操作系統(tǒng)課程體系建設(shè)

[摘要]筆者對國內(nèi)高校計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)學(xué)科的建設(shè)和教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了大量深入細(xì)致的調(diào)查研究。結(jié)合多年操作系統(tǒng)課程的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)和體會，通過橫向?qū)Ρ?，分析國?nèi)其他院校操作系統(tǒng)課程建設(shè)及教改的顯著成效，對操作系統(tǒng)學(xué)科課程體系建設(shè)形成整體思路，制定詳細(xì)的規(guī)劃與實(shí)施方案，并在河北北方學(xué)院教學(xué)實(shí)踐過程中取得了預(yù)期成果。

[關(guān)鍵詞]操作系統(tǒng) 學(xué)科發(fā)展 課程建設(shè) 課程體系 教學(xué)實(shí)踐

[作者簡介]李靜（1969- ），女，陜西興平人，河北北方學(xué)院信息工程學(xué)院，副教授，碩士，研究方向?yàn)榻虒W(xué)設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)與軟件測試；趙志升（1965- ），女，河北張北人，河北北方學(xué)院信息工程學(xué)院，教授，碩士，研究方向?yàn)榻虒W(xué)設(shè)計(jì)、軟件工程、數(shù)據(jù)挖掘。（河北 張家口 075000）

[基金項(xiàng)目]本文系2013年河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究重大項(xiàng)目“基于醫(yī)療云計(jì)算的大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號：ZD20131085）和2014年河北北方學(xué)院教學(xué)改革課題“操作系統(tǒng)課程體系建設(shè)與教學(xué)改革研究”（課題編號：ZD201420）的研究成果。

[中圖分類號]G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1004-3985（2015）07-0082-02

一、操作系統(tǒng)學(xué)科的發(fā)展及其在高校專業(yè)課程體系中的重要地位

操作系統(tǒng)藍(lán)本始于1969年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)的UNIX系統(tǒng)，發(fā)展到如今的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，已成為功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定的現(xiàn)代操作系統(tǒng)。當(dāng)今操作系統(tǒng)種類繁多，面向不同領(lǐng)域和應(yīng)用市場，各具特色與優(yōu)勢。在多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、集群操作系統(tǒng)和網(wǎng)格操作系統(tǒng)等多種基于不同硬件環(huán)境和應(yīng)用需求的研究版及商業(yè)版操作系統(tǒng)。隨著多核計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，多核操作系統(tǒng)成為當(dāng)前操作系統(tǒng)發(fā)展的一個趨勢。操作系統(tǒng)的性能直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率，是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最活躍的學(xué)科之一，發(fā)展極為迅速。20世紀(jì)80年代初期，國內(nèi)高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)開始設(shè)立操作系統(tǒng)課程。發(fā)展至今，各高等院校在計(jì)算機(jī)、信息管理、電子信息以及通信等專業(yè)都將操作系統(tǒng)課程設(shè)置為必修的核心專業(yè)課程，并作為碩、博研究生選拔的專業(yè)考試科目之一，占據(jù)十分重要的地位。目前高校圍繞操作系統(tǒng)學(xué)科主要設(shè)立了操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用、UNIX操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等多門課程，形成一個獨(dú)立的專業(yè)學(xué)科。

二、高校操作系統(tǒng)課程體系建設(shè)面臨的主要問題

1.課程設(shè)置和規(guī)劃。課程設(shè)置需要依循專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，做好先期課程安排以及輔助課程、延伸課程的設(shè)置與調(diào)整。另外，高校的專業(yè)課程設(shè)置必須注重面向市場應(yīng)用和從業(yè)需求，累積學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)出復(fù)合型人才。在這兩個方面，筆者認(rèn)為當(dāng)前各高校之間仍需要相互借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，做好學(xué)科規(guī)劃，不斷研究和探討如何圍繞操作系統(tǒng)學(xué)科建立一個整體的專業(yè)課程結(jié)構(gòu)。

2.教學(xué)實(shí)施。目前國內(nèi)高校在教學(xué)實(shí)施過程中普遍存在嚴(yán)重不足，最典型的問題如下：操作系統(tǒng)平臺的多樣化特點(diǎn)使得教材種類繁多，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容難以統(tǒng)一和規(guī)范化；教學(xué)手段和方法守舊單一，不能很好地結(jié)合現(xiàn)代操作系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)施立體化和開放式教學(xué)，無法發(fā)揮出學(xué)科在整體專業(yè)教學(xué)中廣泛的基礎(chǔ)化和引導(dǎo)性特色；操作系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是最為薄弱的環(huán)節(jié)，普遍缺乏結(jié)合實(shí)踐的典型案例、應(yīng)用性強(qiáng)的實(shí)踐項(xiàng)目和實(shí)踐平臺。實(shí)驗(yàn)環(huán)境多為虛擬機(jī)，不能很好地支持物理設(shè)備，如對驗(yàn)證內(nèi)核裁剪和嵌入式開發(fā)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無法按照要求實(shí)現(xiàn)。

3.科研項(xiàng)目支撐學(xué)科發(fā)展。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)純粹的專業(yè)化與基礎(chǔ)化特色，使得高校面向操作系統(tǒng)學(xué)科很難找到創(chuàng)新課題。操作系統(tǒng)的技術(shù)推進(jìn)大多依賴計(jì)算機(jī)領(lǐng)域商業(yè)化的成果?；旧现髁鞑僮飨到y(tǒng)平臺的開發(fā)創(chuàng)新由尖端的商業(yè)化技術(shù)團(tuán)隊(duì)支撐，他們擁有專業(yè)開發(fā)環(huán)境、掌握開發(fā)項(xiàng)目以及商業(yè)渠道。尤其在國內(nèi)，高等院校操作系統(tǒng)的學(xué)科建設(shè)基本上依靠較為系統(tǒng)的專業(yè)理論支撐，缺乏科研成果的推動和引領(lǐng)。

三、操作系統(tǒng)課程體系建設(shè)的整體規(guī)劃

1.課程設(shè)置。操作系統(tǒng)課程設(shè)置應(yīng)圍繞操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與體系結(jié)構(gòu)、內(nèi)核、工作原理、操作管理、開發(fā)環(huán)境、項(xiàng)目實(shí)例等主要內(nèi)容，以UNIX/Linux操作系統(tǒng)為實(shí)例，對比Windows和蘋果公司MAC系統(tǒng)等的特色與發(fā)展，建立一個完整的課程體系，使操作系統(tǒng)成為知識結(jié)構(gòu)最系統(tǒng)、最基礎(chǔ)和廣泛的獨(dú)立學(xué)科，為其他相關(guān)學(xué)科與應(yīng)用技術(shù)提供輔助與指導(dǎo)。第一，針對專業(yè)需要細(xì)化操作系統(tǒng)課程。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用開發(fā)兩個方向設(shè)立具體課程，包括“操作系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)”“UNIX/Linux操作系統(tǒng)”“嵌入式Linux操作系統(tǒng)”，面向工業(yè)與航天控制的“嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)”、面向移動數(shù)字平臺的“微型操作系統(tǒng)與開發(fā)”等課程。第二，針對課程需要安排先期課程?！坝?jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論”“計(jì)算機(jī)組成原理”“高等數(shù)學(xué)”“專業(yè)英語”等是最主要的先期基礎(chǔ)課程。圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識、應(yīng)用技術(shù)（如圖形處理技術(shù)、Web開發(fā)技術(shù)）、計(jì)算機(jī)語言及編譯環(huán)境等相關(guān)內(nèi)容設(shè)立的課程也應(yīng)作為先期課程，形成一個正向漸進(jìn)和倒栽式深入體會的雙向?qū)W習(xí)的專業(yè)課程結(jié)構(gòu)。第三，結(jié)合操作系統(tǒng)平臺設(shè)置新技術(shù)應(yīng)用課程作為選修課程。如當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代，典型的Hadoop集群操作系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)與信息行業(yè)的高端應(yīng)用，可設(shè)立為專業(yè)選修課程拓展操作系統(tǒng)的課程體系。構(gòu)建專業(yè)課程體系，需要設(shè)置好基礎(chǔ)課與專業(yè)課、理論課與實(shí)踐課、必修課與選修課的比例關(guān)系，合理安排與協(xié)調(diào)課程相互間的分工與配合。

2.教學(xué)內(nèi)容確立與教材選擇。首先教學(xué)內(nèi)容要求規(guī)范化，適應(yīng)新技術(shù)變化，知識結(jié)構(gòu)合理規(guī)范，主要知識模塊必須做到專業(yè)內(nèi)的統(tǒng)一。教學(xué)內(nèi)容需要注重專業(yè)知識交叉與融匯。將操作系統(tǒng)課程的重要知識點(diǎn)，如存儲管理、進(jìn)程管理、設(shè)備管理和文件系統(tǒng)管理、操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)過程等融匯到其他專業(yè)課程中。在教學(xué)中將操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與工作原理廣泛滲透到所有的專業(yè)課程中，起到整體聯(lián)動效應(yīng)，有利于學(xué)生系統(tǒng)化地掌握專業(yè)知識，把握專業(yè)方向。主教材與輔助教材選擇應(yīng)結(jié)合規(guī)范的理論知識及應(yīng)用性強(qiáng)的開發(fā)實(shí)例。把握專業(yè)領(lǐng)域的最新技術(shù)發(fā)展，及時更新教材和教學(xué)內(nèi)容。當(dāng)前國內(nèi)外較有影響力的教材可按教學(xué)目標(biāo)分兩類：面向計(jì)算機(jī)研究方向的綜合型大學(xué)教材，如湯曉丹、梁紅兵等編著的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》，A Braham Siliberschatz等編著的Operating Syetem Concepts；面向計(jì)算機(jī)應(yīng)用方向的工科院校教材，如張堯?qū)W、史美林編著的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》。近兩年新版教材如張麗芬、劉美華編著的《操作系統(tǒng)原理教程》以及（美）埃爾瑪斯里等編著的《操作系統(tǒng)實(shí)用教程：螺旋方法》，結(jié)合主流操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用開發(fā)實(shí)例，是值得推薦的專業(yè)教材。嵌入式Linux開發(fā)與實(shí)時系統(tǒng)μC-OS類的教材適合于通信和電子信息專業(yè)，也可作為計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)實(shí)踐的輔助教材。在主要教材之外，要為學(xué)生提供更多的自主學(xué)習(xí)資料。按照教學(xué)計(jì)劃指導(dǎo)學(xué)生有目的、有選擇地閱讀專業(yè)書籍，匯總論點(diǎn)和典型實(shí)例，展開討論，開闊學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、邏輯分析能力和科研探索的精神。

3.教學(xué)模式與教學(xué)手段。特定的教學(xué)方法和手段形成特定的教學(xué)模式。在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合過程中，應(yīng)借鑒國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用多樣化的教學(xué)方法與靈活的教學(xué)手段，形成規(guī)范化、統(tǒng)一、開放的教學(xué)模式，與國內(nèi)外同等水平的學(xué)科教育良好銜接。良好的教學(xué)模式能夠保證學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)與應(yīng)用能力達(dá)到高等教育和社會需求的統(tǒng)一水準(zhǔn)。另外，在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)信息時代，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源與遠(yuǎn)程教育平臺是教學(xué)輔助不可或缺的手段。以Linux類操作系統(tǒng)為例，網(wǎng)站“Linux公社”提供所有免費(fèi)的應(yīng)用軟件以及開源的系統(tǒng)代碼，可做資源庫用于操作系統(tǒng)實(shí)例設(shè)計(jì)、核心程序驗(yàn)證、修改以及應(yīng)用開發(fā)。借助這個平臺能夠跟蹤最新技術(shù)，了解各種版本操作系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀。通過網(wǎng)站技術(shù)交流板塊，還可以強(qiáng)化專業(yè)知識和應(yīng)用技能。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)劃。2008年教育部就啟動了“高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程（操作系統(tǒng)）教學(xué)實(shí)施方案研究”項(xiàng)目，給出了操作系統(tǒng)課程試驗(yàn)和實(shí)踐體系的框架，從實(shí)驗(yàn)難度上將實(shí)驗(yàn)課程分成用戶層、內(nèi)核初級、內(nèi)核高級三層；從實(shí)驗(yàn)類型上分為使用與管理、觀察與體驗(yàn)、編程與修改、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)四個等級。基于教育部教學(xué)改革要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)劃包括四個方面：一是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依照等級分為知識驗(yàn)證性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)編程的實(shí)踐項(xiàng)目以及研究開發(fā)型科研項(xiàng)目。有效管理整體實(shí)驗(yàn)過程，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分模塊依照進(jìn)度安排實(shí)施，并安排實(shí)踐項(xiàng)目作為階段性課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容系統(tǒng)規(guī)范、實(shí)踐項(xiàng)目流程完整。二是實(shí)驗(yàn)教材選擇以主教材的知識模塊為參照，結(jié)合基于UNIX/Linux平臺的項(xiàng)目開發(fā)實(shí)例教程，并結(jié)合操作系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用廣泛篩選輔助資料，設(shè)立實(shí)踐項(xiàng)目，豐富實(shí)驗(yàn)教材的涵蓋面。三是建設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)境。要搭建基于Windows，UNIX/Linux，MAC等當(dāng)前主流操作系統(tǒng)平臺的綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)境，真正實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)。四是拓展校企合作平臺，尋找基于新型操作系統(tǒng)的開發(fā)和新技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目。如最新的Hadoop開發(fā)項(xiàng)目非常具有市場和前景，具有很強(qiáng)的可實(shí)踐性和重要意義。通過校企合作交流，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作精神和相互協(xié)作能力，為將來的就業(yè)和進(jìn)一步深造奠定基礎(chǔ)。

5.建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的考核體系。建立公共題庫，設(shè)立各項(xiàng)考核指標(biāo)，規(guī)范考核內(nèi)容。增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目的考核比例。學(xué)習(xí)西方經(jīng)驗(yàn)，注重日常評估。各部分考核內(nèi)容的占比可以針對專業(yè)要求浮動。

6.創(chuàng)建開放的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理平臺。學(xué)習(xí)和借鑒國外公開教學(xué)與課程管理模式，建立開放的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理平臺。提供課程與專業(yè)培養(yǎng)要求介紹、課程體系規(guī)劃與專業(yè)方向介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)課件、教學(xué)資料信息、考核方式、在線考核和提交作業(yè)等功能，并提供師生之間信息交流的方式。

7.強(qiáng)化師資隊(duì)伍。鼓勵教師放開眼界，積極參加國內(nèi)外相關(guān)學(xué)術(shù)交流活動，參加大型公司重要項(xiàng)目實(shí)踐和培訓(xùn)，學(xué)習(xí)和借鑒其他高校的學(xué)科建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。發(fā)展師資力量，共同建設(shè)科學(xué)、完善的操作系統(tǒng)課程體系，提高教學(xué)水平。

8.設(shè)立學(xué)科建設(shè)研究小組，建立動態(tài)課程體系建設(shè)機(jī)制。計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，圍繞計(jì)算機(jī)各學(xué)科的課程體系建設(shè)方案只能短期實(shí)施。操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)是并行發(fā)展和急劇變化的。不論針對操作系統(tǒng)課程本身，還是關(guān)聯(lián)緊密的專業(yè)課程，都需要形成不斷革新、具有實(shí)際意義、明確方向和科學(xué)理論支撐的動態(tài)研究體系。

操作系統(tǒng)學(xué)科的課程體系建設(shè)對計(jì)算機(jī)專業(yè)的整體教學(xué)與發(fā)展至關(guān)重要。本文結(jié)合筆者與教研組多年的教學(xué)體會，以及十幾年學(xué)院實(shí)施教學(xué)模式改革、教學(xué)方案調(diào)整等經(jīng)驗(yàn)與成效，對操作系統(tǒng)學(xué)科的課程建設(shè)主要提出幾點(diǎn)建議：細(xì)化操作系統(tǒng)課程，建立動態(tài)課程體系建設(shè)機(jī)制，注重專業(yè)內(nèi)容的交叉與融匯，建立標(biāo)準(zhǔn)化考核體系，建立開放的課程管理平臺。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，操作系統(tǒng)課程建設(shè)必然是需要長期探索改進(jìn)的過程，應(yīng)積極推廣、不斷研究分析改革成果，與其他院校廣泛交流，增強(qiáng)課程體系建設(shè)的科學(xué)性和通用性，進(jìn)一步推進(jìn)高等院校計(jì)算機(jī)專業(yè)各學(xué)科的整體建設(shè)與發(fā)展。

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