陶玉婷 方旭明 杨乐婵 梁颖红

【摘要】针对操作系统课程抽象难懂却极其重要的现状，并以新时代对人才能力素质的新需求为出发点，本文提出了新工科背景下地方高校操作系统课程改革的四条建议，并做到与时俱进。

【关键词】新工科 地方高校 操作系统 课程改革

【基金项目】2017年江苏省高等教育教改研究立项课题（2017JSJG263）“面向工程教育认证的螺旋改进小规模课程群建设——以软件工程专业基础编程能力课程群为例”。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）09-0240-02

一、新工科概述

2017年2月以来，教育部先后召开新工科的研讨会，分别提出了“复旦公识”和“天大行动”[1]。其中，“复旦公识”将高校分成工科优势型、综合型和地方型，并建议根据高校自身类型特点和社会需求，分类指导，形成各自的办学特色和教学模式。而“天大行动”[2]紧密结合当前世界范围内第四次工业革命，将重点致力于以下几条改革行动：1）以应对变化、塑造未來为指引，提出新范式，即从过去的专业分割转向跨界交叉融合，并推动创新；2）以产业需求为源点，孕育新专业，并提出构建新的专业结构体系；3）根据行业需求，更新教学内容，培养学生对知识点的批判思维及终身学习的意识；4）增加师生间的互动，更新教学方式和教学手段；5）鼓励校企合作，并将教师的科研成果运用到教学中，推动产学研融合发展。

从高校的角度，新工科产生了如人工智能、云计算等新兴专业，也包括对传统工科专业的改造和传统教育理念的更新；从社会的角度，新工科强调的是应运而生的新产业结构和新服务体系，比如智能制造、混合现实、物联网等。总之，新工科不是对传统工科的否定和摈弃，而是在传统工科的基础上，加入新元素，使其更加符合科学发展规律，并适应新经济发展的需要[1]。

二、地方高校的特点

地方高校的自身特点是[3]：1）群体庞大。据统计，2016年我国普通高等院校共2596所，其中开设工科专业的院校高达90%，地方本科院校（含民办）则达到90.8%；2）服务面向地方。即地方高校的职能是为地方的社会经济发展做贡献；3）培养应用型人才。应用涵盖工程、技术和技能，换言之，这类人才是在生产实践中参与直接劳动和工作。

三、操作系统的地位作用及其课程现状论述

操作系统是计算机系统中最核心、最基础的软件，也是计算机技术和管理技术的结合[4]。几乎所有的高校都将其纳为专业基础课和必修课，同时它也是一门理论和实验并重的主干课。可是，该课知识点繁杂、理论抽象、逻辑性强，导致了实际教学过程中学生难学，老师难教的普遍现象[4-5]。本文将站在新工科时代背景的高度，以地方高校的办学定位和培养目标为着眼点，以“天大行动”为指导方针，结合应用型本科学校的学生现有的学习基础和实际理解水平，提出了以下四点改革建议。

1.以直观的开场白强调操作系统作用并激发学生的学习兴趣

教科书第1章介绍操作系统时，会涉及很多抽象的概念。比如操作系统的并发性和异步性，书上会说“多道程序引起了并发，并发导致了异步”。作为初学者，很多学生觉得难以理解，搞不清楚这门课对自己将来有什么用。他们只知道是专业核心课，尽管晦涩难懂，也要坚持学完，整个学习过程不仅似懂非懂，而且态度也消极。

针对上述问题，笔者认为，第1章属于入门章节，不宜一口气大量概括操作系统的方方面面，尤其要避免大量的抽象概念，否则初学者根本无法完全消化，反而会挫伤他们的学习积极性。相反，作为任课教师，一开始应该形象地以windows电脑或者android手机为例，操作系统提供了友好的界面，可以保存文件，可以外插耳机等等。如果没有操作系统，这一切皆不可能实现。同时也要阐明，作为应用型本科高校的学生，将来就业后肯定不可避免地要参与代码的编写，而操作系统则为代码提供了运行的环境。

以此直观的开场白激发学生的兴趣，驱动他们接下来积极思考和学习操作系统如何去实现组织和管理功能的。

2.打破章节顺序并加大本课程内外知识点之间的联系

笔者认为，教师在有限的理论课上不必灌输所有的知识点，而是应该站在整个系统的高度，把重要的知识点讲得精、讲得透，让学生在脑海里形成各知识点相互配合的整体结构，并能举一反三。

（1）加强章节之间的交叉联系

操作系统将诸多类别的软件和硬件有机结合起来，保证整个计算机内部高效地、有条不紊地运作。以打开文件为例，整个过程是根据文件路径搜索，直到找到文件，并将其i结点从磁盘拷贝至内存。除了文件本身的知识点外，教师可以结合其他若干章节内容做更深刻的解释。比如，打开文件是一个动态过程，需要创建进程来做；拷贝i结点需要读磁盘（I/O操作中往内存传输叫作读，反过来叫作写）；打开文件属于系统调用的一种（从用户发出打开文件指令到系统内核驱动硬件去读磁盘）。

（2）强调操作系统与相关课程之间的联系

作为衔接软件和硬件的桥梁，操作系统贯穿整个计算机专业领域，能涉及到的其他课程非常多。以内存管理为例，内存地址用二进制比特表示并靠总线来控制指令的存取（硬件）；零散的内存空闲区用链表来组织串联（数据结构）；变量类型的定义其实就是分配内存的过程（C语言）；内存管理分为内存分配、内存回收、越界检查等功能模块（软件工程）。

3.打破教科书内容的局限并渗透批判思维

操作系统课程如何体现批判思维呢？笔者认为，不能局限于教科书上的固定管理算法，而是要让学生在学习的过程中，思维向外延伸。虽然操作系统本身对进程、文件、硬件和内存等这些资源的管理任务是固定不变的，但是没有十全十美的管理算法，只能说不同的算法，适用于不同的应用场合。硬件技术随着时代的变迁在不断发展，作为信息处理的载体，硬件（内存和磁盘）可容纳的数据量正呈现出非线性的增长趋势。因此今后的操作系统，必将面临大规模数据环境下资源管理的应用场合，其管理算法也要做适当修改，达到与之相适应。比如，在讲解内存管理的时候，可以让学生主动思考：面对爆炸式增长的数据量，现有的哪些管理算法不再合适？该如何改进？以内存空闲块管理为例，数量较少的空闲块可以采取链式管理，即把零散的空闲块串联成链表；但是当数量多时，UNIX系统采用的是成组链接法。以此为参考，学生可以发挥自己的想象，思考教科书以外的其他改进算法。毕竟，万变不离其宗的是，操作系统的根本出发点在于统筹规划，即采用合理的管理算法来提高资源的利用率、提高系统的整体吞吐量，以方便用户的使用。

4.以对外交流促进动手能力培养和教学内容更新

作为理论与实践并重的主干课，传统的操作系统课程不仅重理论轻实验，而且大多数实验是浅层次的验证类型，而能够调动学生积极性的设计型和综合型实验却很少[4]。笔者赞同这一点，但同时也认为，设计型和综合型实验的增加不宜盲目，而是要借鉴和参考当今的行业需求。以网络空间安全为例，目前IT市场上有很多防御网络病毒的技术都做进了操作系統里。高校在开设操作系统课程时，对软件工程、计算机专业的学生可以增加这方面的理论知识；而对信息安全的学生，则要增加这方面的实验，比如缓存区溢出检查、注入漏洞与检测等等。

在国际交流方面，以澳大利亚的昆士兰科技大学（QUT）的Computer Technology Fundamental为例，它看似是一门关于计算机技术的基础课，涉及很多概念，但实际上要求学生结合所学的知识，做出一个能在Linux系统上运行的东西。以此反思国内的操作系统课，既然作为主干课，是不是更应该强调理论结合实际呢？笔者认为，结合当今Linux运行平台的广泛使用性（Mac电脑、Android系统等），操作系统课程应当增加系统调用的设计实验。因为，增加和修改系统调用并重新编译内核，能让学生深刻理解系统调用与一般函数调用的异同点，由此他们也更能体会到计算机在设计上采用的层次结构，及其对外界用户的有限开放和对内部重要指令的保护措施。

四、结束语

本文在新工科背景下，立足于地方高校的办学定位中，以“天大行动”为指导方针，对操作系统课程提出了四条改革建议。总之，面对当今加速发展的新技术，地方高校的课程要从理论和实践两方面做到与时俱进，以培养出具备动手实践能力、紧跟时代步伐且不断提升自我的未来劳动者。

参考文献：

[1]李华，胡娜，游振声. 新工科：形态、内涵与方向[J]. 高等工程教育研究，2017年（第4期）：16-19.

[2]中华人民共和国教育部.“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[EB/OL]/[2017-04-08].

[3]夏建国，赵军. 新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J]. 高等工程教育研究，2017（第3期）：15-19.

[4]何菊. 操作系统课程多角度教学改革探索与实践[J]. 计算机时代，2017年（第5期）：75-78.

[5]王英，王鑫，左万利.操作系统课程改革的启发和思考[J]. 计算机教育，2017年（第2期）：34-37.

作者简介：

陶玉婷，女，讲师，研究方向为计算机理论与方法、操作系统。