应用型本科操作系统教材建设研究

文章编号：1672-5913(2011)21-0094-04 中图分类号：G642 文献标识码：A

作者简介：范辉，男，教授，硕士生导师，研究方向为智能虚拟环境、计算机辅助几何设计。

摘 要：教材建设是课程建设和人才培养的核心，本文以“十一五”部级规划教材《操作系统原理与实训教程(第二版)》为背景，重点讨论应用型本科操作系统的课程目标、教材的组织结构等，以及应用型本科操作系统课堂教学实施中的有关问题，希望对同行有所启示。

关键词：操作系统；教材建设；应用型本科；精品课程

1 研究背景

操作系统是现代计算机系统中必不可少的系统软件，控制和管理计算机的所有资源，为用户提供方便，是用户开发和使用应用软件不可缺少的支撑环境。操作系统课程是计算机专业的一门专业主干课程，主要研究操作系统的基本原理和实现方法，是计算机专业学生知识结构中的重要组成部分。但其教材和教学从历史到现在一直存在很多问题，需要探讨。

国家教育部强调对不同院校、不同层次的学生采取分类指导的原则，但目前很难找出适合于应用型本科院校的操作系统教材。现有教材大多注重理论，对实际应用比较忽视。这无疑增加了学生学习的难度，降低了教材的实用性。因为操作系统原理中的很多概念比较抽象，而大部分应用型本科学生今后并不参与操作系统的研究工作，他们需要的是对理论的理解和对实用系统的灵活应用。因此，选择一本适合应用型本科教学用的操作系统教材，是一件十分重要的事情。

2 课程目标与定位

应用型本科教育[1]不是低层次的高等教育，而是高等教育中区别于研究型和工程型的一种新型教育层次。计算机应用型本科人才具有独特的人才规格特征，概括起来就是“三高一德”，即高务实性、高应用性、高适应性和良好的职业道德[2]。

操作系统课程是培养学生计算思维能力、算法设计与分析能力、程序设计与实现能力，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。在认知层次上，基础要求是对知识的记忆、理解和应用，而高层次的认知要求还包括对知识的分析、评价和创造。在操作系统领域，对科学型、工程型和应用型认知层次的不同要求，如表1所示。

对于应用型人才，本课程重点培养学生在选型、配置、使用、管理方面的能力，以及分析、解决基于操作系统应用问题的实践能力[3]。

3 教材的组织结构及特点

3.1 教材的组织结构

文献[2]中对计算机应用型本科教材的6大特征进行了详细论述，指出教材应从教学体系和知识结构上体现出两个目标、四类课程、四种知识和四种能力。

(1) 两个目标：计算机应用第一线工作的本科人才总目标；“三高一德”的应用型人才规格目标。

(2) 四类课程：基础理论性课程(特点：变厚基础为实基础)；培养专业工作能力的核心课程；培养基本技术、技能的课程；提高就业能力的课程。

(3) 四种知识：专业基础知识；专业技术知识；专业技能知识；通用职业知识。

(4) 四种能力：自我学习能力；创意创新能力；专业应用能力；社会适应能力。

《操作系统原理与实训教程(第二版)》[4]共8章。第1章概述操作系统的内容；第2~5章讲述操作系统

的基本功能――处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理；第6章介绍操作系统的研究热点和难点――安全性问题；第7章为实训基础；第8章为实训内容。具体的组织结构如图1所示。

3.2 教材原理篇的特点与细节

《操作系统原理与实训教程(第二版)》的主要特点是专为应用型本科计算机专业学生编写的操作系统教材，通俗易懂、图文并茂、注重理论与实践相结合。特别是书中多处引用了源于生活的例子，对于学生理解操作系统原理中的一些重要而抽象的概念以及掌握进程同步互斥问题等学习难点大有裨益。

1) 例1：程序的并发执行。

第二章“处理机管理”的2.1节“程序的并发执行”，将教师在实验室指导学生学习过程和多道程序系统进行类比。

“……上实验课时，每组学生要执行整个实验的各个步骤，宏观上，各组同时进行实验。但是，实验室中有些贵重的仪器数量很少，大家只能轮流使用。指导老师更是宝贵的‘资源’，且没有‘分身术’，除了统一讲解共同性的要点外，对于各组提出的具体问题，只能够逐组指导。各组的实验，有条件时做下去，碰到困难等待老师指导或者排队使用共享仪器时，只好停下来。因此，在微观上，各组的实验是‘做做停停，停停做做’的。多道程序系统中的作业也是如此‘走走停停，停停走走’的……”

2) 例2：分页式存储管理。

第三章“存储器管理”的3.1节“分页式存储管

理”用旅游团安排客房的例子来说明内存分配问题。

“……假设一个大型饭店，所有的客房都是标准的双人间，部分客房已经住进客人，现在又有一个旅游团要求入住。接待员统计了一下，对旅游团领队说：‘贵团全体成员都能住下，两人一个房间，但是不能住在同一楼层了，因为每层空着的客房不够，更没有几个挨着的。请原谅！’对于这样的安排，一般人不会感到奇怪。因为旅游团本来就是由一个个单独的游客或一对对夫妻组成的，而饭店的客房本来也是两人一间的，两人一组，正好可住在一个客房里；另外，饭店几乎每天都有入住和退房的客人，想在同一楼层找几间挨着的客房实在不容易……”

3) 例3：I/O控制方式。

第四章“设备管理”的4.2节“I/O控制方式”在讲解DMA控制方式时用生产工人的生产流程进行比喻。

“……DMA控制方式类似于生产人员停下生产，

由其他人员利用生产车间的设备，一次性将这批产品装上车运走，然后生产人员继续生产……”

3.3 教材习题与实训篇的特点与细节

根据高等院校应用型本科教育“理论够用、注重实践”的特点和要求，除了对基本原理做讲解和介绍外，书中还安排了大量的例题和习题，并且所有的习题书后均附有习题解答，便于培养学生的自学能力。另外，结合主流操作系统平台教材组织了多层次丰富的实训内容，以培养学生的专业应用能力和创意创新能力。

习题内容按照教学大纲要求掌握的知识点组织，题目的难度高低不同，分为填空、单项选择、多项选择、判断、名词解释、简答和综合应用7类，如表2所示。其中，前6类属于基础题，再加上难度适中的综合应用类题目，作为必做作业，要求全体学生掌握；对于较难的综合应用类题目，仅供学有余力或打算考研的学生选做，这类习题的选择主要来自于各高校的历年考研例题，并在此基础上筛选及修改，对学生综合应用专业知识的能力要求较高。

对于实训部分的内容，课题组在文献[5]中结合实训平台进行过详细论述，在此就不展开了。

4 课堂教学中的分层次教学

事实表明，应用型本科院校中存在一部分学生，毕业后可能参加计算机专业研究型或工程型的工作，如参加研究生考试，进入研究型大学攻读硕士研究生等。尽管这部分学生在整体中所占比例不高，一般不超过20%，但在教学过程中，还必须考虑到这部分学生的学习需求，进行分层次教学。我们的方法如下：

1) 在课堂教学过程中，随时指明哪些教学内容是必学部分，哪些内容是选学部分，供学有余力的学生学习。

2) 对学生布置不同的课后习题任务，在要求全体学生完成必做习题的基础上，要求考研的学生独立完成教材中的选做习题，并针对选学内容及选做习题中的问题，在课后指定时间单独进行答疑。

3) 在实训过程中，要求全体学生对应用级、系统管理级、观察级和实现级实验全部独立完成，而对源代码阅读级实验，则要求学生分组协作完成。实践证明，只要教师把好质量关，学习程度各异的学生经过上述实训，专业应用能力和创意创新能力都能得到大幅度提高，并且对操作系统原理篇的内容也都会有更深刻、更正确的理解。

5 结语

山东工商学院操作系统课程组一直在应用型本科教学中进行着探索与实践，取得了一定的成绩，在全国应用型本科院校中起到一定的示范作用，并于2009年被评为部级精品课程。《操作系统原理与实训教程(第二版)》经过近百所高校多年的实践教学，也证明适合于应用型本科院校的教学，到目前为止，两版教材已累计印刷5万册，被评为“十一五”部级规划教材，并获2009年山东省优秀教材一等奖。课题组成员将继续努力探索，在应用型本科操作系统教学及计算机专业教学中发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 夏建国，刘晓保. 应用型本科教育：背景与实质[J].高等工程教育研究，2007(8)：8-9.

[2] 周广声，严晓舟，焦金生. 应用型本科高校计算机专业教材建设若干问题的研究[J].计算机教育，2010(5)：108-111.

[3] 教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案[M].北京：高等教育出版社，2010：274-275.

[4] 范辉，谢青松. 操作系统原理与实训教程(第二版).北京：高等教育出版社，2011.

[5] 孙述和,谢青松,董付国,等. 操作系统实验教学研究与探索[J].计算机教育，2010(1)：97-100.

Research on Operating System’s Textbook Construction for Practice-oriented Universities

FAN Hui, XIE Qingsong, SUN Shuhe, DU Ping, LI Jinjiang

(College of Computer Science and Technology, Shandong Institude of Business and Technology, Yantai 264005, China)

Abstract: Textbook construction is the core of curriculum development and personnel training. In the paper, putting “11th Five-year” national planning textbook Operating System Principles and Practice Guide (2nd edition) as the background, we focus on the course objectives and textbook’s organizational structure of practice-oriented university’s operating system, in addition to discussing the application of classroom teaching issues related to implementation.

Key words: operating system; textbook construction; practice-oriented university; excellent course