实施多元化教学手段，推进创新性人才培养

作者简介：宋广华（1968－），男，浙江海宁人，博士，浙江大学计算机学院副教授，从事操作系统教学及科研工作；段健平（1964－），男，浙江杭州人，本科学历，浙江大学计算机学院研究生科副科长，从事研究生教学管理工作；李善平（1963－），男，浙江宁波人，博士，浙江大学计算机学院教授，博士生导师，从事操作系统教学及科研工作。实施多元化教学手段，推进创新性人才培养－谈操作系统课程教学改革宋广华段健平李善平（浙江大学计算机学院杭州310027）【摘要】计算机应用的飞速发展对高等院校计算机专业课程的教学提出了更高的要求。操作系统作为计算机科学与技术的核心专业课程，在计算机专业人才培养中具有极其重要的地位。本文针对新形势下研究型大学创新性人才培养的要求，探讨了网络时代多元化教学手段在计算机操作系统课程教学改革中的实践；提出了在课程教学中走“边学边干”的教学路线，开展多方位的网络化教学，同时坚持教研结合，培养学生的研究创新能力。【关键词】操作系统，Linux，创新人才培养，多元化教学手段，边学边干BringingupStudentswithInnovativeAbilitiesbyExploitingMulti-aspectInstructionMethods-InstructionInnovationoftheOperatingSystemCourseSongGuanghua,DuanJianping,LiShanping(CollegeofComputerScience,ZhejiangUniversity,Hangzhou,310027)Abstract:Rapiddevelopmentofthecomputerapplicationbringsupgreatchallengesforinstructionofthecomputersciencecourses.Asakeycourseofcomputerscience,theOperatingSystemcourseplaysanimportantroleincultivatingstudentsofthecomputersciencespecialty.Aimingatthedemandsforresearchinguniversitiestobringupstudentswithinnovativeabilities,thispaperdiscussespracticesoftheinnovationofinstructionfortheOperatingSystemcourse,byexploitingmulti-aspectinstructionmethods.Wepresenttheideaof“learningbypractice”throughouttheinstructioncycleofthecourse.Weenforcemulti-aspectnetwork-basedinstructionmethodologies.Furthermore,weemphasizethecombinationofteachingandresearching,toimprovetheinnovativeabilitiesofthestudents.Keywords:OperatingSystem,Linux,innovativeinstruction,multi-aspectinstructionmethod,learningbypractice0引言创新是民族进步的灵魂，创新性人才培养是人才培养的最高境界。作为创新性人才培养的主要基地，研究型大学更应顺应时代的需要，在大学生、研究生人才培养上，应始终坚持以创新为本。操作系统是计算机科学与技术专业的核心专业课程，其课程教学对计算机专业学生的创新能力培养起到十分重要的作用。所谓创新性人才，就是在合理的知识结构基础之上，具有较高的创新能力，并且将自身的创新素质合理地与其专业领域相结合，能够开发出创造性成果的人才。高素质创新性人才是一种综合性人才，他不仅要拥有良好的思想道德素质、科技智能素质、社科人文素质、个性心理素质、劳动身体素质，而且更重要的是要具有创新意识和创新能力。随着计算机应用向纵深方向的进一步拓展，计算机操作系统课程的重要性日益突出。早期计算机专业的学生学习操作系统，往往局限于基本理论知识的掌握和一些典型算法的实践，那时候，学生很少有机会去了解、研究与实践操作系统的内部结构和实现技术。当前，开放源代码软件日益深入人心，以linux为代表的开放源代码操作系统软件，已成为大学生尤其是研究型大学学生学习、研究计算机基础支撑软件的首选。这为大学操作系统课程教学提供了更好的实验平台，但也对课程建设提出了更高的要求。1明确培养目标，完善教学内容浙江大学潘云鹤校长提出了“知识（Knowledge）、能力（Ability）、素质（Quality）”的办学理念，即KAQ模式。为贯彻KAQ教学模式，本课程在专业培养目标中的定位与课程目标是：1．以培养学生实际动手能力为宗旨，坚持“理论指导实践、实践强化理论”的指导思想，走“边学边干”的教学路线；2．针对本学院学生理论基础扎实、英文功底强的优势，采用国外优秀的原版教材，旨在培养学生掌握最先进的操作系统原理、算法及技术；3．培养学生的“主动学习”兴趣与能力，在要求学生完成基本实验的基础上，鼓励、吸引学生学习、研究乃至改进最新的操作系统实现技术，从而激发他们的研究创新能力。操作系统是计算机系统中最重要的基础支撑软件。类似于其他计算机软、硬件技术的发展，操作系统也经历了系统结构与实现技术的变更与发展。早期的操作系统由于受硬件、程序设计语言及软件设计技术的限制，一些设计原理与实现技术相比于现代操作系统来讲已经是过时或不合理了。因此，在确定操作系统原理授课内容时，我们积极跟踪国外著名高等院校操作系统课程教材，确定了采用国外的影印板教材（目前本科生采用的是《OperatingSystemConcepts,6thedition》），摒弃了传统操作系统原理中那些过时的知识，取而代之的是现代操作系统中普遍采用的设计原理与实现技术。譬如，我们摒弃了传统操作系统中的作业及作业管理的概念，强化了进程及线程的概念。这样一方面可以充分利用有限的授课课时，向学生介绍最新的操作系统原理与技术，另一方面可以提高学生学习操作系统原理的积极性和主动性，从而达到良好的教学效果。为了充分贯彻“边学边干”的教学理念，我们围绕现代操作系统中的重要概念、原理与方法，开展操作系统实验课程的建设。当前，开放源代码软件日益深入人心，以Linux为代表的开放源代码操作系统软件，已成为大学生尤其是研究型大学学生学习、研究计算机基础支撑软件的首选。为此，我们及时地开设了基于Linux的操作系统实验课程。课程中，设计了基于linux的7个基本的主题实验，这些主题包括linux的内核重建与shell、系统调用、进程同步、进程调度、虚拟存储、设备驱动及文件系统，涵盖了Linux的核心内容。这些实验由浅入深，既有linux使用环境与使用技能方面的培养，又重点围绕着深入了解linux内核实现机制展开。这些实验的设置，旨在激发学生学习操作系统的兴趣和主动性，又训练学生分析问题、解决问题的综合能力。2实施多元化教学手段，全面提升教学成效传统的操作系统课程教学的理论性较强，内容抽象。授课时，常采用集中的“灌输式”课堂授课，缺乏实践。学生在实际使用计算机时，也很难找到这些抽象的理论在实际操作系统中的应用。这使得学生对操作系统的理论难以理解和实践。这种教学方式已不能适应新形势网络时代的教学要求。围绕操作系统课程的教学目的，我们开展了教学方式的大胆尝试，采用多元化的教学手段。教学方法和手段不拘形式，只要有利于教学目的，全部充分利用。目前采用的教学手段包括：多媒体教室、多媒体课件、网络课件、Internet、电子邮件、原版英文教材、双语教学、网上作业、网上答疑、BBS论坛、操作系统资源网站等。另外，学生利用自备电脑查资料、做实验，吸收学生参加操作系统研发项目，引荐学生去公司实习等，都正在采用。2.1知识点凝练与重组，注重讨论式、互动式教学，引导学生进行自主式、探究式学习针对学生反映课程中知识点多，专业难度偏大的情况，同时又有学时数的限制，我们在课堂教学中注意避简就难，突出解决重点、难点。授课时不拘泥于教材内容的排序，注重对各知识点进行重组和精炼。注重讨论式教学、启发式教学。同时，在重点章节结束以后，开展对于本章内容的综合性应用讲座，请同学上台演讲，引导学生进行自主式、探究式学习，培养学生对知识点的深层理解、分析、比较和融会贯通的综合能力。在研究生课程中，安排三分之二的课时组织讨论班。由学生自由组合项目组，自主选项目设计、开发，并在讨论班上交流研发成果。在保持课程学术性同时，兼顾趣味性。在互动式教学环节中，将现代操作系统新颖、人性化的人机环境及强大的功能等新奇的感受带给同学们，并将这一授课风格贯彻始终。在授课过程中穿插课堂提问，或进行课堂辩论，活跃课堂气氛，更好地达到师生间的互动。2.2多方位开展网络化教学教学中强调个性化教学，开放式课堂。将师生的交流，从传统的课堂拓展到网络。目前采用的网络教学手段包括：多媒体课件、网络课件、Internet、电子邮件、网上作业、网上答疑、BBS论坛、操作系统资源网站等。教学团队人员积极投身于网络化教育手段的学习与实践中，进行网络版多媒体课件及资源网站的制作与开发。已在校园网内部运行数年，提供课程资料、Linux内核代码阅读工具、操作系统学习资料下载、通知发布等服务。2003年新建立的操作系统资源网站面向全国，学生即使在校外也能充分地享用丰富的教学资源，网站中的服务包括：网络课件、习题布置、提交、批改，网上答疑，论坛，FAQ，下载实验样例、教学大纲、课程简介、教学日历、授课教案、课件、实验指导、参考文献，考试题库。通过网络教学这一先进手段，大大提高了教学效率，营造了教师与学生的良好的沟通氛围。网络课件采用DreamWeaverMX、Java等工具开发，以网页的形式发布大量操作系统原理、Linux操作系统方面的知识课件的每一章都包含背景及前沿、知识要点、自测习题等，便于学生融会贯通及学习自测。另外，以大量图片、动画及其他动态形式来充实教学内容，选取了操作系统中一些重要的算法与技术（如fork算法、临界区问题、银行家算法、页式存储管理等），通过Flash、Movie等手段，动态表现算法演进过程与技术实现。3强调实验、强调教研结合，激发“主动学习”热情，培养研究创新能力培养实践能力，密切产学环节。注重加强对学生实践能力和创新能力的培养，根据专业培养目标，进行实践性教学环节教学内容和方法的改革，建立起学习型、实验型、研究型为服务模块的实践教学体系，让学生在实践过程中，能直接参科学研究的各个环节。为了强化实践，我们在国内率先开展了linux操作系统源代码分析实验并开设了专门的实验课程。目前，本科生操作系统原理与实验已单独开课，课程名称分别为“操作系统原理”和“操作系统分析与实验”，均为专业必修课，分别为3学分和2学分。为了让学生真正能“边学边干”，在课程安排上，我们将“操作系统原理”安排在秋、冬两学期（浙江大学已对全校本科生、研究生全面实行四学期制），将“操作系统分析与实验”安排在冬学期。这样，学生在秋学期有充裕的时间系统性地学习现代操作系统的基本原理，而在冬学期，就可以“边学边干”了，很好地贯彻了“理论知道实践，实践强化理论”的教学思想。在Linux操作系统实验拟定的7个主题实验中，2个是必做题，其余5个主题要求学生选择其中至少3个主题进行实验，或至少选择其中的2个主题，然后再自行确定1个自己认为有意义的主题。实验时，学生可以分小组进行，每个小组人数一般不超过3人，实验后要求学生安组提交实验报告及相应的代码，如果时间允许，还可以有选择性地安排部分小组在课堂