电子科技大学“计算机操作系统”精品课程建设

刘乃琦　蒲晓蓉　刘　丹

计算机操作系统是最核心、基础的计算机系统软件，计算机操作系统的设计原理与实现技术是计算机专业人员必须掌握的基本知识。“计算机操作系统”是计算机学科最重要的专业基础课程。该课程介绍操作系统的基本原理和实现技术，是理解计算机系统工作、用户与计算机系统交互和设计开发应用系统等基本知识结构的重要途径。其内容涉及理论、算法、技术、实现和应用，学生学习理解有一定难度，作为专业学科中一门承前启后的专业基础课程，计算机操作系统在计算机专业课程体系中扮演着重要的角色。

随着计算机技术、设备的迅速发展和应用需求的拓展，三十年来，课程内容不断充实更新，计算机操作系统今非昔比。现代操作系统的内容蕴涵了什么？知识结构的重点是什么？操作系统在课程体系中的关系如何？需要本科学生理解和掌握什么？如何加深理解和运用？课程的发展如何与时俱进？这都是课程建设必须考虑的问题。

课程历史与课程建设

电子科技大学“计算机操作系统”课程起源于20世纪70年代初期。当时，随着计算机巨头IBM公司的S/360大型机系统软件的推出，对“计算机操作系统”这个系统软件的讨论遍及全球。以周锡令教授为代表的一批专家学者敏锐地感觉到“操作系统”将成为计算机技术和学科发展的重要领域，他们不失时机地开展了计算机操作系统的研究和分析。在收集汇总国际上相关“操作系统”学术论文的基础上，出版了中文“操作系统”论文集（上、下册）和英文论文集，组建了“操作系统”软件研究小组，展开了对计算机体系结构和操作系统的研究。先后多次举办了全国高校和研究单位参加的“操作系统”学习班、研讨班和培训班，并派教师到国外学习相关操作系统知识。1977级本科学生就开始采用新的教学体系，设置了“操作系统原理”课程。在“操作系统”论文集的基础上，计算机专业汤子瀛和杨成忠老师编写了《操作系统原理》讲义， 1981年，《操作系统原理》教材正式出版。1984年，改名为《计算机操作系统》，由重庆大学著名教授童頫主审，作为全国统编教材由西北电讯工程学院出版社出版，在全国计算机界产生了很大的影响，并在1987年获得国家电子部优秀教材二等奖。

“操作系统”课程组承上启下、与时俱进，自2001年起，进一步完善课程内容体系，采用国际优秀教材和双语教学，进行精品课程建设。以操作系统原理为核心和基础，并拓展到“操作系统结构”、“嵌入式操作系统”和“大型机操作系统”等相关课程，推动多层次、多类型、多应用教学。并以培养学生创新能力为目标，以系统设计和软件构架为教学理念，突出概念、原理等理论内容的实践应用环节，优化课程内容，教学资源网络化，使学生受益面不断拓宽。教学项目“计算机主干课程建设与教学改革”曾获2001年度国家教学成果二等奖。课程组先后出版操作系统教材四部、讲义四部，发表相关操作系统和教学改革的论文20余篇，教学实验和教材等项目先后获得电子科技大学多项校级奖励。目前，“计算机操作系统”课程获得“教育部-微软精品课程”建设项目支持，教材被列入高教出版社“十一五”规划教材建设。在操作系统应用研究领域，课程组和项目团队在常规操作系统、分布式操作系统、实时操作系统、嵌入式操作系统、大型机操作系统等领域也具有较大的优势和独到的特色。

知识结构与课程教学

一门课程的教学目的是通过该门课程的教学（讲授、讨论和实践）让学生学习（了解、理解、掌握、运用等）到课程内容所提供的知识和技能，构建合理的知识结构，为进一步的学习和应用打下基础，这是对本科生的基本要求。因此，建立计算机操作系统的知识结构，设计和规划本科阶段的教学内容，就是课程建设的重要工作，如图1所示。

掌握计算机操作系统的基本原理是计算机专业学生深入学习该方向其他课程和进行研究的必备基础，有着极其重要的学科地位。课程组以操作系统中成熟、经典的思想和设计算法为核心，紧密结合当代操作系统的发展趋势，建立以操作系统所管理的资源对象为分类标准、以操作系统的性能为设计目标、以操作系统的各类算法和数据结构为实现手段的教学内容体系和风格；注重该课程与其他课程的交叉关联，以计算机组成原理课程为基础，以嵌入式系统设计为实例，在传统知识结构基础上，以现代Unix、Linux和Windows操作系统的新特征为案例；强调研究型教学，教师积极进行教学研究，探索新的教学方法和手段，自主提出了“融入式”、“定位式”等教学新理念，并率先采用双语教学，引入国内外最新的发展成果和教学理念；结合理论与实践，针对学生的理论理解能力、技术性实践能力、综合性实践能力和探索性实践能力的培养需要，配套课堂实验及低、中、高四个层次的实验内容，使课程理论与实践相互促进，形成积极的、充满生机活力的互动教学机制，提高人才培养质量。

“计算机操作系统”是一门理论性、实践性并重的基础核心课程，内容抽象、课程教学难度大。为提高课程教学质量，针对教学难点，研究教学方法，融入教学过程，探索教学改革，课程组采用了如下教学方法和教学手段。

1．合理选用教材和参考书，保持教学内容的时代性和先进性

教材是影响教学内容的一个非常重要的因素。现代操作系统工程实践和技术发展迅速，传统开发技术被淘汰或被改进，新的开发思想和基本概念不断出现，并应用到当前流行的操作系统产品中。要求“操作系统原理”的教学内容必须及时更新，适应发展，与时俱进。否则，难以使学生学以致用，势必影响学生学习兴趣，从而影响教学质量。通过采用原版教材，加大参考与辅导学习，自编教材，灵活采用双语教学的方式，促进教学质量的提高。

2．强调教师素质，通过教学研究和科研工作提高教师业务水平

作为教学主体之一，教师必须及时更新自己的知识，不断学习，提高业务水平。多年来，课程组始终坚持收集和阅读与操作系统有关的各种资料和文献，并结合科研项目对操作系统开展了大量的研究工作，参加了若干有影响的操作系统软件的开发。在课堂教学中，介绍研究方向和学科前沿，吸引本科学生参与教师的科研工作，拓展自己的视野。

3．精心备课，突出教学内容的系统性和完整性

如何组织课程内容，使其成为一个有机整体，是课程组必须解决的问题。通过较长时间的探索，我们认为必须首先帮助学生建立操作系统总体结构轮廓，然后再介绍各部件内容。同时，我们还总结出“突出总体结构、深入讲解部件”的教学原则。而且，整个教案的内容组织注重引导学生探讨各种知识的内在联系和技术的引入背景，注重知识的理解，而非简单记忆。基于这样一条明确主线，学生的学习更具方向性和目的性，学习效果明显提高。

4．科学授课，充分调动学生的积极性和创造性

课堂教学是整个教学活动的另一重要环节，课堂组织是否科学合理会直接影响学生学习的质量和效果。课程组总结出了一些有效的措施。

* 明确学习目的，激发学习兴趣，采用启发式教学。兴趣是促进学习的巨大动力，教师有义务激发学生的学习兴趣，尤其是理论性较强的课程。所以，在课程之初就必须清楚地告诉学生学习该课程的目的，讲清不同学习对象（如一般计算机用户、程序员、系统分析员、系统管理员）的学习目的，根据学生已经遇到的问题结合教学内容激发学生思考，探索问题的答案。

* 根据教学内容，合理安排教学进度，注重节奏教学。“操作系统”课程内容的概念多而抽象，而从抽象到设计又是理论到工程的转换，本科学生缺乏系统和工程的概念，因此，是一个难点。我们在课程进度方面采用“先慢后快”的节奏。“先慢”是为了让学生有充足的时间消化新概念，也让学生适应教师的授课风格；“后快”是当学生基本掌握了该课程的主要概念以后，可以适当加快教学进度，以便按时完成教学计划。

* 精心准备，激情授课，强调交互式教学。教学方法需要强调讲课的高度激情，以教师高昂的情绪感染学生，避免“满堂灌”。课程组要求教师在课前要根据内容需要设计准备适当的问题，在课堂教学适当的时候提出，留给学生适当的思考时间。同时，鼓励学生提问，根据学生反馈信息和问题，与学生探讨问题的解决，而非给出答案。这种交互式方式，学生非常乐于接受。

* 深入浅出，理论联系实际，突出原理的应用。如何将高深的理论用浅显的语言表述是教学方法的技巧。操作系统中的“并行与并发”、“进程与线程”的概念是理解的难点，我们结合当前主流操作系统产品（如Windows和Unix系统中的多任务执行，多层调用等）的具体示例进行讲解，从应用角度和生活常识形象生动地解释理论，开拓了学生的思维。

* 以人为本，诚心与学生交朋友，推崇亲情教学。“操作系统”课程对象通常是大学三年级学生，此时，很多学生正处于人生规划决策的关键时期，作为老师与长者，帮助他们健康成长是义不容辞的职责。以讲授课程知识为基础，辅以讲授人生发展与规划，帮助他们解除成长过程中的烦恼，把他们当作朋友，对于推动教学工作是非常有益的，这种“亲情式”教学手段往往能收到良好的教学效果。

5. 注重实践环节，强调能力培养，合理进行学生考核

遵循学生创新能力培养的整体规划，基于系统设计和软件模块设计的思路，课程组利用较好的实验室条件，开设“实验室课堂”，构建“操作系统案例库”，结合课程实验、应用实验和综合实验加强学生系统编程与内核模块设计的能力。这些案例既作为教学，也供学生自行设计或复现，优秀作品又进入案例库循环，使学生能即学即用，及时发现和解决问题，对抽象概念通过实践环节理解，拓展深层次思考，对学生的能力训练收到很好的效果。案例如图2和图3所示。

6. 灵活运用现代化教学平台，提高教学质量

在精品课程建设过程中，教学网站是一项充分发挥现代信息技术，拓宽教学资源使用和学生受益范围的举措，也是让学生更大程度获得需要的信息和知识，了解整个课程教学过程，让学生参与到我们的教学中来，形成师生共建、共促质量的模式。教学网站的建立，基于CERNET西南中心结点和校园网，利用教师社区发布课件，利用留言板与学生交流答疑，通过电子邮件向学生提供课外辅导渠道等，既对本专业学生提供了共享与交流环境，也为其他专业和远程教学提供了网络教学资源。

7. 操作系统发展的系列学术交流

学术交流是提高课程教学质量的另一种途径。操作系统技术发展日新月异，为使学生了解现代操作系统发展的新趋势，课程组组织了有关操作系统技术领域的系列讲座。根据“操作系统”课程内容及相关课程在今后学科中的应用，讲述应用需求对操作系统的要求。此外，还邀请国内外专家进行学术交流（如Intel、IBM、Mircrosoft、Nokia等公司技术专家），了解操作系统发展动向等。通过这些课程讲座，使学生充分领略该课程在科学研究和应用开发中的重要作用，使学生学习目的更加明确。

课程的主要特色

“计算机操作系统”课程的建设和教学过程体现了电子科技大学本科教学中的理论、技术与工程结合的特点。其特色体现在：

1）坚持基础核心，带动多层次、多类型教学，构建先进课程内容体系

以本科“操作系统原理”为基础核心，形成多层次、多类型教学，层次分明、思路清晰，内容彼此呼应，系列课程与实验相互配套，保证了理论教学、实践教学和资源辅助教学的有机结合。

2）强调能力培养与创新，实施“循环案例”和“师生共建”的教学模式

灵活实施双语教学，开设“实验室课堂”，构建“案例库”，通过教案电子化、教学资源网络化、参考资料广域化、师生交流多样化，强化课程内容的理解和运用。鼓励本科学生参与教师的科研工作，通过分析和模块设计，不断完善“案例库”，师生共同参与课程建设，保证课程质量。

3）强调与时俱进，优化课程内容，保持与现代操作系统发展同步

以现代计算机系统软件构架为教学理念，以并行处理技术和智能管理技术为重点，以技术和设备发展为驱动，以应用系统实施为特点进行课程内容讲授。同时，课程组积极开展教学研究和科研应用项目，在常规操作系统（Windows, Unix/Linux）、嵌入式操作系统（WinCE, Em-Linux, VxWorks）、移动终端操作系统（Symbian等）和大型主机操作系统（z/OS）等方面开展研究工作，以科研促进教学，收到明显的效果。

总结

电子科技大学“计算机操作系统”课程具有深厚的历史积淀和教学经验，在国内同类课程教学上有较明显的特色和优势，体现了电子科技大学本科教学中强调理论、技术与工程结合的特点。课程建设与时俱进并持续发展，在采用国际优秀原版教材，灵活实施双语教学的基础上，使自编教材达到较高的水平，教材先后被列为全国统编教材（1984）、全国推荐教材（1997）、全国“十五”规划教材（2003）和全国“十一五”规划教材（2006）。课程建设提出“操作系统”系列课程和系列实验，开出分层次的配套实验课程，强化理论的理解和运用。

通过课程建设，我们也认识到：

1）操作系统的实践环节需要进一步完善，在时间和验证评价指标上需要进一步探索，类型需要进一步更新。

2）双语教学问题需要认真思考并灵活掌握，在教材、理解、语言和学生接受程度等方面需要进一步实践。

3）国内外教学和学术交流需要进一步拓宽。

4）操作系统教学如何体现创新能力的问题需要进一步探索，如在思维、革新和应用上的创新。

5）希望兄弟院校的同行与我们一起将这门课程真正做成精品课程。