操作系統(tǒng)教學(xué)改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)

摘要: 針對(duì)操作系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的局限，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)，本文作者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，從教材、教學(xué)內(nèi)容的改革教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)的改革等方面闡述了操作系統(tǒng)教學(xué)改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)的方法。

關(guān)鍵詞: 操作系統(tǒng)教學(xué)改革創(chuàng)新人才

1.引言

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心，是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門理論性和實(shí)踐性并重的核心主干課程，其課程教學(xué)直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?，F(xiàn)有的操作系統(tǒng)教材偏向于理論，內(nèi)容抽象、過時(shí)，在操作系統(tǒng)的教學(xué)中存在偏理論輕實(shí)驗(yàn)或局限于算法的模擬實(shí)驗(yàn)，教學(xué)手段單一，因此難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。針對(duì)現(xiàn)有教學(xué)的局限，筆者根據(jù)課程特點(diǎn)，從教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)等幾方面進(jìn)行教學(xué)改革，取得了一定的成效。

2.操作系統(tǒng)的發(fā)展與創(chuàng)新

操作系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)硬件與軟件的發(fā)展而發(fā)展的。從早期的控制程序到管理程序(初級(jí)操作系統(tǒng))，再從管理程序發(fā)展為操作系統(tǒng);從作業(yè)到進(jìn)程，再到線程;從單道獨(dú)占到多道并發(fā);從查詢I/O到中斷，再從中斷到DMA，從DMA到通道，改革創(chuàng)新貫穿整個(gè)發(fā)展過程。

創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂，創(chuàng)新性人才培養(yǎng)是人才培養(yǎng)的最高境界。大學(xué)作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要基地，在整個(gè)培養(yǎng)過程中，應(yīng)始終堅(jiān)持以創(chuàng)新為本。操作系統(tǒng)的發(fā)展過程就是一個(gè)創(chuàng)新的鮮活實(shí)例，因此，在操作系統(tǒng)的教學(xué)過程中教師應(yīng)將創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)課程的教學(xué)始終。

3.講義編寫的改革

針對(duì)當(dāng)前教材過時(shí)、重理論輕實(shí)驗(yàn)等局限，筆者采取了課程組自編講義，在教學(xué)過程中不斷更新完善，講義和參考教材并用的方法。

教師應(yīng)在充分吸納現(xiàn)有教材精華的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，最新的理論、技術(shù)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有重點(diǎn)、有選擇地編寫講義，以適應(yīng)教師教和學(xué)生學(xué)。講義的編寫應(yīng)做到:第一，內(nèi)容新穎。教師應(yīng)摒棄傳統(tǒng)操作系統(tǒng)教材中過時(shí)的知識(shí)，代之以現(xiàn)代操作系統(tǒng)中普遍采用的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。例如，摒棄作業(yè)和作業(yè)管理內(nèi)容，強(qiáng)化進(jìn)程、線程、進(jìn)程管理和線程管理內(nèi)容。學(xué)生所學(xué)的內(nèi)容與實(shí)際使用的操作系統(tǒng)相一致，可調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高教學(xué)效果。第二，目標(biāo)明確，重點(diǎn)突出?；诖髮W(xué)教育應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)三者辯證統(tǒng)一的目標(biāo)，教師把編寫的重點(diǎn)放在基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和基本方法上，這樣才能提高學(xué)生的理論素養(yǎng)和分析問題、解決問題的能力。與此同時(shí)，教師應(yīng)注重向?qū)W生介紹最新的技術(shù)和方法，以拓展學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新意識(shí)。第三，科學(xué)性與通俗性相結(jié)合。教師對(duì)概念、原理與技術(shù)的闡述要力求準(zhǔn)確、精煉;對(duì)抽象的理論要力求用生動(dòng)形象的實(shí)例加以說明，盡量通俗易懂、深入淺出、圖文并茂，變抽象為具體，以便于學(xué)生理解。第四，精心設(shè)計(jì)習(xí)題。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)習(xí)題，既要有概念原理的理解與鞏固型習(xí)題，又要有設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)習(xí)題，突出理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。第五，以講義為主線，參考教材為補(bǔ)充。在每一章的講義中，在突出重點(diǎn)的同時(shí)，教師應(yīng)對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)推薦相關(guān)閱讀材料，重點(diǎn)推薦1—2本中文教材和1—2本英文教材作為講義的必要補(bǔ)充。英文原版教材更新速度快，理論、技術(shù)和概念新，有些是由操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者直接撰寫的，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生直接閱讀英文原版教材，領(lǐng)悟操作系統(tǒng)真諦，提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)創(chuàng)新熱情。

4.教學(xué)手段的改革

傳統(tǒng)的教學(xué)手段單一，理論與實(shí)際脫節(jié)，“灌輸式”教學(xué)方式強(qiáng)調(diào)“授魚”，而忽視了學(xué)生能力的培養(yǎng)和提高，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，致使學(xué)生缺乏對(duì)操作系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)興趣，難以掌握操作系統(tǒng)原理的精髓，因此積極探索形式多樣的教學(xué)方式具有十分重要的意義。

教學(xué)手段改革的目的就是要轉(zhuǎn)變“授魚”為“授漁”，提高學(xué)生自身的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。圍繞教學(xué)大綱，教師應(yīng)采用多元化的教學(xué)手段:傳統(tǒng)的課堂教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、雙語教學(xué)、網(wǎng)上作業(yè)、網(wǎng)上答疑、BBS論壇、操作系統(tǒng)資源網(wǎng)站、工程研發(fā)等。

教師可采用以下教學(xué)方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。第一，啟發(fā)式與互動(dòng)式教學(xué)。教師可根據(jù)課程內(nèi)容，分別采用:教師主講、師生互動(dòng)，學(xué)生報(bào)告、師生互動(dòng)與教師總結(jié);分組討論與師生互動(dòng)，分組辯論及教師評(píng)判等方式。教師應(yīng)增加學(xué)生參與互動(dòng)的機(jī)會(huì)，變被動(dòng)參與為主動(dòng)參與，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。為了提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，教師需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容精心挑選，有效地組織和充分地準(zhǔn)備。第二，借助多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高教學(xué)效果。教師應(yīng)利用形式多樣的多媒體表現(xiàn)形式，將抽象的概念和原理以生動(dòng)形象的圖形、動(dòng)畫等形式展現(xiàn)出來，變抽象為具體，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可采用網(wǎng)絡(luò)輔助手段，利用網(wǎng)絡(luò)課件、網(wǎng)絡(luò)作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)測(cè)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)答疑、電子郵件和案例設(shè)計(jì)等多種手段提高交流和互動(dòng)的機(jī)會(huì)。第三，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高創(chuàng)新能力。教師應(yīng)設(shè)計(jì)多層次實(shí)驗(yàn)，包括基礎(chǔ)理論模擬實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)。教師可將課內(nèi)、課外結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生組成興趣小組，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和合作精神。第四，拓展課外教學(xué)，直接參與科研。教師可鼓勵(lì)和推薦學(xué)生參與教師的科研，或到企業(yè)參加操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)工作，提高學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。

5.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)與提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

在操作系統(tǒng)的教學(xué)中存在重視理論教學(xué)而輕視實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)象，這使很多學(xué)生誤以為操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)就是記憶知識(shí)點(diǎn)，缺乏學(xué)習(xí)興趣，不利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)原理的理解，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，因此教師在操作系統(tǒng)課程教學(xué)過程中應(yīng)采用分階段、分層次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)體系，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

本課程的實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)階段、四種類型，即課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和專業(yè)設(shè)計(jì)三個(gè)階段，體驗(yàn)型實(shí)驗(yàn)、理論驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)四種類型。筆者在教學(xué)過程中同步進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)與課程教學(xué)，以體驗(yàn)型實(shí)驗(yàn)和理論驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主。體驗(yàn)型實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生熟悉目前的主流操作系統(tǒng)，如Unix、Linux和Windows等。筆者在體驗(yàn)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)置了系統(tǒng)安裝、配置、命令使用和系統(tǒng)調(diào)用等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了其對(duì)理論學(xué)習(xí)的熱情。理論驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生加深對(duì)課程中理論原理和算法的理解，主要包括處理器調(diào)度、虛擬存儲(chǔ)管理、磁盤驅(qū)動(dòng)調(diào)度、文件管理、進(jìn)程同步、死鎖檢測(cè)與解除等驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)。課程設(shè)計(jì)作為一門獨(dú)立的實(shí)踐性課程開設(shè)，筆者將其安排在操作系統(tǒng)課程結(jié)束后進(jìn)行，以綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)為主，輔以創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)際操作系統(tǒng)的綜合分析、方案設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。筆者重點(diǎn)分析開源Linux系統(tǒng)內(nèi)核源代碼并設(shè)計(jì)出相關(guān)系統(tǒng)模塊，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為系統(tǒng)開發(fā)奠定基礎(chǔ)。對(duì)專業(yè)設(shè)計(jì)，筆者安排在四年級(jí)的第一學(xué)期，以創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)為主，目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)型實(shí)驗(yàn)是結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，以項(xiàng)目的方式下達(dá)和管理，沒有固定方法。筆者要求學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的要求，利用軟件工程的設(shè)計(jì)方法，自行進(jìn)行需求分析、擬定項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)方案并組織實(shí)施，從而體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)性和工程性，培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立工作能力和創(chuàng)造性思維能力。

為了達(dá)到預(yù)期的效果，教師需要對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)步驟和考核內(nèi)容及指標(biāo)進(jìn)行精心組織和準(zhǔn)備，嚴(yán)格管理。對(duì)綜合型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，教師應(yīng)鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生積極討論，相互合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)中，教師應(yīng)及時(shí)檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果，必要時(shí)引導(dǎo)學(xué)生尋找更好的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師應(yīng)要求學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中的討論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢查，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量和編程代碼質(zhì)量評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。

6.結(jié)語

培養(yǎng)創(chuàng)新人才是大學(xué)的重要使命。以創(chuàng)新內(nèi)容為核心的操作系統(tǒng)課程的教學(xué)理所當(dāng)然地肩負(fù)著創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，教師通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)的改革，能達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的。根據(jù)上述改革思路，筆者經(jīng)過多年的教學(xué)改革實(shí)踐取得了明顯效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。在江蘇大學(xué)的操作系統(tǒng)課程的教學(xué)改革中，有多名學(xué)生發(fā)表了操作系統(tǒng)方面的學(xué)術(shù)論文，取得了相關(guān)的發(fā)明專利，多次在信息安全等全國性競賽中獲獎(jiǎng)。

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