云计算支持的操作系统课程教学模式探索

　　中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）08-70-02

　　Research on teaching model of "operation system" course based on cloud computing

　　Ouyang Chunping， Yang Xiaohua， Yu Ying， Li Xiaoyun

　　（College of computer science and technology， University of South China， Hengyang， Hunan 421001， China）

　　Abstract： The content of "operating system" course is abstract and closely related to computer hardware. "Operating system" is widely considered to be a difficult core course of computer major for both teachers and students. In this paper， a reform scheme of applying cloud computing to "operating system" course teaching is proposed， which includes task-driven theoretical teaching， autonomous teaching content expansion， and layered teaching practice. The practice shows that this teaching mode can help students to master the course emphasis and overcome difficulties， improve students' autonomous learning ability， and it may promote the development of quality education in computer professional objective.

　　Key words： operating system； cloud computing； theoretical teaching model； teaching practice reform

　　0 引言

　　“操作系统”课程是计算机专业的核心课程之一，计算机硬件基础、程序设计语言、数据结构、、软件设计和计算方法等多门课程均是它的前导课程。“操作系统”课程具有概念抽象、理论性和实践性强等特点，对提高学生的思维能力、动手能力、创新能力具有十分重要的意义[1]。云计算是计算机领域新兴的一种理念和技术，“云计算辅助教学”则是云计算技术在教育教学领域的新应用场景。云计算平台的虚拟化及通用性的特点将为高校发展网络辅助教学提供改革与创新的契机[2]。因此，我们提出了利用云计算技术搭建操作系统教学辅助平台，从理论学习、课外自学以及课程实践等三个方面进行操作系统教学模式的柔性化改革，以求取得良好的教学效果，适应素质教育的发展，提高学生的综合能力。

　　1 操作系统课程教学的现状

　　归纳目前“操作系统”课程教学模式的特点有以下[3-4]。

　　⑴ 传统的操作系统课程教学偏重于理论知识的讲解，内容抽象且庞杂，学生很难将这些抽象的理论知识与实际操作系统中的功能一一对应。由于不能与实际系统相结合，使得学生无法系统地掌握课程内容，造成了学生对课程学习的畏难心理。

　　⑵ 操作系统课程的理论教学主要采用的是课堂授课方式，教师是知识的权威者，是传授知识的主体，因而形成一种“灌输式”的教学方法。启发式、案例式、讨论式等教学方法采用较少，缺少自主思考空间，使得学生对本来就晦涩难懂的操作系统原理知识更加难以消化理解。

　　⑶ 理论授课与课程实践独立开展是操作系统课程实践中普遍采用的模式。操作系统课程实践环节往往放在所有理论课程结束之后，集中10个课时完成一些主要算法的实现。然而有些内容在理论学习阶段就一知半解，有些甚至已经被学生忘之脑后，由于实践学时有限，最终学生都以交差的心态完成实践任务。所以这种将理论与实践完全割离的教学方式，难以帮助学生建立起完整的课程知识体系。

　　现代化网络信息设施的缺失，不能为师生提供一个贯穿整个操作系统课程体系的交流平台，学生的疑问不能得到及时的解答，前面的知识尚未掌握又被灌输新的知识，长而久之，将导致实践环节培养的失败[5]。因此，计算机操作系统课程的教学方法和实践模式的柔性化改革势在必行。Google云计算平台是一个面向非技术人群的所见即所得的网络平台，基于它搭建的辅助教学平台，将使学生不再受时间、地点的束缚，只需通过网络和简易的终端设备就可以在线查看“云端”的电子教案、教学视频，还可以实现多人协作讨论及实验。这种云计算支持的辅助教学方式，可以解决“操作系统”课程教学中理论抽象难懂，教师灌输式教学、实践滞后脱节等一系列问题[6-7]。因此，我们提出了基于Google云计算的教学辅助平台为基础的“操作系统”课程教学模式的柔性化改革新思路。 　　2 操作系统课程改革的具体实施环节

　　笔者结合多年的操作系统课程教学经验，对如何实施云计算支持的“操作系统”课程改革提出几点建议，具体思路可分为以下三个环节。

　　2.1 互动式理论教学模式的柔性化改革

　　在我国传统的课堂教学模式中，教师通常作为主体，采用提示、引导、渗透、归纳、分析等方式一味地向学生灌输理论知识，培养的学生虽基础扎实，但其独立思考能力和创造能力都被严重束缚。而且由于操作系统课程中理论知识的抽象性，灌输式的教学更加使得课堂上的2个课时的理论授课变得紧张，学生难以消化。为了提高课堂教学效率，强调学生主体地位，及时发现学生理论学习中的问题，我们考虑建立一个基于Google教育云套件的教学辅助平台，为启发式、案例式、讨论式等教学方法的实施提供信息支持。

　　首先，利用Google教育云套件制作课程教学辅助网站，分成教学任务详解、课前任务解析、课后教学评价、前沿知识解读、实践教学社区与教学资源中心等几大模块。在每堂课开始之前，准备几个与重点内容相关的，学生容易理解的日常生活中的实例设置问题，如：进程同步问题与马路上十字路口信号灯的关系、磁盘访问的移臂算法与电梯移动的相似性特征等问题等。学生可以登录网站中的课前任务解析模块，浏览本次课的重点内容及需要讨论的问题，让学生有充足的时间对问题进行思考和查阅资料。在课堂上安排学生对课前准备的问题展开讨论，鼓励学生互相提问。在课堂讨论的过程中，教师只是起到引导作用，可以参与学生的探讨，而非直接给出答案。

　　其次，教师课后把这节课程所使用的教学文档和相关素材等上传到辅助教学平台中的教学资源中心进行共享，学生可以在课后自由浏览、查看和下载。这种问题驱动式和互动式教学方式，增强了师生互动，既培养了学生自主学习的能力，也激发了学生学习操作系统课程的兴趣。

　　2.2 开放式教学内容扩充的柔性化改革

　　教学中不仅要归纳基本教材的主要知识点，还要结合当前课程教学的新知识，积极引导学生有效利用各种现代化资源，随时跟踪了解国际操作系统发展的动态和热点、难点问题。课堂的二小时教学内容毕竟有限，除基本知识点外，无法涵盖大量的扩展知识点，所以在教学内容的改革环节，我们仍然利用基于Google教育云套件的课程教学辅助平台，为学生提供自主协作学习环境，通过发挥学生的主观能动性获取一些与当前国内外操作系统发展相关的前沿知识，从而形成对课堂基本知识点教学内容的有效补充。

　　在教学辅助平台中的前沿知识解读模块，教师设定一些可选的与目前操作系统实际应用相关的专题分类，例如新兴的Android手机操作系统原理介绍，Mac操作系统与Windows操作系统的实例比较，以及多核操作系统的实现机理和设计思想等。学生在给定范围内自主选题，然后组成研究学习小组（3-4人为一组），利用各种参考资料和google docs文档云服务，对某个前沿专题展开协作学习和研究，并撰写报告。在以小组形式完成报告的过程中，学生必须进行协作交流和讨论，这样可有效地培养学生运用信息技术解决学科问题的能力，提高了学生自主学习的积极性，也扩大了其理论知识面，建立了更全面的课程知识体系。除此之外，教师可利用云计算教学辅助平台，创建基于Web的操作系统习题库及测试平台。该平台将从习题库中随机抽取多道不同类型的题目，自动生成一套测试题，在学生提交答案后，可以实时进行纠错和评分。这种开放式测试平台可以帮助学生随时进行知识点的查漏补缺，可以作为课堂教学的有效补充。

　　2.3 分层式课程实践的柔性化改革

　　对于课程实践的改革，我们设计六个主题实验，涵盖了计算机操作系统原理中的重要概念与方法，如进程创建、进程同步、处理机调度、文件管理、存储管理及设备管理等核心内容。这些主题又可以划分为算法验证和系统设计两个不同的层次。算法验证主要针对单个知识点的教学实践，如对处理机调度算法（FIFO、RR）、进程调度算法（FCFS、FPF）等进行编程实现。系统设计则是针对每个实践主题开发模拟系统，如进程管理模拟系统，则会包括进程创建、进程同步，以及进程调度的多个算法的集成实现。在进行实践教学时，学生以小组形式完成实验任务，每个小组选择一个主题，人数一般4-5人，要求学生通过云计算教学辅助平台按组提交实验报告及相应的代码。

　　在课程实践教学的改革中，我们借助云计算辅助教学平台开发了实践教学社区，向学生提供在线作业提交及嵌入式编译环境的服务，同时也能帮助老师实时地掌握各小组课程实践完成的进度，及时发现存在的问题，并通过教学社区提供的gmail邮箱服务、google talk实时通讯服务与学生共同进行方法探讨。这种基于云计算的分层式课程实践改革，无论从实践内容还是实践方法上都是具有创新性的。分层式的实践内容设置，不仅让学生通过算法验证环节可以加深对每节课知识点的理解与掌握，也可以通过系统设计环节提升学生对于操作系统整体知识体系的认识，帮助提高学生的实际软件设计、编程能力。基于云计算辅助教学平台的课程实践方案，进一步增强了实践环节中师生的互动，教师的实时检查与评价可以充分调动学生的自主学习热情。学生的在线系统开发与即时讨论，不仅为课程实践教学提供了便利的软硬件平台，也培养了学生及时发现问题，主动解决问题的多元能力。

　　3 结束语

　　在信息技术迅猛发展的时代，“操作系统”课程也应该与时俱进，为此，我们更新了教材中陈旧的内容，加入一些最新的计算机操作系统理论和技术，对传统的灌输式教学方法进行改革。所以，在制定“操作系统”课程理论与实践教学的改革方案时，我们针对传统操作系统课程教学中存在的问题，强调充分发挥学生的主体作用，利用信息技术丰富教学形式，把柔性化改革贯穿到理论教学模式，教学内容扩充，实践教学改进等多个教学活动环节中，从而提高学生自主学习能力，使学生系统掌握操作系统课程理论知识，增强了学生创造性实践的能力，提高了自身素质。

　　从课程改革实践实施的角度，通过构建基于Google云计算教育套件的操作系统辅助教学平台，充分共享学习资源，实现教师、学生之间学与导的有效互动，从而有效调动了教师教学、学生学习的积极性、主动性；通过自然亲切的基于云端的辅助教学与答疑服务，及时为学生解决各种与课程相关的问题，帮助学生达到当天所学当天消化的目标；通过开发基于Google云的在线实验平台，使得分层式的教学实践活动能够顺利开展，进一步提高了学生的动手能力与分析解决实际问题的能力。

　　本文提出的改革方案在2012-2013下半学年中对我校2011级计算机专业1-4班的学生进行了试点，发现学生课堂积极性有明显提高，教学进度张弛有度，学生普遍反应操作系统课程学习过程轻松愉快。通过对参与改革和未实施改革的两个教学班级的期末考试成绩进行对比分析发现，参与改革的班级不及格率比未实施改革班级降低了15%，而优良率则增加了20%。把云计算技术应用到教育教学领域是课程教学模式改革的新思路，现阶段仍处于探索阶段，课程教学云平台的建设以及实践内容的设置仍需在今后的教学过程中进一步修改和完善，以便更好地实现云计算技术在其他课程中的推广应用。

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