張乾燕 李潔

摘要：本文分析了操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題，并從實(shí)驗(yàn)教學(xué)制度建設(shè)、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)方法和手段、教學(xué)評(píng)價(jià)模式等方面進(jìn)行研究，提出了在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略下的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)的改革思路。實(shí)踐證明，這種創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)下的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)的改革，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的作用，培養(yǎng)了更貼近市場(chǎng)需求的創(chuàng)新型、技能型人才。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)；操作系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-0568（2012）11-0116-03

一、引言

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)專業(yè)重要的核心課程，是一門理論性和綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，該課程的理論學(xué)習(xí)是理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作、用戶與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交互和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)等基本知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要途徑，而其實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是學(xué)生得以深入理解和驗(yàn)證課堂教學(xué)內(nèi)容的直接和有效手段。

操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能強(qiáng)化學(xué)生加深理解操作系統(tǒng)的概念、原理、組成等基本知識(shí)，能拓寬學(xué)生編程思路，培養(yǎng)動(dòng)手操作能力與分析綜合能力，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量將直接影響學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、合作能力等。[1]在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略的指引下進(jìn)行操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，面向市場(chǎng)不斷創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各項(xiàng)機(jī)制，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)、人才培養(yǎng)和服務(wù)社會(huì)有機(jī)融合、協(xié)同發(fā)展，培養(yǎng)更符合就業(yè)市場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)類技術(shù)應(yīng)用型需求的人才。

二、操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視度不夠

在教育教學(xué)中，大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往附屬于理論教學(xué)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新精神的培養(yǎng)不夠重視。而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中過(guò)于隨意，學(xué)習(xí)紀(jì)律渙散，遲到、早退、曠課、請(qǐng)假等情況屢見(jiàn)不鮮。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)落不到實(shí)處，導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力薄弱，創(chuàng)新能力差，缺乏適應(yīng)企業(yè)需求的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力，造成了學(xué)生就業(yè)困難的局面。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置問(wèn)題[2]

操作系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要是圍繞教材中的主要算法進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，但是僅僅靠這幾個(gè)算法很難讓學(xué)生直觀地理解眾多抽象的概念，且學(xué)生在這些實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的方法和技能并不能應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中去，實(shí)驗(yàn)成為一種形式，理論與實(shí)踐脫離嚴(yán)重。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的選擇問(wèn)題[1,2]

操作系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境選擇較難，大部分的教材都是以Unix系統(tǒng)為例，但是Unix安裝成本較貴，不太適宜用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)。Windows系統(tǒng)是學(xué)生較為熟悉的操作系統(tǒng)，但是其大部分源代碼不對(duì)外公開(kāi)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)法深入到操作系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究，不利于學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)的工作原理的理解。選用Linux作為實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)，又因?yàn)閷W(xué)生對(duì)Windows系統(tǒng)較為熟悉，大部分沒(méi)有接觸過(guò)Linux系統(tǒng)，思維定勢(shì)難免會(huì)給學(xué)習(xí)和認(rèn)知帶來(lái)難度，因而也限制了學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)工作原理的理解和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)類型和手段的單一[3]

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多是驗(yàn)證型和仿真型的，注重的是理論知識(shí)的檢驗(yàn)和證明。這種實(shí)驗(yàn)以教師為中心，學(xué)生完全按照教師的意圖進(jìn)行實(shí)踐操作，缺乏自己的思考和創(chuàng)新過(guò)程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的作用，還直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，也因此使學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)和提高受到了限制。

5.缺乏高水平的、雙師型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍

高校教師大多是從學(xué)校到學(xué)校，缺乏校企溝通的理念和環(huán)境，缺乏企業(yè)工程化的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，因而無(wú)法保證對(duì)學(xué)生的操作技能進(jìn)行有效的指導(dǎo)，直接影響實(shí)踐教學(xué)的效果和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

針對(duì)上述操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，筆者結(jié)合學(xué)?！暗谒呐氛n程立項(xiàng)項(xiàng)目”——計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程建設(shè)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革實(shí)踐，提出了創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略下實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革的思路以及一些具體的措施。

三、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略下實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路

1.推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的條件

建立產(chǎn)學(xué)研技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)的改革提供有力的支持。具體包括兩個(gè)方面的創(chuàng)新工作：

（1）創(chuàng)新制度建設(shè)，搭建高校和企業(yè)合作的外部環(huán)境。建立高校教師到企業(yè)掛職制度，改善教師的專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)踐，提高專業(yè)技能、積累經(jīng)驗(yàn)，從創(chuàng)新過(guò)程中加深教師對(duì)產(chǎn)業(yè)的認(rèn)知。同時(shí)建立流動(dòng)編制，從企業(yè)聘請(qǐng)集工程理論與技術(shù)專長(zhǎng)為一體的工程師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，并在制度上促進(jìn)這一機(jī)制的形成。這種制度建設(shè)的改革，培養(yǎng)了高素質(zhì)的、“雙師型”實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)與時(shí)俱進(jìn)，從而保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

（2）創(chuàng)新科研思路，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研進(jìn)行有機(jī)融合，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制的可持續(xù)發(fā)展。以科技或市場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)，加強(qiáng)與企業(yè)的聯(lián)系，主動(dòng)找準(zhǔn)企業(yè)的關(guān)鍵點(diǎn)和興趣點(diǎn)，建立以企業(yè)需求為導(dǎo)向的科研項(xiàng)目。同時(shí)將科研與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，以綜合性的工程實(shí)踐項(xiàng)目為主線，圍繞綜合實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容將項(xiàng)目模塊化，按照操作系統(tǒng)功能的五大模塊：進(jìn)程管理模塊、存儲(chǔ)管理模塊、文件管理模塊、設(shè)備管理模塊、網(wǎng)絡(luò)管理模塊分配到實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容各環(huán)節(jié)中，從而將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研實(shí)現(xiàn)有機(jī)的融合。在提高教師的科研水平和業(yè)務(wù)水平的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和質(zhì)量得到了顯著提高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也更加貼近了產(chǎn)業(yè)技術(shù)對(duì)人才的需求。

2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，分層次教學(xué)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力

單一的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不適合培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，所以要?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，精簡(jiǎn)基礎(chǔ)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加模擬設(shè)計(jì)性、規(guī)劃研究性和開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的層次分明。

在不同階段實(shí)施不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和形式，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)循序漸進(jìn)完成，以達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)效果。具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程為：

（1）認(rèn)知學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)階段。這種實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，包括基本的應(yīng)用級(jí)和系統(tǒng)管理級(jí)的實(shí)驗(yàn)。如，操作系統(tǒng)的安裝、文件操作等，實(shí)驗(yàn)中以教師輔導(dǎo)為主，教會(huì)學(xué)生如何安裝虛擬機(jī)、如何加載虛擬機(jī)鏡像、熟悉操作系統(tǒng)各項(xiàng)功能、掌握文件操作命令等。

（2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段。以學(xué)生自學(xué)為主，學(xué)生自己編程模擬實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的某些功能模塊。主要的實(shí)驗(yàn)有：動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)進(jìn)程調(diào)度算法、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法、頁(yè)面置換算法等。當(dāng)學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)，并不直接替他們排除故障，而是提出產(chǎn)生故障的幾種可能性，鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題和不同的見(jiàn)解并自行加以解決。例如，在動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)進(jìn)程調(diào)度算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的設(shè)計(jì)思路不明確時(shí)，可從幾個(gè)方面來(lái)幫助他們理清思路：是否考慮了進(jìn)程的阻塞時(shí)間、在運(yùn)行進(jìn)程已占用CPU時(shí)間以達(dá)到所需運(yùn)行時(shí)間時(shí)是否進(jìn)程還未到達(dá)，等等，提出多種可能的情況，讓學(xué)生自行思考、設(shè)計(jì)并解決問(wèn)題。

（3）研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)階段。在進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生已經(jīng)從書本逐步走向?qū)嵺`，消除了對(duì)編寫軟件系統(tǒng)的心理障礙，提高了編程水平。此階段是以提高素質(zhì)為主，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，強(qiáng)調(diào)的是主動(dòng)研究式的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程?？蛇x的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，如進(jìn)程創(chuàng)建、內(nèi)存分配、文件的讀/寫等，教師給出其中較為有意思部分的源代碼，要求學(xué)生閱讀，然后讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上自行提出課題和基本思路，并利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)等查找相關(guān)資料后獨(dú)立完成。學(xué)生在這種研究性學(xué)習(xí)過(guò)程中主動(dòng)獲取知識(shí)，開(kāi)動(dòng)腦筋進(jìn)行課題的思考和設(shè)計(jì)，因而有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

（4）開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)階段。[4]最后，安排學(xué)生進(jìn)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的主體作用和主動(dòng)學(xué)習(xí)能力?？勺寣W(xué)生自成小組，在虛擬機(jī)平臺(tái)上，從裸機(jī)開(kāi)始，通過(guò)實(shí)例利用匯編與C語(yǔ)言編寫一個(gè)小型的操作系統(tǒng)的框架，包括處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、文件管理和簡(jiǎn)單的設(shè)備管理。團(tuán)隊(duì)協(xié)作分析和設(shè)計(jì)仿真操作系統(tǒng)的架構(gòu)和各項(xiàng)功能、制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、編寫代碼并注釋說(shuō)明、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、撰寫說(shuō)明書和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后由團(tuán)隊(duì)統(tǒng)一提交。這樣的實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生把握操作系統(tǒng)的精髓，真實(shí)地消化書本知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)和提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考的探索精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。