操作系统教学改革与创新人才培养

摘要: 针对操作系统课程教学中存在的局限,以创新人才培养为目标,本文作者结合自身的教学实践,从教材、教学内容的改革教学手段和实验的改革等方面阐述了操作系统教学改革与创新人才培养的方法。

关键词: 操作系统教学改革创新人才

1.引言

操作系统是计算机系统的核心,是计算机科学与技术专业的一门理论性和实践性并重的核心主干课程,其课程教学直接关系到计算机专业学生的创新能力的培养。现有的操作系统教材偏向于理论,内容抽象、过时,在操作系统的教学中存在偏理论轻实验或局限于算法的模拟实验,教学手段单一,因此难以调动学生的积极性,激发学生的学习热情,培养学生的创新精神。针对现有教学的局限,笔者根据课程特点,从教材、教学内容、教学手段和实验等几方面进行教学改革,取得了一定的成效。

2.操作系统的发展与创新

操作系统是随着计算机硬件与软件的发展而发展的。从早期的控制程序到管理程序(初级操作系统),再从管理程序发展为操作系统;从作业到进程,再到线程;从单道独占到多道并发;从查询I/O到中断,再从中断到DMA,从DMA到通道,改革创新贯穿整个发展过程。

创新是民族进步的灵魂,创新性人才培养是人才培养的最高境界。大学作为创新人才培养的重要基地,在整个培养过程中,应始终坚持以创新为本。操作系统的发展过程就是一个创新的鲜活实例,因此,在操作系统的教学过程中教师应将创新能力的培养贯穿于整个课程的教学始终。

3.讲义编写的改革

针对当前教材过时、重理论轻实验等局限,笔者采取了课程组自编讲义,在教学过程中不断更新完善,讲义和参考教材并用的方法。

教师应在充分吸纳现有教材精华的基础上,结合教学实践,学生的知识结构,最新的理论、技术和实验环境,有重点、有选择地编写讲义,以适应教师教和学生学。讲义的编写应做到:第一,内容新颖。教师应摒弃传统操作系统教材中过时的知识,代之以现代操作系统中普遍采用的设计原理与实现技术。例如,摒弃作业和作业管理内容,强化进程、线程、进程管理和线程管理内容。学生所学的内容与实际使用的操作系统相一致,可调动学生的学习积极性和主动性,提高教学效果。第二,目标明确,重点突出。基于大学教育应努力实现知识、能力、素质三者辩证统一的目标,教师把编写的重点放在基础知识、基本技能和基本方法上,这样才能提高学生的理论素养和分析问题、解决问题的能力。与此同时,教师应注重向学生介绍最新的技术和方法,以拓展学生的知识面,激发学生的学习积极性和创新意识。第三,科学性与通俗性相结合。教师对概念、原理与技术的阐述要力求准确、精炼;对抽象的理论要力求用生动形象的实例加以说明,尽量通俗易懂、深入浅出、图文并茂,变抽象为具体,以便于学生理解。第四,精心设计习题。教师应根据教学内容,精心设计习题,既要有概念原理的理解与巩固型习题,又要有设计型实验习题,突出理论与实验的结合,以培养学生的工程实践能力和创新能力。第五,以讲义为主线,参考教材为补充。在每一章的讲义中,在突出重点的同时,教师应对相关知识点推荐相关阅读材料,重点推荐1―2本中文教材和1―2本英文教材作为讲义的必要补充。英文原版教材更新速度快,理论、技术和概念新,有些是由操作系统设计者直接撰写的,教师应鼓励学生直接阅读英文原版教材,领悟操作系统真谛,提高学习兴趣,激发创新热情。

4.教学手段的改革

传统的教学手段单一,理论与实际脱节,“灌输式”教学方式强调“授鱼”,而忽视了学生能力的培养和提高,难以调动学生的积极性,致使学生缺乏对操作系统课程的学习兴趣,难以掌握操作系统原理的精髓,因此积极探索形式多样的教学方式具有十分重要的意义。

教学手段改革的目的就是要转变“授鱼”为“授渔”,提高学生自身的综合素质,培养学生的创新能力。围绕教学大纲,教师应采用多元化的教学手段:传统的课堂教学、多媒体教学、网络教学、双语教学、网上作业、网上答疑、BBS论坛、操作系统资源网站、工程研发等。

教师可采用以下教学方式提高学生的学习兴趣,培养学生的创新能力。第一,启发式与互动式教学。教师可根据课程内容,分别采用:教师主讲、师生互动,学生报告、师生互动与教师总结;分组讨论与师生互动,分组辩论及教师评判等方式。教师应增加学生参与互动的机会,变被动参与为主动参与,调动学生的积极性,激发学生的创新热情。为了提高教学效率和教学效果,教师需要对教学内容精心挑选,有效地组织和充分地准备。第二,借助多媒体技术和网络技术提高教学效果。教师应利用形式多样的多媒体表现形式,将抽象的概念和原理以生动形象的图形、动画等形式展现出来,变抽象为具体,提高学生的学习兴趣。教师可采用网络辅助手段,利用网络课件、网络作业、网络测验、网络答疑、电子邮件和案例设计等多种手段提高交流和互动的机会。第三,重视实验教学,提高创新能力。教师应设计多层次实验,包括基础理论模拟实验、设计性实验和课程设计型综合实验。教师可将课内、课外结合,鼓励学生组成兴趣小组,激发学生的学习兴趣和合作精神。第四,拓展课外教学,直接参与科研。教师可鼓励和推荐学生参与教师的科研,或到企业参加操作系统设计和开发工作,提高学生的科研能力和创新能力。

5.改革实验教学与提高学生的创新能力

在操作系统的教学中存在重视理论教学而轻视实践教学的现象,这使很多学生误以为操作系统的学习就是记忆知识点,缺乏学习兴趣,不利于创新人才的培养。加强实验教学可增强学生对操作系统原理的理解,提高学生的动手能力和创新能力,因此教师在操作系统课程教学过程中应采用分阶段、分层次设计的实验体系,全面培养学生的创新能力。

本课程的实践教学分为三个阶段、四种类型,即课程实验、课程设计和专业设计三个阶段,体验型实验、理论验证型实验、综合设计型实验和创新型实验四种类型。笔者在教学过程中同步进行课程实验与课程教学,以体验型实验和理论验证型实验为主。体验型实验的目的是让学生熟悉目前的主流操作系统,如Unix、Linux和Windows等。笔者在体验型实验教学中设置了系统安装、配置、命令使用和系统调用等实验内容,激发了学生的学习兴趣,增强了其对理论学习的热情。理论验证型实验的目的是让学生加深对课程中理论原理和算法的理解,主要包括处理器调度、虚拟存储管理、磁盘驱动调度、文件管理、进程同步、死锁检测与解除等验证型实验。课程设计作为一门独立的实践性课程开设,笔者将其安排在操作系统课程结束后进行,以综合设计型实验为主,辅以创新型实验。综合设计型实验的目的是培养学生对实际操作系统的综合分析、方案设计和操作系统设计的能力。笔者重点分析开源Linux系统内核源代码并设计出相关系统模块,培养学生的综合设计能力,激发学生的创新能力,为系统开发奠定基础。对专业设计,笔者安排在四年级的第一学期,以创新型实验为主,目的是培养学生的创新能力。实验型实验是结合教师的科研项目,以项目的方式下达和管理,没有固定方法。笔者要求学生根据任务书的要求,利用软件工程的设计方法,自行进行需求分析、拟定项目规划设计方案并组织实施,从而体现了实验过程的设计性和工程性,培养和锻炼了学生的独立工作能力和创造性思维能力。

为了达到预期的效果,教师需要对实验内容、实验环境、实验步骤和考核内容及指标进行精心组织和准备,严格管理。对综合型和创新型实验,教师应鼓励和引导学生积极讨论,相互合作,培养学生的团队精神、创新能力。在实验中,教师应及时检查学生的实验成果,必要时引导学生寻找更好的实验方案。实验结束后,教师应要求学生撰写实验报告。教师应根据实验过程中的讨论,实验结果的检查,以及实验报告质量和编程代码质量评定学生的实验成绩。

6.结语

培养创新人才是大学的重要使命。以创新内容为核心的操作系统课程的教学理所当然地肩负着创新能力的培养。因此,教师通过教学内容、教学手段和实验的改革,能达到培养创新能力的目的。根据上述改革思路,笔者经过多年的教学改革实践取得了明显效果,激发了学生的学习热情,增强了学生的创新能力。在江苏大学的操作系统课程的教学改革中,有多名学生发表了操作系统方面的学术论文,取得了相关的发明专利,多次在信息安全等全国性竞赛中获奖。

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