浅谈基于操作系统计算机系统能力培养范文

摘要：本文按照计算机系统能力培养的要求，提出了基于操作系统的层次系统能力目标，目标以并发与共享为中心，以此为基础，提出与该系统能力层次相适应的课程体系，结合当前工程教育融合创新要求，提出了一系列基于本课程体系的创新措施。

关键词：工程教育；融合创新；操作系统；计算机系统能力培养

一、基于操作系统的计算机系统能力层次

计算机系统能力从提出到目前，经历了复旦共识、天大行动到北京指南，各方的专家学者已经给出很多定义。第四届高等院校计算机类专业系统能力培养高峰论坛上，国防科技大学王志英教授，将计算机系统划分为三个层次——计算机基础系统，计算机领域系统以及计算机应用系统[1]。操作系统属于系统软件，构造、分析与维护操作系统，是一种计算机的系统能力。各大语言及其工具，都提供了很多与底层系统方面的接口供开发设计人员使用。结合多年来的实践，从操作系统来讲，我们把与之相关的计算机系统能力分为三个类别层级。第一层次是应用软件中的计算机系统能力：能解决应用软件开发设计所涉及到的同步、互斥、进程、线程以及效率等问题；第二层次是维护系统能力：能利用操作系统提供的基础设置完成系统模块选取，部署软件，监控资源，控制管理运行，配置等工作；第三层次是构造、分析设计系统能力：能在掌握理解操作系统的理念，架构，方法，理论，模块，数据结构等基础上，分析设计操作系统内部结构，解释有关现象，甚至按要求修改内部结构，实现有关功能。操作系统课程是我校计算机类专业的核心课程之一，多年来，完成了基于资源管理的操作系统关键概念等多项研究课题，也结合操作系统课程开展了大学生创新创业项目活动。结合多年来与企业合作开展软件开发设计的实践，明确了开展基于操作系统的计算机系统能力培养研究，对于工程教育在计算机科学专业中落地开花具有重要价值。

二、基于操作系统系统能力培养课程体系

为了达成操作系统各个层次系统能力的培养，需要建构新的课程体系。在该体系中，各课程内容紧密结合各层次要求。通过对这些课程内容的掌握，具备系统能力的基本要求。开设的课程见表1。另外，工程教育的精髓就是“融合与创新”[2]，因此在课程安排、内容选取以及教育方法与手段上，也要革新，不仅需要选取经典传统的课程模块，更要体现各个课程之间的有机联系，打通“关节点”，真正让操作系统成为一个完整的系统，而不是停留在支离破碎的模块上。上表1中列出了五门操作系统课程，在教学内容上，涉及到应用层次软件设计与开发，也有底层硬件抽象层次上的系统软件分析、设计与实现，这不仅是工程教育融合的本质体现，也是操作系统课程的本质要求。这是因为，操作系统本身处于软硬系统之间，面向应用，面对用户，传递管理与控制到底层，这就需要全方位、多层次、全视角来学习操作系统。在课程安排上，操作系统原理课程可以与Linux内核分析结合。

三、基于“融合创新”的计算机系统能力培养保证措施

“融合创新”是工程教育的核心灵魂，也是当今教育界讨论的关键话题之一。结合操作系统课程群实际情况，可以采取以下措施：1.参加创新创业等竞赛，提高学习积极性。近年来，国家为了创新工程建设，在高等学校中开展了创新创业项目实践活动，获得批复的项目分为部级、省级等层次，并按层次拨付一定的费用。我们基于操作系统课程，组织学生申报了《一种基于资源方的分布式互斥机制设计与实现》（2014）等多项部级省级创新创业项目。另外，也组织学生参加了学校的挑战杯竞赛，《轻量级操作系统原型设计》获得学校第8届（2012年）挑战杯三等奖。今年，再次组织学生以《64位的批处理操作系统原型设计》项目参加学校挑战杯比赛。通过这些活动的开展，让学生们感觉到了本课程学习的知识是有用处的，而不是仅仅停留在理论学习的架子上，也吸引了学生对课程的注意力，有效提高了学习兴趣。最关键的是，通过项目的具体实施与展开，让同学们明白了课本知识来源于实践，同时又指导实践的精髓。正如学生所述，通过参加这些项目，“让我对计算机系统的理解更加深刻了100倍！”2.加强实践教学环节，强化课程考核方式，突出融合与创新要求。课程的考核方式一般就是期末笔试，这显然与融合创新有点格格不入。在课程考核方面，强化了过程记录与考核，如实验检查与批改作业关注“异样”结果，在上课前，重点分析一下这些不一样的地方，既肯定正确的方法，也指出错误之处，打破僵化，开拓思维。另外，提高了平时记录对课程最终成绩的影响因子。同时，课外也不定时的布置一些附加任务，如撰写同步与互斥问题总结，对于能够按时高质量完成任务的同学，适当增加平时记录并获得相应的平时成绩分项。3.强化学习交流，开展主动型学习。教学过程中，强调自学的重要性，分发一些资料或布置一些额外作业，要求学生利用课外时间完成，并通过课程班级QQ群与学生交流。交流过程中，注重提供方法，指明方向，而不是仅仅给出答案。

四、总结

本文结合我们在从事操作系统的教学经验，结合当前工程教育的热点，从本课程的角度，提出了操作系统课程为基础的系统能力层次及其达成的课程体系内容。该课程体系以一个原型操作系统为基础，与其他课程融会贯通，致力于培养计算机系统能力。最后，文中也提出了开展“融合创新”的一些具体措施。致谢：本文受到安徽省教育研究项目《面向工程创新的计算机网络类专业人才系统能力培养模式研究》（编号：RE17100022）以及安徽工业大学教育研究项目《工程教育背景下大学生计算机操作系统能力培养研究》（编号：RE17200024）资助，在此感谢！

参考文献：

[1]王志英.新工科建设中的系统能力培养项目(ppt),第四届高等院校计算机类专业系统能力培养高峰论坛[Z].2018,05-12.

[2]李茂国,朱正伟.工程教育范式:从回归工程走向融合创新[J].中国高教研究,2017,(06).

作者：郭玉华 郑啸 单位：安徽工业大学计算机科学与技术学院