基于CDIO模式的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程教學(xué)探索與研究

摘 要：當(dāng)前操作系統(tǒng)的教學(xué)不能滿足應(yīng)用型人才的要求，而CDIO是當(dāng)前應(yīng)用較廣一種創(chuàng)新型教育模式，它以培養(yǎng)應(yīng)用型國際化工程師為目標(biāo)。本文探討了基于CDIO教學(xué)理念，對(duì)“操作系統(tǒng)”課程進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的改革，提升了學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：CDIO；操作系統(tǒng)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP316-4

CDIO作為當(dāng)前國際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式，是由省理工學(xué)院（MIT）和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)共同倡導(dǎo)和建立的一整套工程教育理念和實(shí)施體系。這種模式不僅要求學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)知識(shí)，更注重在培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)和創(chuàng)新能力，倡導(dǎo)“做中學(xué)”；培養(yǎng)既有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)，又能很好地進(jìn)行溝通與創(chuàng)新的綜合性人才。

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程是目前計(jì)算機(jī)教育的必修課程，是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程。主要介紹操作系統(tǒng)的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)和運(yùn)行機(jī)制。其內(nèi)容涉及進(jìn)程管理，處理機(jī)調(diào)度、死鎖、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理、接口、安全等方面。當(dāng)前操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式普遍存在的重概念輕實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、重視知識(shí)學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新的培養(yǎng)等問題，本文探討基于CDIO教育模式的操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革與實(shí)踐，對(duì)學(xué)生專業(yè)技能和個(gè)人能力培養(yǎng)都具有重要意義。

1 CDIO工程教育模式介紹

CDIO模式是近年來國際工程教育改革的最新研究成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”（Learn by doing）和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”（Project based education andlearning）讓學(xué)生主動(dòng)地，有創(chuàng)造性地，合作地學(xué)習(xí)。

2 “操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)手段單一，理論與實(shí)際脫節(jié)。學(xué)生對(duì)一些抽象的知識(shí)點(diǎn)很難理解，感覺枯燥，沒有參與思考的積極性，很難將學(xué)習(xí)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中。

這種重理論教學(xué)輕實(shí)踐的教育模式已經(jīng)不能適應(yīng)我國現(xiàn)在科技高速發(fā)展的迫切需求，影響到對(duì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。因此，操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革成果，將不僅對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程，還涉及計(jì)算機(jī)專業(yè)的其它課程，及將來的就業(yè)都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

3 基于CDIO的教學(xué)改革實(shí)踐

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的教學(xué)改革是將計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行剖析再重新組合，基于CDIO模式，以應(yīng)用型人才的培養(yǎng)為目標(biāo)，不斷完善計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的理論教學(xué)內(nèi)容并加入一些案例分析和改革實(shí)踐環(huán)節(jié)。使學(xué)生不僅理解操作系統(tǒng)的理論知識(shí)，而且能學(xué)會(huì)其工作原理及應(yīng)用，通過案例與實(shí)踐，使學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)能有實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用，不再對(duì)這門課感到抽象，而是樂于學(xué)習(xí)，善于研究，學(xué)有所獲。

3.1 CDIO層次

根據(jù)CDIO能力大綱，主要分為四個(gè)層次：

第一層次：工程基礎(chǔ)知識(shí)，包括基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，核心工程基礎(chǔ)知識(shí)，高級(jí)工程基礎(chǔ)知識(shí)。

第二層次：個(gè)人專業(yè)能力與素質(zhì)，包括工程推理和問題解決，實(shí)驗(yàn)與知識(shí)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)思維，個(gè)人技能和素質(zhì)，專業(yè)能力和素質(zhì)。

第三層次：團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通技能，包括團(tuán)隊(duì)協(xié)作，交流溝通，外語交流。

第四層次：在企業(yè)與社會(huì)環(huán)境下的外部和社會(huì)環(huán)境，包括構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作，企業(yè)和商業(yè)環(huán)境，構(gòu)思和工程系統(tǒng)，設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)，運(yùn)作。

3.2 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)層次

基于CDIO的層次模式，在教學(xué)中把操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)也層次教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，應(yīng)用能力分成三個(gè)層次：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

“驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)”是第一層次，主要是對(duì)操作系統(tǒng)中的一些基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生只要認(rèn)真學(xué)習(xí)理論知識(shí)基本可以完成此階段的實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)包括：

（1）進(jìn)程管理實(shí)驗(yàn)：掌握Linux進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的原理，熟悉Linux系統(tǒng)中進(jìn)程之間通信的基本原理。

（2）物理內(nèi)存管理實(shí)驗(yàn)：掌握物理內(nèi)存的管理方法，理解頁表的建立，段頁式內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換機(jī)制。

（3）文件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：能夠了解對(duì)文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程，掌握文件系統(tǒng)的使用。

（4）內(nèi)核線程管理實(shí)驗(yàn)：了解內(nèi)核線程創(chuàng)建，執(zhí)行及內(nèi)核線程切換的基本調(diào)度過程。

“改進(jìn)實(shí)驗(yàn)”是第二層次，這個(gè)階段的目的在于培養(yǎng)學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)上，提高學(xué)生自主思考能力，并能獨(dú)立創(chuàng)新地提出改進(jìn)方案。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)包括：

（1）消息的發(fā)送與接收：熟悉消息傳送機(jī)理，編程實(shí)現(xiàn)消息的發(fā)送與接收。

（2）調(diào)度管理實(shí)驗(yàn)：理解調(diào)度管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)調(diào)度算法來替換默認(rèn)的調(diào)度算法“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”是在前述實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通能力。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)包括。

（1）死鎖避免的算法：了解死鎖避免的原理。研究銀行家算法的實(shí)現(xiàn)方法。

（2）虛擬內(nèi)存管理：通過模擬實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理的幾種基本頁面置換算法，了解虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的特點(diǎn)。

通過對(duì)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分層次教學(xué)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作能力得到了很大地提高。

4 結(jié)束語

在倡導(dǎo)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的背景下，將CDIO模式引進(jìn)到操作系統(tǒng)課程的教學(xué)中，是適應(yīng)課程教學(xué)改革和專業(yè)發(fā)展的實(shí)際需要。同時(shí)，使學(xué)生在實(shí)踐訓(xùn)練中提升創(chuàng)新能力，團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)能力。為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，并取得了較好的教學(xué)效果。

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作者簡介：胡惠娟（1975-），女，江西宜春人，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

作者單位：南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，南京 210046

基金項(xiàng)目：本文系南京郵電大學(xué)校級(jí)教改研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JG00413JX103）。