云計(jì)算支持的操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式探索

歐陽純萍　陽小華　余穎　李曉昀

摘 要： 操作系統(tǒng)課程因其內(nèi)容抽象，與計(jì)算機(jī)硬件知識結(jié)合緊密等特點(diǎn)，被普遍認(rèn)為是一門難教、難學(xué)的計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程。結(jié)合目前在教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的云計(jì)算技術(shù)，從任務(wù)驅(qū)動式理論教學(xué)、自主式教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)充、分層式教學(xué)實(shí)踐三個(gè)主要環(huán)節(jié)對操作系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行全面的改革和實(shí)踐。實(shí)踐證明該教學(xué)模式提升了學(xué)生對課程重點(diǎn)和難點(diǎn)的掌握程度，也提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，達(dá)到了計(jì)算機(jī)專業(yè)人才素質(zhì)教育的目的。

關(guān)鍵詞： 操作系統(tǒng)； 云計(jì)算平臺； 理論教學(xué)模式； 教學(xué)實(shí)踐改革

中圖分類號：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2014）08-70-02

Research on teaching model of "operation system" course based on cloud computing

Ouyang Chunping， Yang Xiaohua， Yu Ying， Li Xiaoyun

（College of computer science and technology， University of South China， Hengyang， Hunan 421001， China）

Abstract： The content of "operating system" course is abstract and closely related to computer hardware. "Operating system" is widely considered to be a difficult core course of computer major for both teachers and students. In this paper， a reform scheme of applying cloud computing to "operating system" course teaching is proposed， which includes task-driven theoretical teaching， autonomous teaching content expansion， and layered teaching practice. The practice shows that this teaching mode can help students to master the course emphasis and overcome difficulties， improve students' autonomous learning ability， and it may promote the development of quality education in computer professional objective.

Key words： operating system； cloud computing； theoretical teaching model； teaching practice reform

0 引言

“操作系統(tǒng)”課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程之一，計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、、軟件設(shè)計(jì)和計(jì)算方法等多門課程均是它的前導(dǎo)課程?！安僮飨到y(tǒng)”課程具有概念抽象、理論性和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，對提高學(xué)生的思維能力、動手能力、創(chuàng)新能力具有十分重要的意義[1]。云計(jì)算是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域新興的一種理念和技術(shù)，“云計(jì)算輔助教學(xué)”則是云計(jì)算技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用場景。云計(jì)算平臺的虛擬化及通用性的特點(diǎn)將為高校發(fā)展網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)提供改革與創(chuàng)新的契機(jī)[2]。因此，我們提出了利用云計(jì)算技術(shù)搭建操作系統(tǒng)教學(xué)輔助平臺，從理論學(xué)習(xí)、課外自學(xué)以及課程實(shí)踐等三個(gè)方面進(jìn)行操作系統(tǒng)教學(xué)模式的柔性化改革，以求取得良好的教學(xué)效果，適應(yīng)素質(zhì)教育的發(fā)展，提高學(xué)生的綜合能力。

1 操作系統(tǒng)課程教學(xué)的現(xiàn)狀

歸納目前“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)模式的特點(diǎn)有以下[3-4]。

⑴ 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)偏重于理論知識的講解，內(nèi)容抽象且龐雜，學(xué)生很難將這些抽象的理論知識與實(shí)際操作系統(tǒng)中的功能一一對應(yīng)。由于不能與實(shí)際系統(tǒng)相結(jié)合，使得學(xué)生無法系統(tǒng)地掌握課程內(nèi)容，造成了學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的畏難心理。

⑵ 操作系統(tǒng)課程的理論教學(xué)主要采用的是課堂授課方式，教師是知識的權(quán)威者，是傳授知識的主體，因而形成一種“灌輸式”的教學(xué)方法。啟發(fā)式、案例式、討論式等教學(xué)方法采用較少，缺少自主思考空間，使得學(xué)生對本來就晦澀難懂的操作系統(tǒng)原理知識更加難以消化理解。

⑶ 理論授課與課程實(shí)踐獨(dú)立開展是操作系統(tǒng)課程實(shí)踐中普遍采用的模式。操作系統(tǒng)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)往往放在所有理論課程結(jié)束之后，集中10個(gè)課時(shí)完成一些主要算法的實(shí)現(xiàn)。然而有些內(nèi)容在理論學(xué)習(xí)階段就一知半解，有些甚至已經(jīng)被學(xué)生忘之腦后，由于實(shí)踐學(xué)時(shí)有限，最終學(xué)生都以交差的心態(tài)完成實(shí)踐任務(wù)。所以這種將理論與實(shí)踐完全割離的教學(xué)方式，難以幫助學(xué)生建立起完整的課程知識體系。

現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)信息設(shè)施的缺失，不能為師生提供一個(gè)貫穿整個(gè)操作系統(tǒng)課程體系的交流平臺，學(xué)生的疑問不能得到及時(shí)的解答，前面的知識尚未掌握又被灌輸新的知識，長而久之，將導(dǎo)致實(shí)踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)的失敗[5]。因此，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程的教學(xué)方法和實(shí)踐模式的柔性化改革勢在必行。Google云計(jì)算平臺是一個(gè)面向非技術(shù)人群的所見即所得的網(wǎng)絡(luò)平臺，基于它搭建的輔助教學(xué)平臺，將使學(xué)生不再受時(shí)間、地點(diǎn)的束縛，只需通過網(wǎng)絡(luò)和簡易的終端設(shè)備就可以在線查看“云端”的電子教案、教學(xué)視頻，還可以實(shí)現(xiàn)多人協(xié)作討論及實(shí)驗(yàn)。這種云計(jì)算支持的輔助教學(xué)方式，可以解決“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)中理論抽象難懂，教師灌輸式教學(xué)、實(shí)踐滯后脫節(jié)等一系列問題[6-7]。因此，我們提出了基于Google云計(jì)算的教學(xué)輔助平臺為基礎(chǔ)的“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)模式的柔性化改革新思路。

2 操作系統(tǒng)課程改革的具體實(shí)施環(huán)節(jié)

筆者結(jié)合多年的操作系統(tǒng)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對如何實(shí)施云計(jì)算支持的“操作系統(tǒng)”課程改革提出幾點(diǎn)建議，具體思路可分為以下三個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 互動式理論教學(xué)模式的柔性化改革

在我國傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式中，教師通常作為主體，采用提示、引導(dǎo)、滲透、歸納、分析等方式一味地向?qū)W生灌輸理論知識，培養(yǎng)的學(xué)生雖基礎(chǔ)扎實(shí)，但其獨(dú)立思考能力和創(chuàng)造能力都被嚴(yán)重束縛。而且由于操作系統(tǒng)課程中理論知識的抽象性，灌輸式的教學(xué)更加使得課堂上的2個(gè)課時(shí)的理論授課變得緊張，學(xué)生難以消化。為了提高課堂教學(xué)效率，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體地位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生理論學(xué)習(xí)中的問題，我們考慮建立一個(gè)基于Google教育云套件的教學(xué)輔助平臺，為啟發(fā)式、案例式、討論式等教學(xué)方法的實(shí)施提供信息支持。

首先，利用Google教育云套件制作課程教學(xué)輔助網(wǎng)站，分成教學(xué)任務(wù)詳解、課前任務(wù)解析、課后教學(xué)評價(jià)、前沿知識解讀、實(shí)踐教學(xué)社區(qū)與教學(xué)資源中心等幾大模塊。在每堂課開始之前，準(zhǔn)備幾個(gè)與重點(diǎn)內(nèi)容相關(guān)的，學(xué)生容易理解的日常生活中的實(shí)例設(shè)置問題，如：進(jìn)程同步問題與馬路上十字路口信號燈的關(guān)系、磁盤訪問的移臂算法與電梯移動的相似性特征等問題等。學(xué)生可以登錄網(wǎng)站中的課前任務(wù)解析模塊，瀏覽本次課的重點(diǎn)內(nèi)容及需要討論的問題，讓學(xué)生有充足的時(shí)間對問題進(jìn)行思考和查閱資料。在課堂上安排學(xué)生對課前準(zhǔn)備的問題展開討論，鼓勵(lì)學(xué)生互相提問。在課堂討論的過程中，教師只是起到引導(dǎo)作用，可以參與學(xué)生的探討，而非直接給出答案。

其次，教師課后把這節(jié)課程所使用的教學(xué)文檔和相關(guān)素材等上傳到輔助教學(xué)平臺中的教學(xué)資源中心進(jìn)行共享，學(xué)生可以在課后自由瀏覽、查看和下載。這種問題驅(qū)動式和互動式教學(xué)方式，增強(qiáng)了師生互動，既培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程的興趣。

2.2 開放式教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)充的柔性化改革

教學(xué)中不僅要?dú)w納基本教材的主要知識點(diǎn)，還要結(jié)合當(dāng)前課程教學(xué)的新知識，積極引導(dǎo)學(xué)生有效利用各種現(xiàn)代化資源，隨時(shí)跟蹤了解國際操作系統(tǒng)發(fā)展的動態(tài)和熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題。課堂的二小時(shí)教學(xué)內(nèi)容畢竟有限，除基本知識點(diǎn)外，無法涵蓋大量的擴(kuò)展知識點(diǎn)，所以在教學(xué)內(nèi)容的改革環(huán)節(jié)，我們?nèi)匀焕没贕oogle教育云套件的課程教學(xué)輔助平臺，為學(xué)生提供自主協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境，通過發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性獲取一些與當(dāng)前國內(nèi)外操作系統(tǒng)發(fā)展相關(guān)的前沿知識，從而形成對課堂基本知識點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容的有效補(bǔ)充。

在教學(xué)輔助平臺中的前沿知識解讀模塊，教師設(shè)定一些可選的與目前操作系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的專題分類，例如新興的Android手機(jī)操作系統(tǒng)原理介紹，Mac操作系統(tǒng)與Windows操作系統(tǒng)的實(shí)例比較，以及多核操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理和設(shè)計(jì)思想等。學(xué)生在給定范圍內(nèi)自主選題，然后組成研究學(xué)習(xí)小組（3-4人為一組），利用各種參考資料和google docs文檔云服務(wù)，對某個(gè)前沿專題展開協(xié)作學(xué)習(xí)和研究，并撰寫報(bào)告。在以小組形式完成報(bào)告的過程中，學(xué)生必須進(jìn)行協(xié)作交流和討論，這樣可有效地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)解決學(xué)科問題的能力，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，也擴(kuò)大了其理論知識面，建立了更全面的課程知識體系。除此之外，教師可利用云計(jì)算教學(xué)輔助平臺，創(chuàng)建基于Web的操作系統(tǒng)習(xí)題庫及測試平臺。該平臺將從習(xí)題庫中隨機(jī)抽取多道不同類型的題目，自動生成一套測試題，在學(xué)生提交答案后，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行糾錯(cuò)和評分。這種開放式測試平臺可以幫助學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行知識點(diǎn)的查漏補(bǔ)缺，可以作為課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充。

2.3 分層式課程實(shí)踐的柔性化改革

對于課程實(shí)踐的改革，我們設(shè)計(jì)六個(gè)主題實(shí)驗(yàn)，涵蓋了計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理中的重要概念與方法，如進(jìn)程創(chuàng)建、進(jìn)程同步、處理機(jī)調(diào)度、文件管理、存儲管理及設(shè)備管理等核心內(nèi)容。這些主題又可以劃分為算法驗(yàn)證和系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)不同的層次。算法驗(yàn)證主要針對單個(gè)知識點(diǎn)的教學(xué)實(shí)踐，如對處理機(jī)調(diào)度算法（FIFO、RR）、進(jìn)程調(diào)度算法（FCFS、FPF）等進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)則是針對每個(gè)實(shí)踐主題開發(fā)模擬系統(tǒng)，如進(jìn)程管理模擬系統(tǒng)，則會包括進(jìn)程創(chuàng)建、進(jìn)程同步，以及進(jìn)程調(diào)度的多個(gè)算法的集成實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)時(shí)，學(xué)生以小組形式完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，每個(gè)小組選擇一個(gè)主題，人數(shù)一般4-5人，要求學(xué)生通過云計(jì)算教學(xué)輔助平臺按組提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告及相應(yīng)的代碼。

在課程實(shí)踐教學(xué)的改革中，我們借助云計(jì)算輔助教學(xué)平臺開發(fā)了實(shí)踐教學(xué)社區(qū)，向?qū)W生提供在線作業(yè)提交及嵌入式編譯環(huán)境的服務(wù)，同時(shí)也能幫助老師實(shí)時(shí)地掌握各小組課程實(shí)踐完成的進(jìn)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題，并通過教學(xué)社區(qū)提供的gmail郵箱服務(wù)、google talk實(shí)時(shí)通訊服務(wù)與學(xué)生共同進(jìn)行方法探討。這種基于云計(jì)算的分層式課程實(shí)踐改革，無論從實(shí)踐內(nèi)容還是實(shí)踐方法上都是具有創(chuàng)新性的。分層式的實(shí)踐內(nèi)容設(shè)置，不僅讓學(xué)生通過算法驗(yàn)證環(huán)節(jié)可以加深對每節(jié)課知識點(diǎn)的理解與掌握，也可以通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提升學(xué)生對于操作系統(tǒng)整體知識體系的認(rèn)識，幫助提高學(xué)生的實(shí)際軟件設(shè)計(jì)、編程能力?；谠朴?jì)算輔助教學(xué)平臺的課程實(shí)踐方案，進(jìn)一步增強(qiáng)了實(shí)踐環(huán)節(jié)中師生的互動，教師的實(shí)時(shí)檢查與評價(jià)可以充分調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生的在線系統(tǒng)開發(fā)與即時(shí)討論，不僅為課程實(shí)踐教學(xué)提供了便利的軟硬件平臺，也培養(yǎng)了學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，主動解決問題的多元能力。

3 結(jié)束語

在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代，“操作系統(tǒng)”課程也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，為此，我們更新了教材中陳舊的內(nèi)容，加入一些最新的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)理論和技術(shù)，對傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法進(jìn)行改革。所以，在制定“操作系統(tǒng)”課程理論與實(shí)踐教學(xué)的改革方案時(shí)，我們針對傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問題，強(qiáng)調(diào)充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，利用信息技術(shù)豐富教學(xué)形式，把柔性化改革貫穿到理論教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)充，實(shí)踐教學(xué)改進(jìn)等多個(gè)教學(xué)活動環(huán)節(jié)中，從而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生系統(tǒng)掌握操作系統(tǒng)課程理論知識，增強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)造性實(shí)踐的能力，提高了自身素質(zhì)。

從課程改革實(shí)踐實(shí)施的角度，通過構(gòu)建基于Google云計(jì)算教育套件的操作系統(tǒng)輔助教學(xué)平臺，充分共享學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)生之間學(xué)與導(dǎo)的有效互動，從而有效調(diào)動了教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性；通過自然親切的基于云端的輔助教學(xué)與答疑服務(wù)，及時(shí)為學(xué)生解決各種與課程相關(guān)的問題，幫助學(xué)生達(dá)到當(dāng)天所學(xué)當(dāng)天消化的目標(biāo)；通過開發(fā)基于Google云的在線實(shí)驗(yàn)平臺，使得分層式的教學(xué)實(shí)踐活動能夠順利開展，進(jìn)一步提高了學(xué)生的動手能力與分析解決實(shí)際問題的能力。

本文提出的改革方案在2012-2013下半學(xué)年中對我校2011級計(jì)算機(jī)專業(yè)1-4班的學(xué)生進(jìn)行了試點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生課堂積極性有明顯提高，教學(xué)進(jìn)度張弛有度，學(xué)生普遍反應(yīng)操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)過程輕松愉快。通過對參與改革和未實(shí)施改革的兩個(gè)教學(xué)班級的期末考試成績進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，參與改革的班級不及格率比未實(shí)施改革班級降低了15%，而優(yōu)良率則增加了20%。把云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到教育教學(xué)領(lǐng)域是課程教學(xué)模式改革的新思路，現(xiàn)階段仍處于探索階段，課程教學(xué)云平臺的建設(shè)以及實(shí)踐內(nèi)容的設(shè)置仍需在今后的教學(xué)過程中進(jìn)一步修改和完善，以便更好地實(shí)現(xiàn)云計(jì)算技術(shù)在其他課程中的推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李佳靜，徐惠，朱紅.“操作系統(tǒng)原理”課程學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式初探[J].

科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012.6：145-147

[2] 關(guān)慧.高校《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科技信息，2012.6：

39-40

[3] 馬曉慧.操作系統(tǒng)課程教學(xué)方法探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2011.3：75-77

[4] 左萬歷，趙東范，閆昭.操作系統(tǒng)課程的多角度教學(xué)模式探索[J].計(jì)算

機(jī)教育，2011.12：103-106

[5] 張娟.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程“互動式”教學(xué)研究與探索[J].中國校外教

育，2009.12：106

[6] 鐘鋒.云計(jì)算輔助教學(xué)的協(xié)作式教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].中國教育信

息化，2011.11：63-66

[7] 張濤，王磊.基于云計(jì)算的高校遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].繼續(xù)

教育研究，2011.7：59-61