“操作系统”精品课程建设

摘要:“操作系统”是计算机专业重要的基础课,在计算机软硬件课程的设置上,起着承上启下的作用,其特点是涉及面广、内容庞杂、实践性强、教学难度大。本文围绕“操作系统”课程的特点,从课程体系构建、教学内容和方法更新、双语教学推进、实验环境建设几个方面探讨“操作系统”精品课程建设的改革思路及成效。

关键词:操作系统;精品课程;课程体系;教学方法;实验环境

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

“操作系统”是计算机科学与技术、软件工程专业的核心主干课程,也是网络工程、信息安全、自动化等各专业学生必须学习和掌握的基础课程。该课程在计算机软硬件课程的设置上起着承上启下的作用,也是打好软件基础的关键课程。

近年来,随着计算机制造技术和用户需求,特别是网络应用的发展,操作系统的理论与设计方面的研究得到了迅速的发展。操作系统在计算机领域有举足轻重的作用,能否学好“操作系统”课程,掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术,对计算机类专业学生的未来发展至关重要。为此,本文从优化课程体系、教学内容和方法、实验环境等方面对“操作系统”进行精品课程建设,提出并实施了以下一系列改革措施。

2构建多层次、多类型的课程体系

“操作系统”课程的教学目标是向学生系统地介绍操作系统的设计原理和实现技术。教学内容包括操作系统体系结构、任务管理模型、资源管理模式、任务调度算法以及资源分配算法等。培养学生分析问题、解决问题、开发系统软件的基本技能,使其具有初步分析实际操作系统的能力,为今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。

为加强该课程教学效果,提高课程教学质量,使内容具有系统性,建成了以操作系统为主干的、多层次、多类型的课程体系。根据不同学科、专业对操作系统知识的要求不同,以及所具备的不同的专业基础,开设了:

(1) 操作系统(A)(4学分)――针对计算机科学与技术、软件工程专业本科学生;

(2) 操作系统(B)(3学分)――针对网络工程、信息安全、自动控制等本科学生;

(3) 操作系统分析与设计――针对软件工程本科学生、计算机应用技术及计算机软件与理论研究生;

(4)Linux操作系统――针对全校本科生的选修课;

(5) 嵌入式操作系统及应用――针对软件工程本科生、计算机应用技术及计算机软件与理论研究生。

以上因材施教的措施,取得了很好的教学效果。

3更新教学内容和方法

我院“操作系统”课程已被评为四川省级精品课程。在多年的课程建设中,我们积极探索在新理论、新概念、新技术不断发展情况下教学内容、教学方法及教学模式的变革。

3.1重视教学内容的更新和整合,使课程内容跟上学科和技术的发展

为跟上现代操作系统的发展步伐,在教学内容中,增加了网络操作系统、对称多处理、系统安全性、微内核及线程技术等内容。在进行“操作系统”课程理论教学的同时,重视同步进行主流操作系统的实例教学和实践教学。九十年代初将Minix作为实例引入“操作系统”教学中,进行剖析,开设相应实验,对Minix相应模块进行修改和更新。2000年后,将Linux作为操作系统的实例教学,在“操作系统分析与设计”课程中,对Linux源代码进行较为详细的分析,并开设基于Linux的相关实验。继而在本科生毕业设计中,引导学生对Linux内核进行深入分析,对调度算法、驱动程序、文件系统等部分进行修改和设计。2005年建成了基于“Linux的操作系统课程”网络实验环境。

3.2加强学生在计算机科技英语掌握和使用能力方面的培养,增强了国际竞争力

自2004年以来,“操作系统”课程实施双语教学。采用国际流行的英文版《Operating Systems: Internals and Design Principles》影印教材,使用英文课件、英文习题和英文命题考试,将国外先进的教学理念和教学方式贯穿于整个教学活动中,提倡启发式、讨论式、研究式教学。使学生不仅牢固地掌握了操作系统知识,而且提高了综合素质和跟踪学习前沿知识的能力,以及专业英语阅读能力,增强了国际竞争力,具有较好的示范性。

3.3科学合理运用多媒体教学手段,改进教学方法

在课堂教学中,以带动画效果的直观的多媒体电化教学为主,辅之以板书,对操作系统的重点、难点进行形象化的解释或演示。这种现代化的教育技术手段,可以加大信息容量,以动画生动表现动态过程,以拟人手段讲解难点,提高学生的学习兴趣。如进程的概念及状态变化采用上述方法,收到了很好的授课效果。

3.4开通“操作系统”教学网站,为学生提供良好与快捷的学习平台

在建设“操作系统”精品课程的过程中,作为课堂教学的必要补充,教学网站是一项充分发挥现代信息技术,拓宽教学资源使用和学生受益范围的举措。多方位地开展网络化教学,能让学生更大程度地获得需要的信息和知识,了解整个课程教学过程。

2004年起,我们积极开展“操作系统”课程的网络课程建设工作。目前,已经建立了“操作系统”教学网站(/os)和Linux网络实验环境(222.18.54.26)。前者的服务包括:课程简介、教学大纲、公告、文献推荐、电子教案、网络课堂、实验指导、习题练习、文件下载及在线答疑等。

Linux网络实验环境(网站)的服务分为教师端、学生端和管理员端三部分。教师端功能包括:

(1) 教学班级创建与删除:根据班级信息为每个用户创建Web账号和Telnet账号,或删除。

(2) 账号管理:完成个别学生的Web账号及Telnet账号的创建、恢复与删除。

(3) 作业管理:教师通过Web方式布置作业,查看学生上传的作业,进行评分;以及对学生通过Telnet登录完成的作业进行统计,包括作业数量及其属性等。

(4) 试卷组卷:可以根据章节内容和难度系数从试题库中组卷,可以添加、修改和删除试题。

(5) 公告:添加公告。

(6) 教学答疑:通过留言板实现。

学生端功能包括Web帐号密码修改、查看本系统中自己的教学班、作业下载与上传、教案下载、Telnet链接以及答疑系统。

管理员端功能主要完成教师帐号管理、公告信息管理、数据库管理以及其他如IP地址、信息过滤等管理。

上述两个操作系统网站的开通,充实和完善了网上的教学资源,改善了原有课堂讲授的单一教学方式,提供了一个基于网络的教学辅导的信息交互平台,学生受益匪浅。

4建立基于Linux的“操作系统”课程网络实验环境

“操作系统”课程不仅是一门理论性很强的计算机专业基础课,而且是一门实践性很强的课程。要清楚地理解操作系统的精髓,亲自动手参与实践是很重要的。我们希望通过实践教学,将抽象的操作系统概念及原理,形象化地传授给学生,让学生分析理解典型的操作系统,紧跟飞速发展的操作系统技术。

Linux是一个完整的通用操作系统,其源码公开,结构简单清晰,是一个极好的操作系统实验蓝本。因此构建基于Linux平台的操作系统实验环境,可以解决“操作系统”课程理论和实际脱节、理论抽象、实验困难的现象,是提高“操作系统”教学水平的有效途径。我们在不改变用户计算机大多采用Windows系统的前提下,通过提供一个Linux服务器,构建了一个基校园网的、开放的“操作系统”教学实验环境(222.18.54.26)。

在Linux实验环境下,鼓励学生深入Linux内核,分析源代码。在开源Linux系统中,学生可以仔细阅读、分析源代码,可以与书中介绍的原理、方法进行逐一比较,探究它是如何实现现代操作系统常规功能的。基于Linux的主题实验分为三个层次:

第一层次为对课程内容验证的实验。如学习使用Linux操作系统,观察Linux的行为,在Linux系统上实现进程的软中断通信、管道通信、内核定时器等。通过实验,使学生对课堂上讲授的基本原理加深理解。

第二层次为设计性、个性化较强的综合性实验。包括对Linux操作系统内核源代码的分析和修改,如在内核中增加一条系统调用,虚拟内存管理,设计并修改进程调度算法,设计一种新的设备驱动程序等。这些设计都包含对内核的修改、重建或模块机制,过程较为复杂。学生可以根据自己的兴趣爱好,设计不同的内核修改方案。一般配合“操作系统分析与设计”课程进行。

第三层次为构建“操作系统”课程实验环境本身,指导四年级的学生在毕业设计中深入分析Linux内核,修改、设计并实现新的算法或数据结构,开发实验演示系统,为有能力和有兴趣的同学提供了技术提高环节,也为今后从事相关的工作打下坚实的基础。

通过以上三个层次的实验锻炼,学生的动手能力和创新能力得到有效的培养,受到历届学生的好评。

5结束语

精品课程建设是一项长期而艰苦的工作,它贯穿于教学的各个环节。在“操作系统”精品课程建设的历程中取得上述一些经验和体会,主要得益于有一支素质优良的教学团队。只要我们坚持教育教学改革,不断更新和整合教学内容,不断改进教学方法,努力加强理论教学和实践教学的有效结合,就能使教学水平不断得到提高。

参考文献:

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[2] 罗宇,张颖蓓,叶常春. 本科操作系统课程设置及教学体会[J]. 计算机教育,2006(1):39-40.

[3] 江静岚. 从操作系统课程教学看精品课程建设[J]. 考试周刊,2008(26):122-123.