基于计算思维的“操作系统”课程教学改革探讨

　　中图分类号：G434

　　文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）005-0178-02

　　作者简介：郑颖（1987-），女，河南南阳人，硕士，河南科技学院信息工程学院助教，研究方向为语义Web、自然语言处理；金松林（1983-），男，河南周口人，硕士，河南科技学院信息工程学院助教，研究方向为信息安全。

　　0 引言

　　操作系统通过合理调度和管理系统中的各类资源为用户提供服务，它与硬件和其它应用软件有着紧密联系。操作系统课程是计算机及其相关专业的一门必修课程，在专业课程体系中具有承前启后的作用。学生学习该课程普遍缺乏学习兴趣，其原因主要有：

　　①课程内容理论性强、概念抽象、较难理解，并且传统授课主要采用“注入式”教学方法，学生被动学习；

　　②实验课时较少，实验内容主要以验证性实验为主，不能很好地培养学生的动手能力；

　　③课程考核机制不完善。主要依靠期末考试对学生学习情况进行测验，且主要侧重于理论知识，导致学生重理论而轻实践。

　　亟需转变教学思路和方法，激发学生的学习动力，培养适应社会需求的综合性人才。

　　1 计算思维

　　2006年，周以真教授提出了计算思维的定义：运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等，是涵盖计算机科学的一系列思维活动[1]。她指出“在不久的将来计算思维不限于科学家，将成为每个人必备的基本技能之一”[2]。计算思维是一种高层次的认知思维活动，它包含分析问题、解决问题及创新的能力，而这些能力正是大学生所应必备的基本能力。因此，许多学者都对这一问题进行深入研究，并将计算思维逐渐运用到教学中[3-6]。文献[4]通过案例将计算思维抽象和自动化思想贯穿于离散数学课程教学中；文献[6]在数据结构课程中使用案例教学法对学生进行启发引导，培养学生的计算思维。计算思维所倡导的抽象、启发式推理、系统恢复等思想与操作系统中并发、同步、死锁处理等思想有相似之处。因此，本文将计算思维与操作系统课程教学有机结合起来，降低知识理解难度，激发学生学习兴趣，培养学生的计算思维能力。

　　2 以计算思维为导向的操作系统课程改革教学

　　本文以计算思维为导向，分别从理论教学、实验教学和考核机制3个方面探讨操作系统课程教学改革。

　　2.1 以计算思维为导向的理论课教学改革

　　传统教学模式以教师讲授为主，这种方式易于突出重难点，但忽视了学生的主体地位，造成学生被动接受知识，教学效果较差。计算思维倡导通过约简、嵌入、转化和仿真等方法将困难的问题阐述成一个易于解决的问题[2]。运用以计算思维为导向的教学方法，可在教学中引入问题情境，然后设置具体问题，引导学生利用计算思维方法分析、解决问题。以计算思维为导向的教学过程如图1所示。

　　操作系统课程内容枯燥、抽象，因此将生活中实例引入到教学中，便于将枯燥的知识生动化，抽象的知识具体化。例如，在讲解进程的概念时可引入这样一个实例：厨师做一道宫保鸡丁，首先找到菜谱，再准备鸡肉、黄瓜、辣椒、食盐等原料，最后按菜谱步骤炒菜。在这个例子中，厨师相当于CPU，菜谱相当于程序，原料相当于数据，做菜过程相当于进程。通过此实例，学生可以很容易理解进程和程序的区别，然后引导学生思考和讨论进程的特征及基本状态，再由老师进行总结和概括。在教学中还有很多这样的实例，如表1所示，通过实例引入可以降低理解难度，激发学习兴趣。

　　以计算思维为导向的教学方法将传统的注入式教学转变为启发式教学，通过情景引入和设置问题，不仅提高学生的学习的兴趣，而且有助于培养学生的创造思维能力和知识迁移能力[7]。

　　2.2 以计算思维为导向的实验课教学改革

　　实验是教学的重要环节，可以加深学生对知识的理解，还可以提高学生解决实际问题的能力[8]。传统实验课时安排较少，且实验内容主要是以验证基本概念和原理为主，以提高学生创新能力和实践能力为目的的设计性实验较少。以计算思维为导向的实验课教学，需要增加实验课时，并且实验内容以设计性实验为主，具体如下：

　　（1）验证性实验设置12学时。此类实验由学生独立完成，安排在相应的理论课程之后，使学生加深对相关知识的理解。此外，此类实验也是设计性实验的基础。

　　（2）设计性实验设置24学时。此类实验要求3～4人合作完成，安排在学期中，要求学生在学习中不断对实验进行补充和完善。待完成理论课学习后，通过答辩的形式对学生实验情况进行考查。例如让学生设计一个小型操作系统，让自己解决设计中遇到的问题，提高学生发现问题、解决问题的创造性思维能力。

　　2.3 以计算思维为导向的考核机制

　　传统对学生学习效果的考核主要依靠期末考试，忽视了对学生综合素质的考核。以计算思维为导向的考核方案如表2所示，将课堂讨论和实验课作为考核的一部分。

　　将课堂讨论表现纳入考核，可以激发学生课堂学习积极性。实验课分为验证性实验和设计性实验，后者更能体现出学生的创造思维。设计性实验是以小组为单位，根据每个人实验完成情况评定成绩。

　　以计算思维为导向的考核注重学习过程和创新能力的培养，促进学生全面发展。

　　2.4 课程改革实践效果

　　笔者对计算数学专业11级和12级分别采用传统教学模式和以计算思维为导向的教学模式进行教学，两个班级出勤率、课堂学习积极性和考试情况比较如表3所示。实践表明，以计算思维为导向的教学模式显著提高学生学习的积极性，提高了学生的学习成绩。

　　3 结语

　　本文在分析计算思维和操作系统课程契合点的基础上，将计算思维引入操作系统课程教学中。实践表明，以计算思维为导向的教学模式有利于激发学生学习兴趣，培养学生的计算思维能力，提高教学效果。

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