的教學思想。

2.2教材建設

我們在積極跟蹤國內外優(yōu)秀操作系統(tǒng)教材的基礎上，確定采用國外的影印版教材，目前本科生采用的是《Operating System Concepts，6th edition》。為了讓學生不至于產(chǎn)生枯燥、乏味的學習情緒，我們在總結多年教學經(jīng)驗的基礎上，聯(lián)合浙江省兄弟院校操作系統(tǒng)原理的骨干教師，編寫了操作系統(tǒng)原理學習輔助教材——《操作系統(tǒng)學習指導與考試指導》。該輔導教材收集整理了大量的操作系統(tǒng)原理習題及解答方法，且涵蓋了教材中的絕大部分習題的解答方法。學生可以有選擇地做其中的習題，起到了鞏固知識、總結學習成效的作用，同時提高了學生的考試“實戰(zhàn)”能力，為日后參加研究生入學考試打下了堅實的基礎。

由于目前國內尚缺乏有針對性的基于Linux的操作系統(tǒng)分析與實驗教材，我們在總結多年的Linux教學實驗經(jīng)驗的基礎上，編寫了一本Linux操作系統(tǒng)實驗教材——《邊干邊學：Linux內核學習指導》。本科生、研究生以此實驗教材為基礎，開展Linux相關實驗與內核研究，取得了良好的效果。

另外，結合課程團隊各教師多年來開展的與操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等的科研成果，我們編寫出版了大量的與Linux實驗相關的著作，如《Linux 2.4內核源代碼分析大全》、《Linux與嵌入式系統(tǒng)設計》等，并把它們介紹給學生，作為操作系統(tǒng)課程的參考書，擴大學生的知識面，并使學生對Linux實驗的重要性有更深的認識。

3 多元化的教學手段

傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學的理論性較強、內容抽象。授課時，常采用集中的“灌輸式”課堂授課，缺乏實踐。學生在實際使用計算機時，也很難找到這些抽象理論在實際操作系統(tǒng)中的應用。這使得學生對操作系統(tǒng)理論難以理解和實踐。這種教學方式已不能適應新形勢網(wǎng)絡時代的教學要求。

圍繞操作系統(tǒng)課程的教學目的，我們展開了教學方式的大膽嘗試，采用了多元化的教學手段。

3.1靈活運用多種教學方法，培養(yǎng)和提高學生的學習能力

教學中強調個性化教學，開放式課堂。將師生的交流，從傳統(tǒng)的課堂拓展到課堂、網(wǎng)絡討論、電子郵件、實驗室、機房。注重討論式及啟發(fā)式教學。在研究生課程中，安排三分之二的課時組織討論班。由學生自由組合項目，自主選則項目的設計、開發(fā)，并在討論班上交流研發(fā)成果。

教學方法和手段不拘形式，只要有利于教學，全部充分利用。目前采用的教學手段包括：多媒體教室、多媒體課件、網(wǎng)絡課件、Internet、電子郵件、原版英文教材、雙語教學、網(wǎng)上作業(yè)、網(wǎng)上答疑、BBS論壇、操作系統(tǒng)資源網(wǎng)站等。另外，學生利用自備電腦查資料、作實驗，吸收學生參加操作系統(tǒng)研發(fā)項目，引薦學生去公司實習等，都正在采用。

網(wǎng)絡教學環(huán)境方面，http://linux.zju.edu.cn已在校園網(wǎng)內部運行數(shù)年，提供課程資料、Linux內核代碼閱讀工具、操作系統(tǒng)學習資料下載、通知發(fā)布等服務。2003年新建立的操作系統(tǒng)資源網(wǎng)站http://os.zju.edu.cn面向全國，學生即使在校外也能充分地享用豐富的教學資源。網(wǎng)站中新增的服務包括：習題布置、提交、批改，網(wǎng)上答疑，論壇，F(xiàn)AQ，下載實驗樣例、教學大綱、課程簡介、教學日歷、授課教案、課件、實驗指導、參考文獻，考試題庫。通過網(wǎng)絡教學這一先進手段，大大提高了教學效率，營造出了教師與學生良好的溝通氛圍。

3.2教學中強調理論聯(lián)系實際，強調教研結合

主講老師帶領所有學生，運用剛剛學到的操作系統(tǒng)理論，深入學習、分析Linux 內核源碼，進一步鞏固所學知識。相應的，考核內容既有操作系統(tǒng)原理，又有Linux實驗。

學生除了完成操作系統(tǒng)實驗外，還被積極吸引、參與到計算機學院老師的相關的嵌入式系統(tǒng)方向、應用服務器、集群計算、網(wǎng)絡系統(tǒng)等項目的研究和開發(fā)工作中。這些學以致用的實踐活動，不僅為學生操作系統(tǒng)的學習創(chuàng)造了難得的機會，而且也提高了浙大計算機專業(yè)學生在研發(fā)能力方面的競爭力。例如，學生自發(fā)組織的“自主操作系統(tǒng)內核開發(fā)”、“Gonux操作系統(tǒng)的開發(fā)和代碼解釋”等項目得到了浙江大學的SRTP計劃資助，立項開發(fā)新一代操作系統(tǒng)。

4 教師隊伍的建設

優(yōu)秀的教師隊伍是保證課程教學質量的先決條件。早在上世紀80年代初期，浙江大學操作系統(tǒng)課程教師組就開設了以Unix核心代碼為對象的源代碼分析實驗，在國內同行中產(chǎn)生了很大的影響。20多年來，操作系統(tǒng)課程教師隊伍不斷充實，教師的業(yè)務素質不斷提高。在保持高水平的教師隊伍方面，我們采取的重要舉措有下面幾點。

4.1“邊教邊研”，提高教師業(yè)務水平

擔任操作系統(tǒng)課程教學的教師是學院的科研一線隊伍，基本上都承擔了嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡與集群計算、應用服務器等方向的科研項目。這些科研項目與操作系統(tǒng)技術緊密相關。通過這些項目的開發(fā)與研究，教師“邊教邊研”，在操作系統(tǒng)尤其是Linux方面始終站在技術的前沿。

4.2加強教學經(jīng)驗交流，提高教學水平

課程組經(jīng)常派教師參加全國高校操作系統(tǒng)課程研討會、微軟操作系統(tǒng)技術研討會等各類教學研討會，學習、吸收同行的先進教學方法。主講教師多次在IBM大學活動周、Motorola大學等各種會議被邀介紹經(jīng)驗。在2003年全國高校操作系統(tǒng)教學研討會上，課程組詳細介紹了我們的教學經(jīng)驗，得到了全國高校同行的廣泛肯定。

4.3競爭機制的引入

引入合理、有效的競爭機制是提高教師業(yè)務水平的重要手段。早在1994年，操作系統(tǒng)課程教師就進行了較大的變動，以目前的課程負責人為主，通過公開試講并由教學委員會表決的方式，成立了由充滿活力、業(yè)務能力強的中青年骨干教師組成的課程教師隊伍。十多年來，教師隊伍的建設始終堅持這樣的競爭機制，適時地吸收了那些在操作系統(tǒng)領域業(yè)務能力強、學歷高、教學認真負責的青年教師。

近幾年，又引入了學生自由選擇任課教師的機制，選課人數(shù)少的教師將暫停開課，這給任課教師帶來了直接的壓力?，F(xiàn)在，任課教師都投入大量的精力來提升自己的業(yè)務水平。

5 結束語

經(jīng)過十多年的探索與實踐，操作系統(tǒng)課程已成為浙江大學計算機學院的特色專業(yè)課。然而，操作系統(tǒng)是一門抽象的課程，掌握最新操作系統(tǒng)原理、提高對現(xiàn)代操作系統(tǒng)的實踐能力，依賴于教、學雙方的不懈努力和教學方法的不斷創(chuàng)新。為適應新形式下我國信息技術加速發(fā)展的需要，計算機科學中的核心課程教學必須大膽創(chuàng)新、敢于實踐，開創(chuàng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新局面。

參考文獻

[1]李善平，陳文智等.邊干邊學：Linux內核學習指導.浙江大學出版社，2002.

[2]李善平等.操作系統(tǒng)學習指導和考試指導.浙江大學出版社，2004.

[3]黃廷輝，陳智勇，許倩霞.“操作系統(tǒng)原理”課程改革初探.桂林電子工業(yè)學院學報,2002,22（2）.

[4]康麗軍.關于操作系統(tǒng)課程改革的探索與實踐.太原大學學報，2004，5（3）.