創新驅動戰略下的操作系統課程實驗教學改革

張乾燕 李潔

摘要：本文分析了操作系統實驗教學現狀及其存在的問題，并從實驗教學制度建設、教學過程、教學方法和手段、教學評價模式等方面進行研究，提出了在創新驅動戰略下的操作系統實驗教學體系結構的改革思路。實踐證明，這種創新驅動引導下的操作系統實驗教學體系結構的改革，充分發揮了實驗教學應有的作用，培養了更貼近市場需求的創新型、技能型人才。

關鍵詞：創新驅動；操作系統；實驗教學；改革

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1671-0568（2012）11-0116-03

一、引言

操作系統是計算機專業重要的核心課程，是一門理論性和綜合性較強的學科，該課程的理論學習是理解計算機系統工作、用戶與計算機系統交互和設計開發應用系統等基本知識結構的重要途徑，而其實驗教學則是學生得以深入理解和驗證課堂教學內容的直接和有效手段。

操作系統實驗教學能強化學生加深理解操作系統的概念、原理、組成等基本知識，能拓寬學生編程思路，培養動手操作能力與分析綜合能力，所以實驗教學的質量將直接影響學生的實踐能力、創新能力、合作能力等。[1]在創新驅動戰略的指引下進行操作系統實驗教學的改革，面向市場不斷創新實驗教學的各項機制，提高學生的創新能力和實踐能力，使實驗教學、人才培養和服務社會有機融合、協同發展，培養更符合就業市場對計算機類技術應用型需求的人才。

二、操作系統實驗教學現狀及存在的問題

1.實驗教學的重視度不夠

在教育教學中，大多數的實驗教學往往附屬于理論教學，對學生的實驗能力和創新精神的培養不夠重視。而學生在實驗環節中過于隨意，學習紀律渙散，遲到、早退、曠課、請假等情況屢見不鮮。由于實驗教學落不到實處，導致學生動手實踐能力薄弱，創新能力差，缺乏適應企業需求的專業知識和實踐能力，造成了學生就業困難的局面。

2.實驗教學內容設置問題[2]

操作系統課程的實驗教學內容主要是圍繞教材中的主要算法進行驗證性的實驗，但是僅僅靠這幾個算法很難讓學生直觀地理解眾多抽象的概念，且學生在這些實驗中學習的方法和技能并不能應用到實際項目開發中去，實驗成為一種形式，理論與實踐脫離嚴重。

3.實驗教學平臺的選擇問題[1,2]

操作系統課程的實驗教學環境選擇較難，大部分的教材都是以Unix系統為例，但是Unix安裝成本較貴，不太適宜用于學生實驗。Windows系統是學生較為熟悉的操作系統，但是其大部分源代碼不對外公開，學生實驗時無法深入到操作系統內部進行學習和探究，不利于學生對操作系統的工作原理的理解。選用Linux作為實驗操作系統，又因為學生對Windows系統較為熟悉，大部分沒有接觸過Linux系統，思維定勢難免會給學習和認知帶來難度，因而也限制了學生對操作系統工作原理的理解和創新能力的培養。

4.實驗教學類型和手段的單一[3]

目前的實驗教學大多是驗證型和仿真型的，注重的是理論知識的檢驗和證明。這種實驗以教師為中心，學生完全按照教師的意圖進行實踐操作，缺乏自己的思考和創新過程。實驗教學沒有發揮其應有的作用，還直接影響到學生的學習興趣和積極性，也因此使學生的創新思維和能力的培養和提高受到了限制。

5.缺乏高水平的、雙師型的實驗教學師資隊伍

高校教師大多是從學校到學校，缺乏校企溝通的理念和環境，缺乏企業工程化的實踐工作經驗，因而無法保證對學生的操作技能進行有效的指導，直接影響實踐教學的效果和應用型人才的培養。

針對上述操作系統實驗教學的現狀，筆者結合學?！暗谒呐氛n程立項項目”——計算機操作系統課程建設中的實驗教學的改革實踐，提出了創新驅動戰略下實驗教學體系改革的思路以及一些具體的措施。

三、創新驅動戰略下實驗教學改革思路

1.推進產學研合作，構建實驗教學改革的條件

建立產學研技術創新戰略聯盟，為實驗教學體系結構的改革提供有力的支持。具體包括兩個方面的創新工作：

（1）創新制度建設，搭建高校和企業合作的外部環境。建立高校教師到企業掛職制度，改善教師的專業知識結構，通過結合技術創新的實踐，提高專業技能、積累經驗，從創新過程中加深教師對產業的認知。同時建立流動編制，從企業聘請集工程理論與技術專長為一體的工程師進行實驗指導，并在制度上促進這一機制的形成。這種制度建設的改革，培養了高素質的、“雙師型”實驗師資隊伍，使實驗教學教師的知識結構與時俱進，從而保證了實驗教學的質量。

（2）創新科研思路，將實驗教學與科研進行有機融合，促進產學研合作機制的可持續發展。以科技或市場為驅動，加強與企業的聯系，主動找準企業的關鍵點和興趣點，建立以企業需求為導向的科研項目。同時將科研與實驗教學相結合，以綜合性的工程實踐項目為主線，圍繞綜合實踐項目內容將項目模塊化，按照操作系統功能的五大模塊：進程管理模塊、存儲管理模塊、文件管理模塊、設備管理模塊、網絡管理模塊分配到實驗教學內容各環節中，從而將實驗教學與科研實現有機的融合。在提高教師的科研水平和業務水平的同時，實驗教學的效果和質量得到了顯著提高，實驗教學內容也更加貼近了產業技術對人才的需求。

2.創新實驗教學過程，分層次教學，逐步培養學生的學習能力

單一的驗證型實驗教學并不適合培養學生的獨立設計能力和綜合運用知識的能力，所以要創新實驗課程內容，精簡基礎和驗證性實驗，增加模擬設計性、規劃研究性和開放性的實驗，使實驗教學內容的層次分明。

在不同階段實施不同的實驗內容和形式，讓實驗教學循序漸進完成，以達到最佳實驗效果。具體實驗教學過程為：

（1）認知學習實驗階段。這種實驗主要是驗證型實驗，包括基本的應用級和系統管理級的實驗。如，操作系統的安裝、文件操作等，實驗中以教師輔導為主，教會學生如何安裝虛擬機、如何加載虛擬機鏡像、熟悉操作系統各項功能、掌握文件操作命令等。

（2）設計性實驗階段。以學生自學為主，學生自己編程模擬實現操作系統的某些功能模塊。主要的實驗有：動態優先權進程調度算法、時間片輪轉調度算法、頁面置換算法等。當學生遇到問題時，并不直接替他們排除故障，而是提出產生故障的幾種可能性，鼓勵學生提出問題和不同的見解并自行加以解決。例如，在動態優先權進程調度算法設計實驗中，學生的設計思路不明確時，可從幾個方面來幫助他們理清思路：是否考慮了進程的阻塞時間、在運行進程已占用CPU時間以達到所需運行時間時是否進程還未到達，等等，提出多種可能的情況，讓學生自行思考、設計并解決問題。

（3）研究創新性實驗階段。在進行設計性實驗后，學生已經從書本逐步走向實踐，消除了對編寫軟件系統的心理障礙，提高了編程水平。此階段是以提高素質為主，激發學生創新思維能力，強調的是主動研究式的實驗學習過程?？蛇x的實驗內容較多，如進程創建、內存分配、文件的讀/寫等，教師給出其中較為有意思部分的源代碼，要求學生閱讀，然后讓學生在此基礎上自行提出課題和基本思路，并利用圖書館、網絡等查找相關資料后獨立完成。學生在這種研究性學習過程中主動獲取知識，開動腦筋進行課題的思考和設計，因而有效地培養了學生的創新精神和實踐能力。

（4）開放性實驗階段。[4]最后，安排學生進行開放性實驗，培養學生的主體作用和主動學習能力?？勺寣W生自成小組，在虛擬機平臺上，從裸機開始，通過實例利用匯編與C語言編寫一個小型的操作系統的框架，包括處理機管理、存儲器管理、文件管理和簡單的設備管理。團隊協作分析和設計仿真操作系統的架構和各項功能、制定實驗計劃、編寫代碼并注釋說明、分析實驗結果、撰寫說明書和實驗報告，最后由團隊統一提交。這樣的實驗有助于學生把握操作系統的精髓，真實地消化書本知識，同時培養和提高了學生自主學習能力、獨立思考的探索精神和團隊協作的能力。