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摘要：操作系統是計算機及許多相關專業的專業基礎課。以適應新興工業市場為目標，對操作系統的教學內容、教學方法、實踐教學和學科發展等方面提出改進措施，探索適應地方經濟發展需求的教學模式。

關鍵詞：新工科；操作系統；課程改革；教學模式；地方高校

0引言

目前，我國工業在經過幾十年傳統工業的發展之后，重點正在向新興產業靠攏，要想使新興產業迅速發展起來，就必須有足夠的人才作為支撐。但是目前各個新興工業都存在著人才不足的情況，教育部門為社會輸送的人才無論從數量上還是從知識結構上來說，都無法滿足新興工業發展的需求。為此2017年2月教育部《關于開展新工科研究與實踐的通知》，標志教育部在各高校開展“新工科研究與實踐”項目，推動工程教育的改革。這是教育部針對當前以新技術、新業態、新產業為特點的新經濟蓬勃發展形勢下，為高校培養具備更高創新能力和跨界整合能力的新型工程技術人才做出的變革［1］。長期以來，我國高校的工程教育目標不明確，定位不清晰，所有院校按照自己的想法進行人才培養，工程教育與企業需求不匹配，不能很好地滿足經濟發展的需要，使工科學生存在綜合素質與知識結構方面的缺陷［2］。“新工科”的提出將解決這個矛盾。按照教育部的規劃，從人才培養方式和培養目標上進行劃分，全國高校被分為工科優勢高校、綜合性高校和地方高校，分別為社會輸送不同類型的工程人才。蘭州理工大學是地處西部的地方高校，發展重點應該落在“區域”上，學校定位是“深化產教融合、校企合作、協同育人，推動傳統工科專業改造升級”［3］。高校的人才培養最后都要落實在專業課程教學質量提升的基礎上。操作系統是計算機專業的專業基礎課，同時還是許多計算機相關專業的主干課程，是一門概念抽象，理論性強，實踐要求高的專業課程。在“新工科”背景下，從蘭州理工大學實際出發，探討當前操作系統課程存在的問題及多方面的改革方法。

1“新工科”背景下操作系統課程存在的問題

1．1學生對操作系統課程認識不足

操作系統課程主要講述計算機各個部分的功能及原理，學習計算機如何利用硬件和軟件資源協同工作。所以該課程不僅有與硬件相關的理論知識，又需要進行軟件方面的實踐，是一門包含軟硬件知識的綜合性課程。該校操作系統課程開設在大三的上學期，之前學生已經學習過C語言程序設計、計算機組成原理和數據結構課程。與C語言程序設計和數據結構這類純軟件課程不同，操作系統原理在編程過程中的作用是管理內存、組織線程、調配資源，尤其是在大型程序設計過程中發揮重要作用。作為剛剛接觸編程的大三學生正在從簡單程序入手學習編程，很難接觸到大型軟件項目，所以體會不到操作系統在編程中的作用，學生也由此產生“操作系統課程對我們編程沒有什么幫助”的想法，認為操作系統課程不重要。實際上，操作系統在工程實踐中提供了底層軟件對硬件操作的基礎知識，操作系統課程為大學后續各種課程打下基礎，在整個計算機課程體系中起著承上啟下的作用［4］。

1．2教師對操作系統課程定位偏差

由于教育部沒有對高校課程的教學大綱做統一規定，所以在“新工科”項目出來之前，所有高校的專業課程教學內容都是有各個學校自行制定。操作系統作為一門計算機的專業基礎課，在計算機專業課程群中的重要性毋庸置疑，上課時教師總是希望學生能把操作系統課程學好學深，為學生工作打下良好的基礎。在教學過程中，很多教師的教育理念是學習要系統、覆蓋要全面、理論要深入，基本操作系統的每個知識點都要講到，每個理論都要深入探討，這種教學方式使學生在每一節課上學習的內容非常飽滿又難以消化，容易導致學生產生厭學情緒。

2“新工科”背景下操作系統課程的改革

2．1以需求為導向，選擇教學內容

“新工科”建設明確高校的教學活動是以市場需求為導向，培養適應新興工業需要的各個層次的工程人才。該校屬于地方型本科高校，計算機專業的學生畢業后主要從事軟件開發、測試和運維等工作，要求學生對復雜的計算機問題具有良好的分析、抽象、設計能力。目前各個高校使用的操作系統教材內容涵蓋的知識點很多，從緒論開始介紹操作系統發展和分類，然后是進程管理、CPU管理、存儲器管理、設備管理、文件系統、網絡操作系統、分布式操作系統、Linux／Unix操作系統等，教材的厚度一般在500頁左右，讓學生一個學期掌握所有這些內容，對學生來說是比較困難的。從學生實際情況看，學習操作系統課程的目的不是編寫一個操作系統程序，而是掌握操作系統原理，學會將操作系統原理應用到編程中，以提高程序效率。所以以此目的為原則，對操作系統課程的內容進行適當篩選。由于當前學生畢業后的工作以網站、安卓／ios和前端開發為主，因此可以刪除課本中網絡操作系統和分布式操作系統的內容，而學生后續還會開設《Linux與嵌入式操作系統》課程，所以Linux／Unix操作系統部分內容也全部刪除。這樣給其他的課程內容騰出很多學時，像內存分配、程序并發、進程通信等概念，是在工程實踐中經常遇到的問題，需要學生熟練掌握，教師可以有時間對這些知識點進行詳細講解。

2．2以知識為載體，豐富教學手段

高校要徹底擺脫面向課程的教育，真正走向面向產出的教育，就要將知識作為載體，向學生傳授解決計算機類復雜工程問題的思想、方法和專業技能［5］。傳統的教學方式都是圍繞著教師進行的，上課教師在講臺講課，學生坐在下面聽課；課后教師布置作業，學生做作業；然后教師批改作業，學生就掌握了作業中的內容，學生學習到的是操作系統的知識，而忽略了培養使用操作系統解決問題的思想。“新工科”建設是培養具有具有創新意識，能夠解決復雜問題的工程人才，教育的重點在理論與工程的結合上，需要采用豐富的教學方式，側重學生各層次能力的培養［6］。（1）“翻轉課堂”教學法。翻轉課堂是斯坦福大學提出的教學方法，就是將先學習知識再培養能力的過程變為先鍛煉能力再學習知識。學生先在課下自己完成知識的學習，而課堂是教師進行答疑解惑的場所。操作系統是計算機的基礎軟件，所有學生在沒有學習計算機課程之前都接觸過操作系統，或多或少會使用操作系統，而且已經開設的操作系統的微課，提供了操作系統中各個知識點的教學視頻，使操作系統課程非常適合于應用翻轉課堂教學法。在教學過程中，根據翻轉課堂教學方式的特點，選擇學生熟悉、易于理解的內容讓學生先自行學習。例如文件系統是操作系統中對文件進行組織和管理的部分，對文件操作也是學生在未學習操作系統前最熟悉的內容，所以這部分可以采用翻轉教學。首先教師給出學生自學時必須學習的知識點“文件的邏輯結構”、“文件控制塊”、“樹型目錄結構”、“共享方法”、“訪問矩陣”等，學生自學后在課堂上由教師進行答疑，加深學生對這些知識點的認識。最后是教師與學生的互動，教師可以提出一些問題讓學生思考，如“文件目錄管理的優點是什么”，“文件共享方式各有什么缺點”，“對文件系統的安全的看法”，這些問題有助于培養學生用操作系統思想去思考問題的能力。（2）模擬學習法。操作系統中有很多是對計算機處理過程的描述，這些部分內容瑣碎，過程復雜，描述繁復，學生即使死記硬背記住概念，但也不會應用到實際中。讓學生模擬這些處理過程，甚至去親身演示模擬這個過程，有助于學生對知識的理解。例如信號量是進程同步中的重要概念，利用信號量實現進程同步有許多經典算法，例如生產者－消費者問題、讀者－寫者問題、哲學家問題，這些也是學生在學習中的難點。在教學中將學生分成若干組，在教室中找一塊區域當作臨界區，這些學生分別代表計算機資源和進程，另一個學生在黑板記錄變換過程中信號量的值，他們共同演示使用這些算法進行進程同步時資源、進程及信號量的變化過程。學生在這種像“小品”一樣的模擬過程中即感受到了學習的快樂，又加深了對這些知識點的理解，取得了非常好的效果。

2．3以工程為基礎，加強實踐環節

在“新工科”建設中，更加重視學生工程能力的培養，需要學生在不同背景下，綜合多個學科，分析多方面的因素，甚至包括人文、經濟、法律等非工科因素，以解決復雜的工程問題，這種能力的培養僅靠課堂聽課是很難達到的。學習操作系統課程既需要有計算機的硬件知識，又要有程序設計基礎，操作系統在計算機工程問題中是承接計算機軟硬件的橋梁，因此在教學過程中應該更加注重實踐教學環節。操作系統的實踐環節主要分為兩類，一類是驗證型，一類是綜合型。驗證型實驗是模擬操作系統工作過程或工作原理，通過實驗把概念及原理演示出來，例如進程的創建與撤銷、處理機調度算法、內存分配算法、頁面置換算法和磁盤調度算法等，實驗的目的是理解這些抽象的理論。由于教學內容中刪除了部分內容，留出較多課時，所以這些實驗大多可以在課堂上通過該校新使用的操作系統實驗平臺完成，以幫助學生加深對當天課程內容的理解。對于學習較好的同學，還鼓勵他們課后在該實驗平臺上繼續深究算法，完善功能。第二類綜合型實驗目的不僅是使學生學會操作系統中的原理，還應培養學生從操作系統的角度思考問題，提高解決計算機工程問題的能力。操作系統中的資源管理、程序并發執行、進程通信、系統中斷都是計算機工程實踐中的關鍵點，它們與具體程序設計語言無關，與要解決題目的抽象本身有關，在解決工程問題時應該何時何地使用操作系統概念，以及怎樣使用操作系統概念都需要學生通過實踐的訓練獲得。

2．4以科技為中心，關注學科發展

“新工科”人才應該是“新”的，也就是要立足現在，面向未來，關注學科前沿，抓住產業發展趨勢，具有對新知識、新科技、新技術的敏銳洞察力。但是計算機科技日新月異，教材中的內容很難跟上學科發展的腳步，所以在學習課本知識的同時要引導學生學會利用各種媒介資源去獲取所需的最新信息。為此在操作系統的第一次課上給學生布置一個作業，要求學生用一個學期的時間從各種渠道收集操作系統有關的最新信息，完成一份學科前沿報告，并將成績計入到平時成績。通過這樣的作業，讓學生學提升學習興趣，拓寬視野，養成關注學科前沿的習慣。

3結束語

“新工科”的提出說明我國經濟在由傳統工業向新興工業轉型過程中，教育部門培養的人才無法滿足市場需求。高校應該及時對這種需求做出反應，以市場為目標，以科技為基礎，轉變傳統觀念，在教學活動中盡可能地向市場靠攏，培養市場需要的具有專業素養和工程能力的人才。而要實現這個目標，必須從高校的教學改革入手，尤其是學科專業課的改革，使之適應產業發展是人才培養的關鍵。計算機行業是我國新興工業的主力軍，也是其他新興工業發展的推動力，作為計算機專業基礎課，操作系統課程的教學即要重視理論基礎，又要加強實踐訓練，同時培養學生的自學能力和創新意識，為學生今后走向工作崗位打下堅實基礎。

參考文獻：

［1］李艷．半路殺出個“新工科”瞬間就“火”了［N］．科技日報，2017－04－10（008）．

［2］王慶環．“新工科”新在哪兒［N］．光明日報，2017－04－03（005）．

［3］教育部高等教育司．關于開展新工科研究與實踐的通知［Z］．教高司函（2017）6號．

［4］周崇松，劉卉，何貴，等．新工科背景下《計算機在專業中的應用》課程教學改革實踐［J］．山東化工，2017，46（16）：180，187．

［5］蔣宗禮．新工科建設背景下的計算機類專業改革［J］．中國大學教學，2017（8）：34－39．

［6］傅雷揚，饒元．新工科背景下軟件課程教學模式研究———以安徽農業大學為例［J］．重慶科技學院學報：社會科學版，2017（10）：116－117，128

作者:劉嘉 單位:蘭州理工大學