孫昌立 趙艷芹

摘要：在分析國內(nèi)外操作系統(tǒng)實驗教學的基礎上，總結出目前操作系統(tǒng)實驗教學存在內(nèi)容難度不適應、課程群相關內(nèi)容割裂以及就業(yè)導向不足等問題，并提出了針對性的解決方案：在一般應用型本科院校中進行以課程群建設為目標的操作系統(tǒng)實驗教學實踐，把操作系統(tǒng)實驗教學打造成操作系統(tǒng)課程群的基礎紐帶。初步實踐表明效果很好，值得進一步實踐和推廣。

關鍵詞：操作系統(tǒng)實驗教學；課程群建設；應用型人才培養(yǎng)

作者簡介：孫昌立（1976-），男，黑龍江尚志人，黑龍江科技大學計算機與信息工程學院，講師；趙艷芹（1975-），女，山東諸城人，黑龍江科技大學計算機與信息工程學院，副教授。（黑龍江 哈爾濱 150022）

基金項目：本文系黑龍江省教育科學規(guī)劃課題“高等院校信息與計算科學專業(yè)應用型人才培養(yǎng)模式研究”（課題編號：GBC1212076）、黑龍江科技大學教學研究項目“應用型操作系統(tǒng)課程群體系教改研究”（課題編號：JY13-114）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0131-02

操作系統(tǒng)是用戶和計算機之間最基本的接口?！安僮飨到y(tǒng)”是計算機相關專業(yè)的核心基礎課程之一，作為專業(yè)必修課，其內(nèi)容繁多且理論教學多，偏重于基本概念的講解和核心算法的剖析。“操作系統(tǒng)”實驗是該核心課程的實踐部分，只有通過這一實驗課程的實踐，學生才能加深理解操作系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)的精髓原理。操作系統(tǒng)范疇的課程在計算機及相關專業(yè)的教學計劃中占有相當大的比重，這些課程之間是孤立、割裂的還是很好地前后貫通，“操作系統(tǒng)”實驗起著相當重要的作用。

一、操作系統(tǒng)實驗教學的現(xiàn)狀

1.國外

國外的諸多名牌高校都極其重視實驗環(huán)節(jié)，對操作系統(tǒng)實驗有著嚴格的要求。Princeton University的操作系統(tǒng)課程的6個實習項目就是用來構造真正的操作系統(tǒng)，課程結束時，學生將有一個小的、真正的操作系統(tǒng)內(nèi)核。University of California at Berkeley的4個實習項目是在仿真MIPS平臺上構造操作系統(tǒng)，每個項目包括文檔和代碼兩部分，文檔占項目成績的40%，代碼占項目成績的60%。Brown University學生每人用C語言編寫一個簡單的單內(nèi)核操作系統(tǒng)，所寫的操作系統(tǒng)在技術上等價現(xiàn)代的操作系統(tǒng)。Columbia University學生使用Nachos，要求分別完成一個操作系統(tǒng)的不同部分?？傊瑖獯髮W都對操作系統(tǒng)實驗有著嚴格的要求，有的要求完成一個小型的操作系統(tǒng)，有的要求獨立完成，有的建議合作完成。使用的基礎教學操作系統(tǒng)有Nachos、Minix、GeekOS、xv6、OS/161等等。線程（進程）、線程（進程）調(diào)度、虛存和文件系統(tǒng)是實習項目的主要內(nèi)容。另外，國外大學對實驗成績都很重視，有的大學（如Princeton University）甚至只有實驗成績，而沒有期末考試。[1，2]

2.國內(nèi)

《高等學校計算機科學與技術專業(yè)實踐教學體系與規(guī)范》要求在Linux平臺上進行7個專題的實驗：一是Linux配置與安裝（必修）；二是截獲Linux中斷（必修）；三是截獲Linux異常（必修）；四是實現(xiàn)新的系統(tǒng)調(diào)用（必修）；五是進程的創(chuàng)建、通信和同步（必修）；六是信號和定時器（必修）；七是簡單的Linux字符設備驅動（選修）。

在實際教學實踐中，不同學校的實驗設置存在著很大的區(qū)別?；旧希@些“操作系統(tǒng)”實驗課程可以分為觀察型實驗、模擬仿真型實驗、分析型實驗和設計型實驗四種類型。一般國內(nèi)高校根據(jù)本校的實際情況，在“操作系統(tǒng)”的實驗教學環(huán)節(jié)選擇其中的一種。如清華大學使用基于xv6的擴展設計型；北京航空航天大學的實驗設置分別基于Linux和Windows，在仿真環(huán)境下構造操作系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)實際難度較大。一般高校的操作系統(tǒng)實驗設置多以基本的編程驗證型實驗為主，輔之以在實際操作系統(tǒng)上采用并發(fā)編程和模擬編程的方式。[3-5]

3.應用型本科院校的操作系統(tǒng)實驗教學現(xiàn)狀

以黑龍江科技大學為例，多年來在調(diào)研其他普通高校操作系統(tǒng)實驗教學的基礎上，本校開出的操作系統(tǒng)實驗課程與其他一般院校并無多大差別，也是以基本的編程驗證型實驗為主，輔之以在實際操作系統(tǒng)上進行并發(fā)編程體會和以及操作一些基本管理的算法仿真編程。

二、存在的問題

1.部分操作系統(tǒng)實驗內(nèi)容難度較大

對于一般普通高校而言，《高等學校計算機科學與技術專業(yè)實踐教學體系與規(guī)范》規(guī)定的操作系統(tǒng)的實驗教學大綱中的個別實驗，或者某些院校盲目追趕國內(nèi)外一流高校的操作系統(tǒng)設計型實驗，改進和設計層面的實驗內(nèi)容難度較大，對教師和學生提出了過高的要求。需要教師在操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼領域有著豐富的實踐經(jīng)驗，有足夠的精力去激發(fā)學生探索的興趣和解決出現(xiàn)的問題；隨著高等教育大眾化的普及，學苗素質已成為不爭的事實；更重要的是隨著時代的變遷，軟件業(yè)要求學生掌握的知識結構也逐漸重心上移，底層基礎類課時在減少、要求也有所降低，而應用層面的課程增多。

2.內(nèi)容割裂、方式單一

操作系統(tǒng)有若干前導課、后續(xù)課，如“UNIX/Linux操作系統(tǒng)”、“網(wǎng)絡操作系統(tǒng)”、“嵌入式操作系統(tǒng)”、“UNIX編程”、“移動網(wǎng)絡編程”等（課程名稱以及開出門數(shù)在不同學校會有些差別），在實驗課程上有不少相通和接續(xù)的地方。而采用單一的觀察使用型或模擬仿真型實驗，很難體現(xiàn)出來這些課程的有機聯(lián)系，現(xiàn)有的教學實踐或多或少的造成了這部分內(nèi)容的割裂。

3.就業(yè)導向不足

以黑龍江科技大學為例，其培養(yǎng)目標是培養(yǎng)應用型人才，絕大多數(shù)學生的學習目標是順利就業(yè)、高薪就業(yè)。但偏重理論、千篇一律的操作系統(tǒng)實驗課程內(nèi)容的設置，會使學生提不起興趣。為了修夠學分學生只能消極應付，造成教師和學生的時間、精力的極大浪費。另外，應用型高校應徹底取消操作系統(tǒng)的實踐教學。

三、操作系統(tǒng)實驗教學的改革及實踐

1.操作系統(tǒng)實驗教學改革的總體思想

以就業(yè)為導向、以應用型人才為培養(yǎng)目標，調(diào)整操作系統(tǒng)實驗內(nèi)容與實驗難度，拓展寬度，加入最新的應用開發(fā)引導，使實驗內(nèi)容成為課程群的紐帶，把課程群相關課程的知識聯(lián)系和貫通起來，培養(yǎng)學生應用層面的技能，提高學生就業(yè)能力。

2.保證操作系統(tǒng)實驗的基本重點內(nèi)容

保留基本的重點內(nèi)容，如并發(fā)程序設計中熟練運用信號量等方法解決進程間通信問題、內(nèi)存管理的分頁、分段以及虛存技術的算法等，使學生通過實驗掌握操作系統(tǒng)并發(fā)應用程序開發(fā)的能力，能夠對操作系統(tǒng)中的重要管理算法進行仿真模擬。將這些基本的重點內(nèi)容凝練為6個左右的實驗，實驗時從中必選3個，其他課時增加應用層面的實驗內(nèi)容，以提高學生的就業(yè)能力，激發(fā)其學習熱情，從而避免本課程的教學改革走入歧途。

3.增強學生就業(yè)能力的考慮

由于有些應用層面的課程學校還沒有開出，如Android操作系統(tǒng)上的應用開發(fā)、ios應用開發(fā)等，因此在操作系統(tǒng)實驗課程中應給學生以嘗試的機會，讓學生有選擇這些內(nèi)容的機會，使他們嘗試感受這些應用開發(fā)的基本入門練習。這些內(nèi)容可以凝練出6個左右的實驗，實驗時可以從中選擇1～2個。

4.將操作系統(tǒng)實驗建設成課程群的基礎紐帶

如圖1所示，把相關課程的實驗內(nèi)容知識整合起來，編出一本“操作系統(tǒng)課程群實驗集成指導教程”，內(nèi)容涵蓋計算機操作系統(tǒng)原理、UNIX/Linux和嵌入式操作系統(tǒng)等課程的全部實驗可選內(nèi)容，并包括上述的Android操作系統(tǒng)上的應用開發(fā)、ios應用開發(fā)等內(nèi)容。保證在操作系統(tǒng)原理課實驗上至少能夠在UNIX /Linux安裝配置、服務管理、嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核裁剪編譯、驅動編寫等方面有20多個可選實驗。而整本“操作系統(tǒng)課程群實驗集成指導教程”在不同實驗內(nèi)容及相同內(nèi)容的不同角度、方法等方面設計出了共計40個左右的可選實驗，使該教程成為操作系統(tǒng)課程群通用的實驗教材。在不同學期的操作系統(tǒng)課程群實驗課程上，學生可以通過選擇其中的實驗把相關知識溫故知新、融會貫通，并且有最新應用層面的入門內(nèi)容。“操作系統(tǒng)課程群實驗集成指導教程”是一本對學生有吸引力并同時對教師和學生都有幫助的實驗教程。

通過該教程，使操作系統(tǒng)課程群的相關課程很好地、有機地聯(lián)系起來，學生和教師在實驗內(nèi)容選擇方面有了更大的自由，這種自由極大促進了相關知識的貫通，因此該教程必成為操作系統(tǒng)課程群的良好紐帶。

四、結束語

“計算機操作系統(tǒng)”是計算機相關專業(yè)的一門重要核心課程，而實驗是學好該課程的必要手段。多年來課程建設追求的規(guī)范化、標準化使實驗課程的內(nèi)容及難度與學校的人才培養(yǎng)目標不盡相符、也與時代的需求以及學生的具體情況不甚接洽，造成教學效果還有較大的提升空間。本次操作系統(tǒng)實驗教學研究是以課程群建設為目標，為課程群的貫通和聯(lián)系打造了一條強有力的基礎紐帶——操作系統(tǒng)課程群實驗集成指導教程。在課程群中，不同學期的不同課程都是從這本手冊式的教程中選擇實驗，而且有一定的自由范圍的選擇余地。實踐證明，這種教學改革能夠提高學生的學習興趣、達到很好的教學效果，對提升學生的就業(yè)能力有一定的促進作用，為課程群的建設打下了良好的基礎。

參考文獻：

[1]王雷.國外操作系統(tǒng)課程分析[J].計算機教育，2008，（5）：85-87.

[2]William Stalling.Operating system： Internals and Design Principles[M].New Jersey：Prentice Hall，2012.

[3]謝謙，蔡坤，沈夏炯.一種面向應用的操作系統(tǒng)實驗設置[J].計算機教育，2012，（20）：107-110.

[4]李玉軍，侯孟書，周益民.《操作系統(tǒng)》實驗課程教學研究[J].實驗科學與技術，2012，10（3）：127-129.

[5]王春爽，王德廣，張雪，等.針對實踐的操作系統(tǒng)實驗教學研究[J].教育教學論壇，2012，（40）：280-281.

（責任編輯：孫晴）