“操作系统"课程研究型教学改革与实践
聂 斌
（江西中医药大学计算机学院 江西·南昌 330004）
摘 要 “操作系统"课程是计算机专业核心课，针对课程知识的概念、原理较多，学生感觉学习枯燥，动手实践不够等问题，提出采用研究型教学改革，通过教学方案设计、项目库构建、案例讲解、学生项目实践与汇演等实施，有效提高课程教学质量和效果。
关键词 操作系统 研究 项目 教学改革
1 研究型教学现状
19世纪初德国教育学家洪堡[1]提出研究型教学的精髓是“教学与科研相统一"。将科学研究的各个元素渗透到教学全过程，通过丰富的教学实践活动改变学生被动接受知识传输的教学方式，引导学生创造性地运用知识和能力，自主地发现问题、研究问题和解决问题，在合作研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维的新型教学。它的重点是“研究"，核心是改变教师的教学方式和学生的学习方式，关键是将科学研究的元素渗透到教学过程的各个环节，目的是培养学生的创新精神和实践能力。
研究型教学与我国人才培养目标高度契合。以培养学生创新能力为基本出发点，研究型教学是与国家创新体系和高等教育改革高度契合的一种现代教学模式。实施研究型教学是我国创建高水平大学的重要路径和改革方向。
我国高校研究型教学已有相关实践。我国高校中的一些课程引入了研究型教学，如“液压传动"、[2]“人工智能导论"、[3]“通信系统原理"、[4]“数据结构"[5]等课程对研究型教学改革进行了有益的探索和实践，取得了一定的成果。
计算机专业的“操作系统"课程是专业核心课，其知识的基本概念、基本原理，基本内容相对固定、枯燥。而在教学中偏重说教理论，轻研究与实践的问题普遍存在。
基于研究型教学的操作系统课程[6]还不多，尤其在中医药院校的计算机专业“操作系统"课程教学中的应用鲜见相关报道。
2 研究型教学改革与实践实施过程
（4）改革实验教学方法，培养学生研究和实践动手能力。在实验教学中，因材施教。根据不同学生的实际情况，由学生自主选择候选实践项目，使学生带着真实的任务在探索中学习，通过查阅文献，分析问题、解决问题，在项目设计的过程中完成实验教学任务，培养学生研究能力、实践能力和创新意识。
笔者以为，“操作系统"教学要诀是参照教学大纲和实验大纲，以培养学生的创新能力和动手能力为目标，紧扣操作系统定义这条主线，主要功能为切入点，以“计算机体系结构"为基础，关联“计算机常用算法"、“数据结构"、“编译原理"等课程知识，通过“程序设计"的程序编写能力，模拟实现课程所涉知识，并能提出和实现改进优化思想，提升能力。为此，在教学过程中，要做好以下工作：
图7比较了携带不同拓扑荷数(l=0，2，4和6)的贝塞尔高斯涡旋光束(图7(a))和单环拉盖尔高斯涡旋涡旋光束(Laguerre-Gaussian beam，LGB)(图7(b))在各向异性湍流大气中光束抖动效应的差异.湍流大气中涡旋光束的光束抖动效应明显弱于非涡旋光束(l=0)，且光束抖动效应随着拓扑荷数的增大而减小.这是因为随着拓扑荷数的增大，涡旋光束的光束宽度随之增大，光斑尺寸的增大导致了其抖动效应随之减弱.比较图7(a)和图7(b)，发现相同情况下贝塞尔高斯涡旋光束的抖动效应在远距离处要高于拉盖尔高斯涡旋光束.
（5）打破课程孤岛现象，建立课程间有机联系。根据计算机课程体系特点，在教学内容设计上加强“操作系统"与“数据结构"、“计算机常用算法"、“程序设计"等课程的联系，夯实相关课程知识，提升知识的综合运用水平和能力。
其中：Ca-水相中金属离子平衡总浓度，g/L；C0-有机相中金属离子平衡总浓度，g/L；C-萃原液中金属离子浓度，g/L。Va-平衡后金属离子的水相体积，L；V-萃原液体积，L。
图1 操作系统的主要功能示意图
改进教学方案设计是教学有效性的前提。在教学方法的设计上，除了采用学导式教学方法、“构造情景，设置悬念"式教学方法、“案例驱动"式教学方法、“自学为主"教学方法、“基于任务的作业管理"教学方法、“因材施教"式教学方法、课前导入教学方法、课后总结教学方法外，还设计了“研究型"式教学法，并以此方法贯穿到其它方法中。
（2）深入研究，精心设计，构建“操作系统"研究与实践项目库。通过深入调研，紧扣计算机发展前沿，设计构建“操作系统"项目库，作为“项目驱动"的典型教学案例。以磁盘调度算法为例，先来先服务、最短寻道时间优先、扫描算法、循环扫描算法、NSTEPSCAN算法、FSCAN算法、其它改进算法等至少7个小项目，要求从原理、特点、算法、实现情况、选题同学、提交文档、汇演等方面考察学生。
食物中含有各种成分及鲜味物质，大多数情况下需要经过加工处理。热反应是一个普遍采用的方式，通常包括炖、煮、油炸、烤制等烹饪方式。热反应使人类对蛋白质的吸收利用率提高，呈味物质的形成与释放也进一步提升，如烧烤后的蛋白质食物比生的食物更加鲜美，长时间熬制的汤，因为水溶性蛋白、多肽等的释放而更加鲜美。
（7）创新评价体系，实行课程多元化考核。创新学习评价体系，实行多元化考核。对学习过程和结果都进行评价，其中，过程评价内容包括查阅文献、提出问题、分析问题、解决问题、实验报告撰写能力等，以及团队合作意识、创新意识和实践能力等，结果评价内容主要包括研究作品和考试成绩。
（1）理清教学内容，提炼教学重点，改进教学方案设计。“操作系统原理"概念较多，以汤小丹等所编“计算机操作系统（（第4版）高等学校计算机类十二五规划教材）"为例，该书对传统操作系统(0S)和现代操作系统均做了较为全面的介绍。全书共分12章：操作系统引论，进程的描述与控制，处理机调度与死锁，存储器管理，虚拟存储器，输入输出系统，文件管理，磁盘存储器管理，用户接口，多处理机OS，网络OS，多媒体OS以及系统安全性等等。从存储器管理来看，涉及存储器的层次结构、程序的装入和链接、连续分配存储管理方式、对换(Swapping)、分页存储管理方式、分段存储管理方式。随着学习的推进，存储器（本书主要指内存）相关概念及内容会在进程的描述与控制，处理机调度与死锁，虚拟存储器，文件管理，磁盘存储器管理等章节中或隐或现，这就给初学者带来诸多困惑。
提炼教学重点是突破把握好课程内容的重要环节。各个章节都可以提炼重要或相对重要的知识点，特别是较重要的资源所涉及的知识点、以及各知识点交叉部分等，必须提炼出来，作为重点难点讲，作为拓展项目来讲。比如存储管理的分配算法、分页存储管理、页面调度算法等。
理清教学内容显得十分必要。操作系统定义可以理解为，操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，方便用户使用的程序的集合。在教学内容上可以设计不同的逻辑框架，以操作系统的主要功能为例，如图1所示，列出了主要功能及其部分相关的知识点，这些功能的知识点既有相对独立，又存在相互联系。
（6）课堂汇演。组织学生在课堂上对项目研究与实现情况进行汇演，分别从项目报告、实现代码及程度、项目说明书撰写、表达能力等方面考察，同时在展示过程中，其它同学从中受益。
对所选用的太阳能电池组件和蓄电池，有必要对它们的设计进行校核，以进一步了解系统运行中可能出现的情况，保证太阳能电池组件和蓄电池可以有效、协调工作。
（3）以科学研究为指导思想，采用项目驱动教学法，改革课堂教学模式。以研究型为指导思想设计教学方案，将科学研究渗透到每个教学环节中。以项目为驱动，将课程各主要章节的知识点贯穿于项目设计的全过程中，使学生不仅掌握了“操作系统"基本概念、工作原理，同时还具备算法设计分析、改进和程序编写能力。
3 研究型教学改革与实践结果分析
采用学校某学院教务系统自制成绩分析软件，对有无采用研究型教学改革与实践学生进行比较分析，结果如图2和图3所示。
改进阶段体现STEAM核心是面向全体学生，学生需要填写姓名、日期、主题等基本信息，还要提出促进活动进行的建议，以及从技术、工程、艺术等角度改善形成的作品。保证全员参与，真正做到关注每个学生的发展。该阶段培养学生的批判思维能力、审美情趣以及乐思善学精神，发展人文底蕴、科学精神、学会学习、实践创新等素养。
从两组数据，以及图2和图3展示情况，可作如下分析：
（1）常规教学班级，学生成绩集中在60分至80分之间，占总人数的77.78%；80分到100分占总人数的22.22%；应当说达到了教学的基本要求，教学效果基本是满意的。
（2）研究型教学改革与实践班级，学生成绩集中在70分至90分之间，占总人数的76.19%；90分到100分占总人数的2.38%；60分以下占总人数的11.9%。经过调查了解，考察到5名在60分以下的同学的情况，主要是没有重视课程学习，其中有2名学生是因为侧重考研复习，1名学生是参加企业培训，1名学生毕业意向不准备从事计算机专业工作。可以认为，经过研究型教学训练的班级，可以认为大部分同学的成绩及学习效果有明显提升，总体达到了改革预期效果。
4 “操作系统"开展研究型教学改革与实践的体会
学校的关心和支持是教学改革的重要保障，教师的责任心和能力是保证研究型教学效果的前提，教学热情和教学投入是教学效果的基础，实施过程落实到位是教学效果的重要环节，学生的配合也是一个重要因素。为了教学改革工作继续深入和推进，今后还要加强对新理论、新成果的吸收和应用，及时追踪计算机领域、特别是操作系统最新研究进展，并涉猎相关学科知识，不断充实和优化知识结构。另外，在教学改革过程中要始终以学生为中心，虚心听取学生想法与建议，教研相长、教学相长、师生良性互动。
式中：Q(X)，Coh(X)，R(X)均为极大化目标函数；X=(θ1,θ2,,θn)，θi是整数，表示第i个构件的模块标号，取值范围是1～Nmax，Nmax为工程师设定的最大模块数。在计算R(X)时，需要将X转换为矩阵MSol。
通过开展研究型教学，学生对操作系统所涉及的理论知识的掌握程度，比接受常规教学的学生有较大提高。值得一提的是，学生文献阅读能力、发现问题的思维能力、课程间知识联系能力、团结协作能力，解决问题的动手能力、说明书撰写能力等，都得到训练和提高。
图2 常规教学班级
图3 研究型教学改革与实践的班级
参考文献
[1]https://baike.baidu.com/item/%E6%B4%AA%E5%A0%A1%E5%A4%A7%E5%AD%A6/3458384?fr=aladdin
[2] 刘成强,姜继海.基于液压变压器的“液压传动"课程研究型教学模式的探讨[J].液压与气动,2018(11):76-81.
[3] 余磊,汪弋鸢,周瑜晗.基于CBL教学法的“人工智能导论"课程研究型教学改革与实践[J].课程教育研究,2018(37):226-227.
[4] 余磊,周瑜晗,汪弋鸢.基于双语教学的“通信系统原理"课程研究型教学改革与实践[J].教育现代化,2018.5(14):75-77.
[5] 布辉.数据结构课程研究型教学模式的探索与实践 [J].电脑知识与技术,2017.13(23):113-114,117.
[6] 王之元,周云,易晓东,王彦臻,杨绍武,张博,陈娟.机器人操作系统研究型课程建设[J].计算机教育,2016(01):77-80.
Teaching Reform and Practice of Operating System Course based on Research
NIE Bin
(School of Computer Science,Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine,Nanchang,Jiangxi 330004)
Abstract The operating system course is a core courses of computer science,in view of the more concept and the principle of curriculum knowledge,the more students feel boring,the paper put forwards research-oriented teaching reform,through the teaching design,project construction,case interpretation,student project practice and performance,improve the teaching quality and effect.
Keywords operating system;research;project;teaching reform
中图分类号 ：G424
文献标识码： A
doi: 10.16400/j.cnki.kjdks.2019.04.056
基金项目： 江西省高等学校教学改革研究课题（“操作系统"课程研究型教学改革与实践JXJG-16-12-21）
标签：操作系统论文; 研究论文; 项目论文; 教学改革论文; 江西中医药大学计算机学院论文;