信息技术影响下的操作系统课程教学
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摘要：操作系统是计算机科学与技术专业的核心课程，也是计算机系统中最重要的软件。以Linux为代表的开源软件和嵌入式技术的不断发展丰富了操作系统内容。文章分析技术发展和社会需求变化对操作系统课程教学的影响，并从理论教学和实践教学两方面给出一些改进方法。
关键词：信息技术；计算机科学与技术专业；操作系统；教学
文章编号：1672-5913（2013）03-0097-04
中图分类号：G642
1 背景
操作系统是计算机科学与技术专业的核心课程。针对计算机科学与技术专业学生量大和社会需求面宽的现实，教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会编制了《高等学校计算机科学与技术专业战略研究报告暨专业规范（试行）》，鼓励办学单位对毕业生进行4个方向的分类培养，即计算机科学、计算机工程、软件工程以及信息技术。文献1构建了计算机科学与技术专业4个方向的公共核心课程，其中操作系统是8个知识领域之一。近20年来，随着网络技术、嵌入式技术、多媒体技术等新技术的兴起，各高校新增不少对应课程，但是操作系统作为计算机专业的核心课，依然是一门重要课程。
信息技术是管理和处理信息所采用各种技术的总称，它与计算机关系紧密。操作系统是计算机系统中最重要的软件，而近年来以Linux为代表的开源软件和嵌入式技术的不断发展，对操作系统的发展有较为明显的影响。
信息技术内容较为丰富，但我们不是探讨信息技术的发展，而是分析信息技术与操作系统课程教学的关系。我们主要关注2个方面：1）教与学过程中涉及的信息技术；2）专业培养计划中相关的课程。另外，操作系统课程是培养学生的计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实践能力，以及计算机软硬件系统的认知、分析、设计与应用能力的重要课程，因此我们仍然认为操作系统课程教学要以“全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程”为主线索完成课程教学。
2.1对教与学的影响
通过微软中国和Linux中国等网站，教师可以了解与操作系统相关的新闻、技术和技巧，提高教学内容的吸引力。对于大部分学生来说，他们有较多的时间花在网络上，因此教师布置一些需要通过搜索信息或者访问一些课程相关网站才能完成的作业，既有利于引导学生合理利用课余时间学习该课程，又有利于提高学生的信息检索能力。
2.2软件开发平台对教学内容的影响
操作系统课程具有理论与实践并重、系统与模块并重、设计与应用并重和内容广泛且知识更新快等特点。对于一部分计算机专业的学生，软件开发可能是他们将来的就业方向，因此学生从软件开发平台的角度理解操作系统课程是有必要的。在Windows NT之前，程序设计类课程的教学平台多是Turbo C，之后是Visual Studio 6.0，现在是.NET框架。在计算机软件工程师眼里，操作系统是一个提供一系列系统调用（或API）的基础性软件，因此教师在相应的章节教学中注意这些变化是可以提高教学效果的。
2.3开源软件对教学的影响
随着开源软件在世界范围内的影响力日益增强，Linux在服务器、桌面、行业定制等领域获得长足发展，尤其在服务器领域已取得令人瞩目的成就。作为较早开放源代码的软件，Linux将引领未来软件发展的方向。基于Linux开放源码的特性，越来越多大中型企业及政府投入更多的资源开发Linux。Linux是一个类UNIX操作系统；由于UNIX是世界上使用最普遍和发展最成熟的操作系统之一，Linux作为UNIX的克隆版本使得Linux用户可以从很多方面得到支持和帮助。
考虑到Linux在不同领域中应用得越来越广泛，因此我们培养学生在Linux环境下编写程序的能力，是一项面向就业市场和对广大计算机相关专业本科生有着重要现实意义的工作。如果实践教学平台是基于Windows操作系统的，那么一个不足就是Windows的集成开发环境屏蔽了细节的实现，它不利于学生对程序代码编译和调试的理解，即不利于学生程序设计能力的培养，而Linux编程环境则可以很好地弥补这个不足。此外，我们可以从各种途径找到Linux的内核和应用软件的源代码，对这些代码进行分析与运用也是培养程序设计能力的途径之一。
2.4嵌入式技术对教学的影响
嵌入式系统是一类特殊的计算机系统。计算机系统由硬件系统和软件系统组成，其中操作系统是最重要的软件。分析嵌入式系统和嵌入式开发过程的特点有助于我们更好地思考操作系统课程教学。智能手机是一种较为典型的嵌入式技术，而智能手机软件开发则随着智能手机越来越广泛地被使用而得到关注。因此，在各个章节的教学过程中，如在内存管理这一章，教师可以对比通用型操作系统与嵌入式操作系统中相应内容的不同点，运用对比教学法提高教学效果。
3 操作系统课程的理论教学
操作系统是计算机专业的基础课程，一般来说，其后续课程有嵌入式系统技术、网络通信技术、数据库技术、Linux环境编程、.NET等。因此，研究操作系统与其他专业课程的结合点，完成操作系统作为其他专业课程背景知识和基础知识的教学内容组织，对于后续课程教学及提高学生对这门课程的学习兴趣有重要意义。
3.1突出原理，加强理解
操作系统课程的教学要使学生理解并掌握基本原理，适当了解该课程涉及的前沿知识和技术。对于教学来说，学以致用是最重要的。搜索引擎使得信息获取相对容易，因此教学过程的侧重点将由强调对知识点的记忆转向对知识点的理解，即由传统的先记忆而后理解，转变到信息时代的先理解而后记忆（如果忘了知识点的内容，凭借无处不在的搜索引擎，可以根据记忆碎片查找到知识点），并将内容分成原理性知识和具体实践2类。对于前者，要抓住其内容本身变化不大的特点，不断精炼教学内容，使其通俗易懂。
由问题出发讲授相关原理是一种常见的教学方法。比如，由“多任务并发执行如何完成”这个问题，可以引出中断和进程等概念。换个角度说，这是引导学生根据问题提出方案，营造一个“学习型”教学氛围的方法。突出原理，也是突出原理所解决的问题。有了学习上的“问题”，那么引导学生使用搜索引擎提高对原理的理解，则是信息技术影响下理论课教学的一种新方式。
3.2围绕课程间的结合点，提高学习兴趣
“纸上得来终觉浅”，理论教学要结合实践教学才能加强学生对理论的理解。操作系统的理论内容较为丰富，因此实践教学的课时相对较少。操作系统后续课程偏向应用实践，如果教师能够对课程间有联系的知识点有意识地理清并讲透，那么在进行相应课程授课时就可以使学生对这个知识点加深理解。
与实践教学联系紧密的知识点能够引起学生较大的学习兴趣。对于嵌入式系统技术、网络通信技术、数据库技术等后续课程，教师如果能在操作系统课程教学中回答操作系统为网络通信提供了什么、为数据库系统提供了什么功能模块、操作系统与嵌入式软件系统是什么关系等问题，则会大大提高学生的学习兴趣。
从与其他专业课程的结合点出发，相关知识点的讲述要有详细及概要之分，如对后续课程中的核心内容可概要讲述，而对后续课程中与操作系统原理相关的内容可详细讲述。
3.3设计平时作业，改进考核方式
在教学过程中，考核方式对于引导学生学好相应课程具有重要作用。教师可以改进考核内容，减少对记忆性知识的考核，加大综合运用知识分析和解决问题的能力考核，在检验学生掌握基本知识的同时，注重学生思维能力、实践能力和创新精神的培养。过去的考核方式大多以期末笔试为主，适当考查实验报告和平时课堂表现。我们尝试改革“重期末、轻平时”的课程评价模式，将课程考核贯穿教学全过程，增加平时作业在考核中的比重，把平时成绩占课程总成绩的比例提高到50%～60%；根据课堂进度布置相应作业，以让学生了解相应的前沿知识和一些扩展知识。
改进考核的方式可以从以下3个方面着手：①布置与课程进度相关的作业；②利用网上的资源如源代码资源，布置一些功能实现复杂的作业；③在有网络共享资源的前提下避免学生抄袭，即定义考核标准。另外，建立相应的教学辅助资源库，有助于制订更合适的考核标准。
布置平时作业是引导学生拓展知识面的一种表现。课程教师在这个环节上的角色是“指路人”。比如，借助信息技术，通过布置作业引导学生了解操作系统的发展历史，尤其是Linux和Windows的发展历史；操作系统与编译原理、软件开发平台的关系；操作系统与数据库系统的关系；通用型操作系统与嵌入式操作系统的区别。
4 操作系统课程的实践教学
计算机专业规范提出3种类型：科学型、工程型和应用型。操作系统领域对科学型、工程型和应用型3个认知层次有不同要求。操作系统实践教学内容的安排，首先得服务于相应专业的培养计划，我们就是在这个前提下讨论教学。对于实践教学的研究，我们应该根据专业定位，结合当代信息技术的特点，合理设计实践教学辅导材料，以加强实践教学效果。
4.1从应用角度考虑实践教学
教师从实际的应用软件开发出发改进实践教学内容，可包括2个方面的内容：①实际软件开发过程中，操作系统很多功能都是以各种各样API形式出现的，因此操作系统课程的理论在实际应用中往往表现为一个个的函数名，用户通过设置这些函数的具体参数使用操作系统的功能模块，但这会导致学生误认为操作系统理论不重要；②在系统架构的层次上，很难说明是操作系统的哪个知识点产生了作用，但必须要有对操作系统较为准确和透彻的理解才能完成系统架构。
4.2作好前后课程的衔接
综合性、设计性实验项目开发分为2个层次：①对于层次较低的实验项目，学生需要在前期课程如程序设计基础和数据结构的知识基础上，结合自身对本课程中算法的理解并参考网络上的一些资源和代码，进而完成实验内容；②对于层次较高的实验项目，根据教师从实际生产项目中提出的问题，如教师自己的项目及大学生创新训练平台提供的项目，学生有针对性地分析问题、建立模型、设计算法并完成实验。
教师需从与其他专业课程的结合点出发，作好操作系统课程实践教学与后续课程的衔接。一方面，本课程实践教学以加强学生对操作系统原理的理解为主；另一方面，后续课程既要避免不必要的重复性实验，又要适当地复习前面操作系统课程知识点和重复一些重要的知识内容。
4.3Linux程序开发平台
Linux程序开发平台在操作系统实践教学中是辅助手段，不是实践教学的主要内容。学生需要在2个层次上进行学习：1）根据实践教学辅导材料自学Linux的一些简单字符操作，了解Linux下集成开发环境的搭建、程序设计语言的运行流程、程序设计语言的编译等；2）利用Linux自带的一些共享代码，有选择地学习Linux初始化过程分析、Linux文件系统分析等。
总之，操作系统实践教学内容要分层次，既要保证大部分学生对于原理的理解，又要兼顾热爱积极探索的学生的需求。
5 结语
操作系统课程具有自身的特点，与编译原理、数据结构、数据库原理及应用等专业核心课程相比较，操作系统课程有概念解释相对繁琐、缺乏严密的数学模型（与编译原理相比）、难以设计与课程联系紧密的程序设计作业（与数据结构课程相比）、与实际工作直接联系少等特点。操作系统课程的这些特点使得它显得晦涩难懂。结合新技术，有效组织课堂教学内容；考虑前后课程的衔接，有层次地设计实践教学内容；合理布置平时课堂作业，改进旧的考核方式等，可以起到激发学生学习积极性和提高教学效果的作用。当然教学是一个实践的过程，需要在实际教学中逐步完善，因此有待我们进一步努力。
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