论文部分内容阅读
[摘要]笔者对国内高校计算机操作系统学科的建设和教学现状进行了大量深入细致的调查研究。结合多年操作系统课程的教学改革经验和体会，通过横向对比，分析国内其他院校操作系统课程建设及教改的显著成效，对操作系统学科课程体系建设形成整体思路，制定详细的规划与实施方案，并在河北北方学院教学实践过程中取得了预期成果。
[关键词]操作系统 学科发展 课程建设 课程体系 教学实践
[作者简介]李静（1969- ），女，陕西兴平人，河北北方学院信息工程学院，副教授，硕士，研究方向为教学设计、操作系统与软件测试；赵志升（1965- ），女，河北张北人，河北北方学院信息工程学院，教授，硕士，研究方向为教学设计、软件工程、数据挖掘。（河北 张家口 075000）
[基金项目]本文系2013年河北省高等学校科学技术研究重大项目“基于医疗云计算的大数据关键技术研究”（项目编号：ZD20131085）和2014年河北北方学院教学改革课题“操作系统课程体系建设与教学改革研究”（课题编号：ZD201420）的研究成果。
[中图分类号]G642.3 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985（2015）07-0082-02
一、操作系统学科的发展及其在高校专业课程体系中的重要地位
操作系统蓝本始于1969年贝尔实验室研制开发的UNIX系统，发展到如今的网络环境下，已成为功能强大、运行稳定的现代操作系统。当今操作系统种类繁多，面向不同领域和应用市场，各具特色与优势。在多计算机系统和分布式计算机系统上，出现了网络操作系统、分布式操作系统、集群操作系统和网格操作系统等多种基于不同硬件环境和应用需求的研究版及商业版操作系统。随着多核计算机系统的发展，多核操作系统成为当前操作系统发展的一个趋势。操作系统的性能直接影响计算机系统的工作效率，是计算机领域中最活跃的学科之一，发展极为迅速。20世纪80年代初期，国内高校的计算机专业开始设立操作系统课程。发展至今，各高等院校在计算机、信息管理、电子信息以及通信等专业都将操作系统课程设置为必修的核心专业课程，并作为硕、博研究生选拔的专业考试科目之一，占据十分重要的地位。目前高校围绕操作系统学科主要设立了操作系统原理与应用、UNIX操作系统、Linux操作系统、嵌入式Linux操作系统、分布式操作系统等多门课程，形成一个独立的专业学科。
二、高校操作系统课程体系建设面临的主要问题
1.课程设置和规划。课程设置需要依循专业培养目标，做好先期课程安排以及辅助课程、延伸课程的设置与调整。另外，高校的专业课程设置必须注重面向市场应用和从业需求，累积学生的专业素养和职业素养，培养出复合型人才。在这两个方面，笔者认为当前各高校之间仍需要相互借鉴先进经验，做好学科规划，不断研究和探讨如何围绕操作系统学科建立一个整体的专业课程结构。
2.教学实施。目前国内高校在教学实施过程中普遍存在严重不足，最典型的问题如下：操作系统平台的多样化特点使得教材种类繁多，导致教学内容难以统一和规范化；教学手段和方法守旧单一，不能很好地结合现代操作系统的发展实施立体化和开放式教学，无法发挥出学科在整体专业教学中广泛的基础化和引导性特色；操作系统课程的实验教学是最为薄弱的环节，普遍缺乏结合实践的典型案例、应用性强的实践项目和实践平台。实验环境多为虚拟机，不能很好地支持物理设备，如对验证内核裁剪和嵌入式开发等实验内容无法按照要求实现。
3.科研项目支撑学科发展。计算机操作系统纯粹的专业化与基础化特色，使得高校面向操作系统学科很难找到创新课题。操作系统的技术推进大多依赖计算机领域商业化的成果。基本上主流操作系统平台的开发创新由尖端的商业化技术团队支撑，他们拥有专业开发环境、掌握开发项目以及商业渠道。尤其在国内，高等院校操作系统的学科建设基本上依靠较为系统的专业理论支撑，缺乏科研成果的推动和引领。
三、操作系统课程体系建设的整体规划
1.课程设置。操作系统课程设置应围绕操作系统设计思想与体系结构、内核、工作原理、操作管理、开发环境、项目实例等主要内容，以UNIX/Linux操作系统为实例，对比Windows和苹果公司MAC系统等的特色与发展，建立一个完整的课程体系，使操作系统成为知识结构最系统、最基础和广泛的独立学科，为其他相关学科与应用技术提供辅助与指导。第一，针对专业需要细化操作系统课程。从系统设计原理与应用开发两个方向设立具体课程，包括“操作系统原理与设计”“UNIX/Linux操作系统”“嵌入式Linux操作系统”，面向工业与航天控制的“嵌入式实时操作系统”、面向移动数字平台的“微型操作系统与开发”等课程。第二，针对课程需要安排先期课程。“计算机科学导论”“计算机组成原理”“高等数学”“专业英语”等是最主要的先期基础课程。围绕计算机网络知识、应用技术（如图形处理技术、Web开发技术）、计算机语言及编译环境等相关内容设立的课程也应作为先期课程，形成一个正向渐进和倒栽式深入体会的双向学习的专业课程结构。第三，结合操作系统平台设置新技术应用课程作为选修课程。如当前大数据时代，典型的Hadoop集群操作系统已成为计算机与信息行业的高端应用，可设立为专业选修课程拓展操作系统的课程体系。构建专业课程体系，需要设置好基础课与专业课、理论课与实践课、必修课与选修课的比例关系，合理安排与协调课程相互间的分工与配合。
2.教学内容确立与教材选择。首先教学内容要求规范化，适应新技术变化，知识结构合理规范，主要知识模块必须做到专业内的统一。教学内容需要注重专业知识交叉与融汇。将操作系统课程的重要知识点，如存储管理、进程管理、设备管理和文件系统管理、操作系统设计与开发过程等融汇到其他专业课程中。在教学中将操作系统的设计思想与工作原理广泛渗透到所有的专业课程中，起到整体联动效应，有利于学生系统化地掌握专业知识，把握专业方向。主教材与辅助教材选择应结合规范的理论知识及应用性强的开发实例。把握专业领域的最新技术发展，及时更新教材和教学内容。当前国内外较有影响力的教材可按教学目标分两类：面向计算机研究方向的综合型大学教材，如汤晓丹、梁红兵等编著的《计算机操作系统》，A Braham Siliberschatz等编著的Operating Syetem Concepts；面向计算机应用方向的工科院校教材，如张尧学、史美林编著的《计算机操作系统教程》。近两年新版教材如张丽芬、刘美华编著的《操作系统原理教程》以及（美）埃尔玛斯里等编著的《操作系统实用教程：螺旋方法》，结合主流操作系统设计原理和应用开发实例，是值得推荐的专业教材。嵌入式Linux开发与实时系统μC-OS类的教材适合于通信和电子信息专业，也可作为计算机专业教学实践的辅助教材。在主要教材之外，要为学生提供更多的自主学习资料。按照教学计划指导学生有目的、有选择地阅读专业书籍，汇总论点和典型实例，展开讨论，开阔学生的眼界，培养学生独立思考能力、逻辑分析能力和科研探索的精神。 3.教学模式与教学手段。特定的教学方法和手段形成特定的教学模式。在理论教学和实验教学结合过程中，应借鉴国内外先进经验，采用多样化的教学方法与灵活的教学手段，形成规范化、统一、开放的教学模式，与国内外同等水平的学科教育良好衔接。良好的教学模式能够保证学生的知识结构与应用能力达到高等教育和社会需求的统一水准。另外，在当今的网络信息时代，充分利用网络资源与远程教育平台是教学辅助不可或缺的手段。以Linux类操作系统为例，网站“Linux公社”提供所有免费的应用软件以及开源的系统代码，可做资源库用于操作系统实例设计、核心程序验证、修改以及应用开发。借助这个平台能够跟踪最新技术，了解各种版本操作系统的开发与应用现状。通过网站技术交流板块，还可以强化专业知识和应用技能。
4.实验教学规划。2008年教育部就启动了“高等学校计算机科学与技术专业核心课程（操作系统）教学实施方案研究”项目，给出了操作系统课程试验和实践体系的框架，从实验难度上将实验课程分成用户层、内核初级、内核高级三层；从实验类型上分为使用与管理、观察与体验、编程与修改、设计与实现四个等级。基于教育部教学改革要求，实验教学规划包括四个方面：一是实验内容依照等级分为知识验证性的基础实验、设计编程的实践项目以及研究开发型科研项目。有效管理整体实验过程，将实验内容划分模块依照进度安排实施，并安排实践项目作为阶段性课程设计内容。实验内容系统规范、实践项目流程完整。二是实验教材选择以主教材的知识模块为参照，结合基于UNIX/Linux平台的项目开发实例教程，并结合操作系统的现实应用广泛筛选辅助资料，设立实践项目，丰富实验教材的涵盖面。三是建设综合实验环境。要搭建基于Windows，UNIX/Linux，MAC等当前主流操作系统平台的综合实验环境，真正实现操作系统的应用和开发。四是拓展校企合作平台，寻找基于新型操作系统的开发和新技术应用项目。如最新的Hadoop开发项目非常具有市场和前景，具有很强的可实践性和重要意义。通过校企合作交流，培养学生的技术应用和技术创新能力、团队合作精神和相互协作能力，为将来的就业和进一步深造奠定基础。
5.建设标准化的考核体系。建立公共题库，设立各项考核指标，规范考核内容。增加实验项目、课程设计实践项目的考核比例。学习西方经验，注重日常评估。各部分考核内容的占比可以针对专业要求浮动。
6.创建开放的网络教学管理平台。学习和借鉴国外公开教学与课程管理模式，建立开放的网络教学管理平台。提供课程与专业培养要求介绍、课程体系规划与专业方向介绍、教学大纲、教学计划、教学课件、教学资料信息、考核方式、在线考核和提交作业等功能，并提供师生之间信息交流的方式。
7.强化师资队伍。鼓励教师放开眼界，积极参加国内外相关学术交流活动，参加大型公司重要项目实践和培训，学习和借鉴其他高校的学科建设经验。发展师资力量，共同建设科学、完善的操作系统课程体系，提高教学水平。
8.设立学科建设研究小组，建立动态课程体系建设机制。计算机技术日新月异，围绕计算机各学科的课程体系建设方案只能短期实施。操作系统与计算机软、硬件技术是并行发展和急剧变化的。不论针对操作系统课程本身，还是关联紧密的专业课程，都需要形成不断革新、具有实际意义、明确方向和科学理论支撑的动态研究体系。
操作系统学科的课程体系建设对计算机专业的整体教学与发展至关重要。本文结合笔者与教研组多年的教学体会，以及十几年学院实施教学模式改革、教学方案调整等经验与成效，对操作系统学科的课程建设主要提出几点建议：细化操作系统课程，建立动态课程体系建设机制，注重专业内容的交叉与融汇，建立标准化考核体系，建立开放的课程管理平台。随着计算机技术的迅速发展，操作系统课程建设必然是需要长期探索改进的过程，应积极推广、不断研究分析改革成果，与其他院校广泛交流，增强课程体系建设的科学性和通用性，进一步推进高等院校计算机专业各学科的整体建设与发展。
[参考文献]
[1]李红艳.信息技术类专业《操作系统》课程的改革与实践[J].湖北经济学院学报，2010，7（2）.
[2]叶俊民，朱凯，李蓉，等.“操作系统原理”精品课程建设中的若干问题探讨[J].计算机教育，2009（14）.
[3]马晓慧，陈娟.《操作系统》课程实验教学改革的研究与实践[J].现代计算机，2013（5）.
[4]付沙，杨波.计算机操作系统课程教学改革的研究与探讨[J].计算机时代，2010（3）.
[关键词]操作系统 学科发展 课程建设 课程体系 教学实践
[作者简介]李静（1969- ），女，陕西兴平人，河北北方学院信息工程学院，副教授，硕士，研究方向为教学设计、操作系统与软件测试；赵志升（1965- ），女，河北张北人，河北北方学院信息工程学院，教授，硕士，研究方向为教学设计、软件工程、数据挖掘。（河北 张家口 075000）
[基金项目]本文系2013年河北省高等学校科学技术研究重大项目“基于医疗云计算的大数据关键技术研究”（项目编号：ZD20131085）和2014年河北北方学院教学改革课题“操作系统课程体系建设与教学改革研究”（课题编号：ZD201420）的研究成果。
[中图分类号]G642.3 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985（2015）07-0082-02
一、操作系统学科的发展及其在高校专业课程体系中的重要地位
操作系统蓝本始于1969年贝尔实验室研制开发的UNIX系统，发展到如今的网络环境下，已成为功能强大、运行稳定的现代操作系统。当今操作系统种类繁多，面向不同领域和应用市场，各具特色与优势。在多计算机系统和分布式计算机系统上，出现了网络操作系统、分布式操作系统、集群操作系统和网格操作系统等多种基于不同硬件环境和应用需求的研究版及商业版操作系统。随着多核计算机系统的发展，多核操作系统成为当前操作系统发展的一个趋势。操作系统的性能直接影响计算机系统的工作效率，是计算机领域中最活跃的学科之一，发展极为迅速。20世纪80年代初期，国内高校的计算机专业开始设立操作系统课程。发展至今，各高等院校在计算机、信息管理、电子信息以及通信等专业都将操作系统课程设置为必修的核心专业课程，并作为硕、博研究生选拔的专业考试科目之一，占据十分重要的地位。目前高校围绕操作系统学科主要设立了操作系统原理与应用、UNIX操作系统、Linux操作系统、嵌入式Linux操作系统、分布式操作系统等多门课程，形成一个独立的专业学科。
二、高校操作系统课程体系建设面临的主要问题
1.课程设置和规划。课程设置需要依循专业培养目标，做好先期课程安排以及辅助课程、延伸课程的设置与调整。另外，高校的专业课程设置必须注重面向市场应用和从业需求，累积学生的专业素养和职业素养，培养出复合型人才。在这两个方面，笔者认为当前各高校之间仍需要相互借鉴先进经验，做好学科规划，不断研究和探讨如何围绕操作系统学科建立一个整体的专业课程结构。
2.教学实施。目前国内高校在教学实施过程中普遍存在严重不足，最典型的问题如下：操作系统平台的多样化特点使得教材种类繁多，导致教学内容难以统一和规范化；教学手段和方法守旧单一，不能很好地结合现代操作系统的发展实施立体化和开放式教学，无法发挥出学科在整体专业教学中广泛的基础化和引导性特色；操作系统课程的实验教学是最为薄弱的环节，普遍缺乏结合实践的典型案例、应用性强的实践项目和实践平台。实验环境多为虚拟机，不能很好地支持物理设备，如对验证内核裁剪和嵌入式开发等实验内容无法按照要求实现。
3.科研项目支撑学科发展。计算机操作系统纯粹的专业化与基础化特色，使得高校面向操作系统学科很难找到创新课题。操作系统的技术推进大多依赖计算机领域商业化的成果。基本上主流操作系统平台的开发创新由尖端的商业化技术团队支撑，他们拥有专业开发环境、掌握开发项目以及商业渠道。尤其在国内，高等院校操作系统的学科建设基本上依靠较为系统的专业理论支撑，缺乏科研成果的推动和引领。
三、操作系统课程体系建设的整体规划
1.课程设置。操作系统课程设置应围绕操作系统设计思想与体系结构、内核、工作原理、操作管理、开发环境、项目实例等主要内容，以UNIX/Linux操作系统为实例，对比Windows和苹果公司MAC系统等的特色与发展，建立一个完整的课程体系，使操作系统成为知识结构最系统、最基础和广泛的独立学科，为其他相关学科与应用技术提供辅助与指导。第一，针对专业需要细化操作系统课程。从系统设计原理与应用开发两个方向设立具体课程，包括“操作系统原理与设计”“UNIX/Linux操作系统”“嵌入式Linux操作系统”，面向工业与航天控制的“嵌入式实时操作系统”、面向移动数字平台的“微型操作系统与开发”等课程。第二，针对课程需要安排先期课程。“计算机科学导论”“计算机组成原理”“高等数学”“专业英语”等是最主要的先期基础课程。围绕计算机网络知识、应用技术（如图形处理技术、Web开发技术）、计算机语言及编译环境等相关内容设立的课程也应作为先期课程，形成一个正向渐进和倒栽式深入体会的双向学习的专业课程结构。第三，结合操作系统平台设置新技术应用课程作为选修课程。如当前大数据时代，典型的Hadoop集群操作系统已成为计算机与信息行业的高端应用，可设立为专业选修课程拓展操作系统的课程体系。构建专业课程体系，需要设置好基础课与专业课、理论课与实践课、必修课与选修课的比例关系，合理安排与协调课程相互间的分工与配合。
2.教学内容确立与教材选择。首先教学内容要求规范化，适应新技术变化，知识结构合理规范，主要知识模块必须做到专业内的统一。教学内容需要注重专业知识交叉与融汇。将操作系统课程的重要知识点，如存储管理、进程管理、设备管理和文件系统管理、操作系统设计与开发过程等融汇到其他专业课程中。在教学中将操作系统的设计思想与工作原理广泛渗透到所有的专业课程中，起到整体联动效应，有利于学生系统化地掌握专业知识，把握专业方向。主教材与辅助教材选择应结合规范的理论知识及应用性强的开发实例。把握专业领域的最新技术发展，及时更新教材和教学内容。当前国内外较有影响力的教材可按教学目标分两类：面向计算机研究方向的综合型大学教材，如汤晓丹、梁红兵等编著的《计算机操作系统》，A Braham Siliberschatz等编著的Operating Syetem Concepts；面向计算机应用方向的工科院校教材，如张尧学、史美林编著的《计算机操作系统教程》。近两年新版教材如张丽芬、刘美华编著的《操作系统原理教程》以及（美）埃尔玛斯里等编著的《操作系统实用教程：螺旋方法》，结合主流操作系统设计原理和应用开发实例，是值得推荐的专业教材。嵌入式Linux开发与实时系统μC-OS类的教材适合于通信和电子信息专业，也可作为计算机专业教学实践的辅助教材。在主要教材之外，要为学生提供更多的自主学习资料。按照教学计划指导学生有目的、有选择地阅读专业书籍，汇总论点和典型实例，展开讨论，开阔学生的眼界，培养学生独立思考能力、逻辑分析能力和科研探索的精神。 3.教学模式与教学手段。特定的教学方法和手段形成特定的教学模式。在理论教学和实验教学结合过程中，应借鉴国内外先进经验，采用多样化的教学方法与灵活的教学手段，形成规范化、统一、开放的教学模式，与国内外同等水平的学科教育良好衔接。良好的教学模式能够保证学生的知识结构与应用能力达到高等教育和社会需求的统一水准。另外，在当今的网络信息时代，充分利用网络资源与远程教育平台是教学辅助不可或缺的手段。以Linux类操作系统为例，网站“Linux公社”提供所有免费的应用软件以及开源的系统代码，可做资源库用于操作系统实例设计、核心程序验证、修改以及应用开发。借助这个平台能够跟踪最新技术，了解各种版本操作系统的开发与应用现状。通过网站技术交流板块，还可以强化专业知识和应用技能。
4.实验教学规划。2008年教育部就启动了“高等学校计算机科学与技术专业核心课程（操作系统）教学实施方案研究”项目，给出了操作系统课程试验和实践体系的框架，从实验难度上将实验课程分成用户层、内核初级、内核高级三层；从实验类型上分为使用与管理、观察与体验、编程与修改、设计与实现四个等级。基于教育部教学改革要求，实验教学规划包括四个方面：一是实验内容依照等级分为知识验证性的基础实验、设计编程的实践项目以及研究开发型科研项目。有效管理整体实验过程，将实验内容划分模块依照进度安排实施，并安排实践项目作为阶段性课程设计内容。实验内容系统规范、实践项目流程完整。二是实验教材选择以主教材的知识模块为参照，结合基于UNIX/Linux平台的项目开发实例教程，并结合操作系统的现实应用广泛筛选辅助资料，设立实践项目，丰富实验教材的涵盖面。三是建设综合实验环境。要搭建基于Windows，UNIX/Linux，MAC等当前主流操作系统平台的综合实验环境，真正实现操作系统的应用和开发。四是拓展校企合作平台，寻找基于新型操作系统的开发和新技术应用项目。如最新的Hadoop开发项目非常具有市场和前景，具有很强的可实践性和重要意义。通过校企合作交流，培养学生的技术应用和技术创新能力、团队合作精神和相互协作能力，为将来的就业和进一步深造奠定基础。
5.建设标准化的考核体系。建立公共题库，设立各项考核指标，规范考核内容。增加实验项目、课程设计实践项目的考核比例。学习西方经验，注重日常评估。各部分考核内容的占比可以针对专业要求浮动。
6.创建开放的网络教学管理平台。学习和借鉴国外公开教学与课程管理模式，建立开放的网络教学管理平台。提供课程与专业培养要求介绍、课程体系规划与专业方向介绍、教学大纲、教学计划、教学课件、教学资料信息、考核方式、在线考核和提交作业等功能，并提供师生之间信息交流的方式。
7.强化师资队伍。鼓励教师放开眼界，积极参加国内外相关学术交流活动，参加大型公司重要项目实践和培训，学习和借鉴其他高校的学科建设经验。发展师资力量，共同建设科学、完善的操作系统课程体系，提高教学水平。
8.设立学科建设研究小组，建立动态课程体系建设机制。计算机技术日新月异，围绕计算机各学科的课程体系建设方案只能短期实施。操作系统与计算机软、硬件技术是并行发展和急剧变化的。不论针对操作系统课程本身，还是关联紧密的专业课程，都需要形成不断革新、具有实际意义、明确方向和科学理论支撑的动态研究体系。
操作系统学科的课程体系建设对计算机专业的整体教学与发展至关重要。本文结合笔者与教研组多年的教学体会，以及十几年学院实施教学模式改革、教学方案调整等经验与成效，对操作系统学科的课程建设主要提出几点建议：细化操作系统课程，建立动态课程体系建设机制，注重专业内容的交叉与融汇，建立标准化考核体系，建立开放的课程管理平台。随着计算机技术的迅速发展，操作系统课程建设必然是需要长期探索改进的过程，应积极推广、不断研究分析改革成果，与其他院校广泛交流，增强课程体系建设的科学性和通用性，进一步推进高等院校计算机专业各学科的整体建设与发展。
[参考文献]
[1]李红艳.信息技术类专业《操作系统》课程的改革与实践[J].湖北经济学院学报，2010，7（2）.
[2]叶俊民，朱凯，李蓉，等.“操作系统原理”精品课程建设中的若干问题探讨[J].计算机教育，2009（14）.
[3]马晓慧，陈娟.《操作系统》课程实验教学改革的研究与实践[J].现代计算机，2013（5）.
[4]付沙，杨波.计算机操作系统课程教学改革的研究与探讨[J].计算机时代，2010（3）.