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應(yīng)用型本科操作系統(tǒng)教材建設(shè)研究

2011-12-31 00:00:00范輝謝青松孫述和杜萍李晉江
計(jì)算機(jī)教育 2011年21期


  文章編號:1672-5913(2011)21-0094-04 中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
  
  作者簡介:范輝,男,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橹悄芴摂M環(huán)境、計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)。
  
  摘 要:教材建設(shè)是課程建設(shè)和人才培養(yǎng)的核心,本文以“十一五”國家級規(guī)劃教材《操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程(第二版)》為背景,重點(diǎn)討論應(yīng)用型本科操作系統(tǒng)的課程目標(biāo)、教材的組織結(jié)構(gòu)等,以及應(yīng)用型本科操作系統(tǒng)課堂教學(xué)實(shí)施中的有關(guān)問題,希望對同行有所啟示。
  關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);教材建設(shè);應(yīng)用型本科;精品課程
  
  
  1 研究背景
  操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的系統(tǒng)軟件,控制和管理計(jì)算機(jī)的所有資源,為用戶提供方便,是用戶開發(fā)和使用應(yīng)用軟件不可缺少的支撐環(huán)境。操作系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門專業(yè)主干課程,主要研究操作系統(tǒng)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法,是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。但其教材和教學(xué)從歷史到現(xiàn)在一直存在很多問題,需要探討。
  國家教育部強(qiáng)調(diào)對不同院校、不同層次的學(xué)生采取分類指導(dǎo)的原則,但目前很難找出適合于應(yīng)用型本科院校的操作系統(tǒng)教材?,F(xiàn)有教材大多注重理論,對實(shí)際應(yīng)用比較忽視。這無疑增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度,降低了教材的實(shí)用性。因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)原理中的很多概念比較抽象,而大部分應(yīng)用型本科學(xué)生今后并不參與操作系統(tǒng)的研究工作,他們需要的是對理論的理解和對實(shí)用系統(tǒng)的靈活應(yīng)用。因此,選擇一本適合應(yīng)用型本科教學(xué)用的操作系統(tǒng)教材,是一件十分重要的事情。
  2 課程目標(biāo)與定位
  應(yīng)用型本科教育[1]不是低層次的高等教育,而是高等教育中區(qū)別于研究型和工程型的一種新型教育層次。計(jì)算機(jī)應(yīng)用型本科人才具有獨(dú)特的人才規(guī)格特征,概括起來就是“三高一德”,即高務(wù)實(shí)性、高應(yīng)用性、高適應(yīng)性和良好的職業(yè)道德[2]。
  操作系統(tǒng)課程是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力、算法設(shè)計(jì)與分析能力、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)能力,以及計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的認(rèn)知、分析、設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力的重要課程。在認(rèn)知層次上,基礎(chǔ)要求是對知識的記憶、理解和應(yīng)用,而高層次的認(rèn)知要求還包括對知識的分析、評價(jià)和創(chuàng)造。在操作系統(tǒng)領(lǐng)域,對科學(xué)型、工程型和應(yīng)用型認(rèn)知層次的不同要求,如表1所示。
  
  對于應(yīng)用型人才,本課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生在選型、配置、使用、管理方面的能力,以及分析、解決基于操作系統(tǒng)應(yīng)用問題的實(shí)踐能力[3]。
  3 教材的組織結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
  3.1 教材的組織結(jié)構(gòu)
  文獻(xiàn)[2]中對計(jì)算機(jī)應(yīng)用型本科教材的6大特征進(jìn)行了詳細(xì)論述,指出教材應(yīng)從教學(xué)體系和知識結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)出兩個目標(biāo)、四類課程、四種知識和四種能力。
  (1) 兩個目標(biāo):計(jì)算機(jī)應(yīng)用第一線工作的本科人才總目標(biāo);“三高一德”的應(yīng)用型人才規(guī)格目標(biāo)。
  (2) 四類課程:基礎(chǔ)理論性課程(特點(diǎn):變厚基礎(chǔ)為實(shí)基礎(chǔ));培養(yǎng)專業(yè)工作能力的核心課程;培養(yǎng)基本技術(shù)、技能的課程;提高就業(yè)能力的課程。
  (3) 四種知識:專業(yè)基礎(chǔ)知識;專業(yè)技術(shù)知識;專業(yè)技能知識;通用職業(yè)知識。
  (4) 四種能力:自我學(xué)習(xí)能力;創(chuàng)意創(chuàng)新能力;專業(yè)應(yīng)用能力;社會適應(yīng)能力。
  《操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程(第二版)》[4]共8章。第1章概述操作系統(tǒng)的內(nèi)容;第2~5章講述操作系統(tǒng)
  
  的基本功能——處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理和文件管理;第6章介紹操作系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)——安全性問題;第7章為實(shí)訓(xùn)基礎(chǔ);第8章為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。具體的組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。
  3.2 教材原理篇的特點(diǎn)與細(xì)節(jié)
  《操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程(第二版)》的主要特點(diǎn)是專為應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生編寫的操作系統(tǒng)教材,通俗易懂、圖文并茂、注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。特別是書中多處引用了源于生活的例子,對于學(xué)生理解操作系統(tǒng)原理中的一些重要而抽象的概念以及掌握進(jìn)程同步互斥問題等學(xué)習(xí)難點(diǎn)大有裨益。
  
  1) 例1:程序的并發(fā)執(zhí)行。
  第二章“處理機(jī)管理”的2.1節(jié)“程序的并發(fā)執(zhí)行”,將教師在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)過程和多道程序系統(tǒng)進(jìn)行類比。
  “……上實(shí)驗(yàn)課時(shí),每組學(xué)生要執(zhí)行整個實(shí)驗(yàn)的各個步驟,宏觀上,各組同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是,實(shí)驗(yàn)室中有些貴重的儀器數(shù)量很少,大家只能輪流使用。指導(dǎo)老師更是寶貴的‘資源’,且沒有‘分身術(shù)’,除了統(tǒng)一講解共同性的要點(diǎn)外,對于各組提出的具體問題,只能夠逐組指導(dǎo)。各組的實(shí)驗(yàn),有條件時(shí)做下去,碰到困難等待老師指導(dǎo)或者排隊(duì)使用共享儀器時(shí),只好停下來。因此,在微觀上,各組的實(shí)驗(yàn)是‘做做停停,停停做做’的。多道程序系統(tǒng)中的作業(yè)也是如此‘走走停停,停停走走’的……”
  2) 例2:分頁式存儲管理。
  第三章“存儲器管理”的3.1節(jié)“分頁式存儲管
  
  理”用旅游團(tuán)安排客房的例子來說明內(nèi)存分配問題。
  “……假設(shè)一個大型飯店,所有的客房都是標(biāo)準(zhǔn)的雙人間,部分客房已經(jīng)住進(jìn)客人,現(xiàn)在又有一個旅游團(tuán)要求入住。接待員統(tǒng)計(jì)了一下,對旅游團(tuán)領(lǐng)隊(duì)說:‘貴團(tuán)全體成員都能住下,兩人一個房間,但是不能住在同一樓層了,因?yàn)槊繉涌罩目头坎粔?,更沒有幾個挨著的。請?jiān)?!’對于這樣的安排,一般人不會感到奇怪。因?yàn)槁糜螆F(tuán)本來就是由一個個單獨(dú)的游客或一對對夫妻組成的,而飯店的客房本來也是兩人一間的,兩人一組,正好可住在一個客房里;另外,飯店幾乎每天都有入住和退房的客人,想在同一樓層找?guī)组g挨著的客房實(shí)在不容易……”
  3) 例3:I/O控制方式。
  第四章“設(shè)備管理”的4.2節(jié)“I/O控制方式”在講解DMA控制方式時(shí)用生產(chǎn)工人的生產(chǎn)流程進(jìn)行比喻。
  “……DMA控制方式類似于生產(chǎn)人員停下生產(chǎn),
  
  由其他人員利用生產(chǎn)車間的設(shè)備,一次性將這批產(chǎn)品裝上車運(yùn)走,然后生產(chǎn)人員繼續(xù)生產(chǎn)……”
  3.3 教材習(xí)題與實(shí)訓(xùn)篇的特點(diǎn)與細(xì)節(jié)
  根據(jù)高等院校應(yīng)用型本科教育“理論夠用、注重實(shí)踐”的特點(diǎn)和要求,除了對基本原理做講解和介紹外,書中還安排了大量的例題和習(xí)題,并且所有的習(xí)題書后均附有習(xí)題解答,便于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。另外,結(jié)合主流操作系統(tǒng)平臺教材組織了多層次豐富的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容,以培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用能力和創(chuàng)意創(chuàng)新能力。
  
  習(xí)題內(nèi)容按照教學(xué)大綱要求掌握的知識點(diǎn)組織,題目的難度高低不同,分為填空、單項(xiàng)選擇、多項(xiàng)選擇、判斷、名詞解釋、簡答和綜合應(yīng)用7類,如表2所示。其中,前6類屬于基礎(chǔ)題,再加上難度適中的綜合應(yīng)用類題目,作為必做作業(yè),要求全體學(xué)生掌握;對于較難的綜合應(yīng)用類題目,僅供學(xué)有余力或打算考研的學(xué)生選做,這類習(xí)題的選擇主要來自于各高校的歷年考研例題,并在此基礎(chǔ)上篩選及修改,對學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力要求較高。
  
  對于實(shí)訓(xùn)部分的內(nèi)容,課題組在文獻(xiàn)[5]中結(jié)合實(shí)訓(xùn)平臺進(jìn)行過詳細(xì)論述,在此就不展開了。
  4 課堂教學(xué)中的分層次教學(xué)
  事實(shí)表明,應(yīng)用型本科院校中存在一部分學(xué)生,畢業(yè)后可能參加計(jì)算機(jī)專業(yè)研究型或工程型的工作,如參加研究生考試,進(jìn)入研究型大學(xué)攻讀碩士研究生等。盡管這部分學(xué)生在整體中所占比例不高,一般不超過20%,但在教學(xué)過程中,還必須考慮到這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,進(jìn)行分層次教學(xué)。我們的方法如下:
  1) 在課堂教學(xué)過程中,隨時(shí)指明哪些教學(xué)內(nèi)容是必學(xué)部分,哪些內(nèi)容是選學(xué)部分,供學(xué)有余力的學(xué)生學(xué)習(xí)。
  2) 對學(xué)生布置不同的課后習(xí)題任務(wù),在要求全體學(xué)生完成必做習(xí)題的基礎(chǔ)上,要求考研的學(xué)生獨(dú)立完成教材中的選做習(xí)題,并針對選學(xué)內(nèi)容及選做習(xí)題中的問題,在課后指定時(shí)間單獨(dú)進(jìn)行答疑。
  
  3) 在實(shí)訓(xùn)過程中,要求全體學(xué)生對應(yīng)用級、系統(tǒng)管理級、觀察級和實(shí)現(xiàn)級實(shí)驗(yàn)全部獨(dú)立完成,而對源代碼閱讀級實(shí)驗(yàn),則要求學(xué)生分組協(xié)作完成。實(shí)踐證明,只要教師把好質(zhì)量關(guān),學(xué)習(xí)程度各異的學(xué)生經(jīng)過上述實(shí)訓(xùn),專業(yè)應(yīng)用能力和創(chuàng)意創(chuàng)新能力都能得到大幅度提高,并且對操作系統(tǒng)原理篇的內(nèi)容也都會有更深刻、更正確的理解。
  5 結(jié)語
  山東工商學(xué)院操作系統(tǒng)課程組一直在應(yīng)用型本科教學(xué)中進(jìn)行著探索與實(shí)踐,取得了一定的成績,在全國應(yīng)用型本科院校中起到一定的示范作用,并于2009年被評為國家級精品課程?!恫僮飨到y(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程(第二版)》經(jīng)過近百所高校多年的實(shí)踐教學(xué),也證明適合于應(yīng)用型本科院校的教學(xué),到目前為止,兩版教材已累計(jì)印刷5萬冊,被評為“十一五”國家級規(guī)劃教材,并獲2009年山東省優(yōu)秀教材一等獎。課題組成員將繼續(xù)努力探索,在應(yīng)用型本科操作系統(tǒng)教學(xué)及計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。
  
  參考文獻(xiàn):
  [1] 夏建國,劉曉保. 應(yīng)用型本科教育:背景與實(shí)質(zhì)[J].高等工程教育研究,2007(8):8-9.
  [2] 周廣聲,嚴(yán)曉舟,焦金生. 應(yīng)用型本科高校計(jì)算機(jī)專業(yè)教材建設(shè)若干問題的研究[J].計(jì)算機(jī)教育,2010(5):108-111.
  [3] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實(shí)施方案[M].北京:高等教育出版社,2010:274-275.
  [4] 范輝,謝青松. 操作系統(tǒng)原理與實(shí)訓(xùn)教程(第二版).北京:高等教育出版社,2011.
  [5]

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