1. 课程建设目标

计算机操作系统软件是每台计算机上必须安装的系统软件,操作系统课程是计算机科学与工程、信息科学与工程等专业的一门必修的专业技术基础课,2009年将成为全国计算机科学与技术专业硕士研究生统一入学考试专业科目,也是很多其它院校博士入学考试科目。因此,操作系统既是理论性很强又是与实际应用紧密相关的一门专业基础课程。

社会的变革、知识经济的诞生、信息与通讯的技术革命给高等教育带来了不断的环境变化和需求变化,计算机科学与技术在这场革命中处于核心地位。国内几乎所有的高等学校都建立了计算机科学与技术类的院或系,到2005年全国共有771个专业点,学生人数44万多,成为规模最大的专业之一。一方面,计算机走下“神坛”,成为大众工具,毕业生由就业市场的“抢手货”演变为“大路货”,有大批计算机专业的毕业生要求就业;另一方面,信息化技术发展迅猛,知识更新快,对人才要求标准提高,需求变化的频率加大,工作岗位又找不到合适的和急需的人才。出现如此的现象,主要原因是毕业生的知识结构和实践能力与用人单位要求存在较大差距。传统的计算机专业学生的培养模式面临着新的考验。

面向不断变化的办学环境、条件、方向以及国家信息化建设对高素质人才的需求状况,制定了如下操作系统课程建设目标:

  (1)将培养厚基础、强能力、高素质的学生作为操作系统课程建设宗旨;

  (2)以国家精品课程的标准为目标,建设能反映现代教育思想、具有先进性和科学性的内容体系,早日出版具有自己鲜明特色的教材;

  (3)以先进的教育理念为指导,争取早日申报成功国家精品课程。

4)构建能够改善学生知识结构、提高创新能力和综合素质的课程内容体系;

5)建设一支持续稳定的具有丰富内涵的高素质师资队伍;

6)构建具有教学、学习、管理、交流等复合功能的网络化、立体化和功能化的教学辅助系统CAI(Computer Aided Instruction )和自主学习环境;

(7)构建能够对学生产生“学习、模仿、改进和创新”的作用,达到“能用、会用、好用”的效果课程设计指导书; 

2. 课程建设内容和进展情况

在课程建设中指导思想是:学生为本、内容为主、形式为辅;坚持创新、点滴积累、持之以恒。

教学过程实施“一先四优”策略,即“以先进的思想培养学生、以优选的内容吸引学生、以优秀的教师服务学生、以优质的实践锻炼学生、以优势的手段辅助学生”。最终的目的是使学生“愿学、会学、学会、会用”。

2.1 实施“学研产互动机制”引入“柔性教育思想”,以先进的思想培养学生

(1)实施“学研产互动”的人才培养机制。发挥本教学团队职称高、学历高、科研背景浓厚的优势,将操作系统的课程建设纳入了“学研产互动培养机制”建设中。将科研成果转化为优质的教学资源,充实和更新教学内容;以科研强化教师队伍,培养高素质教师;与企业合作建设实践平台,强化实践环节。通过实施“学研产互动机制”, 引导学生开展研究型学习,为学生参加科研创造条件,精心准备实际案例和实际教学系统,使学生受到实际需求的感染,激发学生的学习兴趣和创新欲望。学生通过课程学习,参加科研活动和经历生产实践过程中获得知识、提高能力和素质,使课程建设向培养“厚基础、强能力、高素质”学生的目标靠近,课堂教学效果显著提高。

经过长达5年的努力,“计算机信息技术类高素质人才学研产互动培养机制的研究与实践”于2008年获得河北省教学成果一等奖.(08041003),申利民教授指导的学生谭悦获“国家大学生创新性实验计划”项目的1万元人民币的资助,2008年与英特尔公司联合创建了“燕山大学-英特尔多核技术实验室”自2007年开始东软集团在燕山大学计算机专业招收定制培养计算机专业毕业生。

由计算机专业骨干教师领办燕山大学国家大学科技园软件中心的,已发展成为集大型应用软件开发、自主版权软件销售、软件顾问咨询及实施服务于一体的高新技术企业,是河北省软件技术发展和软件产品研发基地。软件中心不仅为地方经济发展和信息化建设做出了突出贡献,也为学生提供了实习、实训基地,为教学提供了多种教学内容和案例

由计算机专业骨干教师领办燕山大学国家大学科技园软件中心的,已发展成为集大型应用软件开发、自主版权软件销售、软件顾问咨询及实施服务于一体的高新技术企业,是河北省软件技术发展和软件产品研发基地。软件中心不仅为地方经济发展和信息化建设做出了突出贡献,也为学生提供了实习、实训基地,为教学提供了多种教学内容和案例。。

(2)引入“柔性教育思想”。柔性教育思想有三层涵义:第一,教学管理具有柔性,使教学管理的职能和手段有助于创新型人才培养;第二,培养的过程具有柔性,能以较低的代价对培养过程的各个环节进行调整,满足社会需求和创新人才的培养目标;第三,培养的学生具有柔性,在学生身上注入柔性的“基因”,授之以渔,具备创新型人才的知识结构、能力、意识和人格,更容易适应社会需求的变化。 

已经完成的主要工作有:

柔性教学的概念和本质研究;

将课程柔点按资源层、学生层、教师层和管理层划分,给出每个层次柔点的特征和识别方法,分析每个柔点变化的时间和空间范围及和变化的方式;

课程柔点划分为:潜在柔点、可用柔点、已用柔点和当前柔点。

已经实施的项目:

(1) 基于柔性的思想,进行了“强内核,柔外壳”的课程内容建设。将操作系统课程内容划分为必须掌握的核心内容和覆盖丰富、可以根据需要裁减和插入外壳内容,核心内容课堂重点讲授,部分外壳内容可以借助自主学习环境完成。

(2) 多教师同一时间授课,为学生提供选择教师的条件;

(3) 多教师交叉授课,一门课由多个老师承担,每个老师讲授最善长的部分;

(4) 提炼总结可以并行授课的内容,为多教师交叉授课提供条件;

(5) 自主学习环境建设;

(6) 尝试了多教师交叉、案例式、探究式、实验式、讨论式、协同式授课方式,无意识和无障碍双语教学等多种教学方式。

(1)(2)(6)项已经从2005年开始在教学中实施,(3)(4)(5)项已经在2008年在计算机专业和计算机安全专业的操作系统的教学中实施。

通过柔性教学思想的实施,引导学生从被动接受到主动探索,激发学生的学习兴趣和欲望。申报成功河北省教育研究“十一五”重点资助课题 “基于柔点的计算机科学与技术专业柔性教学模式研究”(06020497),申报成功秦皇岛市科学技术研究与发展计划课题“基于Web的柔性化教学管理系统的研究与实践”,在《计算机教育》上发表了“基于柔性的教学管理模式的研究与实践”的论文。

2.2 研产互动构建面向多核处理器的课程体系,以优先的课程充实学生

针对多核处理器的出现引起了相关计算机技术以及计算机软、硬件企业对人才需求的变化,而目前国内教材中还没有系统地融入多核处理器方面的内容的问题,精心选取了与多核处理器技术紧密相关的操作系统、编译原理、并行与分布式计算课程组成课程模块,利用强内核,柔外壳”的课程框架在操作系统课程中删减了单线程、单进程管理部分,增加了面向多核处理器的多线程处理器调度、输入输出管理、存储管理与文件系统以及函数库的运行优化等内容。将多核处理器技术内容系统地引入到课程内容中,并通过软件虚拟技术搭建了实验平台,与英特尔公司联合创建“燕山大学-英特尔多核技术实验室”, 系统地构建了“相互促进、资源共享、协同演化”的课程体系。至今已经培养了五届学生,达800余人,部分教学改革成果在东北大学秦皇岛分校、大庆石油学院、河北科技师范学院等兄弟院校得到应用和推广。“面向多核处理器的课程模块研究与实践”,获2008燕山大学教学成果一等奖,2009河北省教学成果奖三等奖。

2.3 加强课程的内容建设以优选的内容吸引学生

针对操作系统既是理论性很强又是实际应用紧密相关的一门专业基础课程的特点,采用“强内核,柔外壳”策略,宏观加强学生操作系统在计算机系统作用的理解,微观加强学生操作系统运行机制的理解的思想,对教学内容体系进行整体设计,制定与学研产互动培养机制相适应内容体系和教学计划。主要工作如下:

(1)建设“强内核,柔外壳”的课程内容由相对稳定的方法和基本原理的内容构成课程的“强内核”内容,是必须掌握的内容,体现了厚基础的内涵;由可扩展、可演化和可拔插的内容构成课程的“柔外壳”。其目的是利用课程设置、教学内容和教学过程的有效调整机制,从知识结构方面满足创新型人才培养的要求和技术发展的需要,实现“厚基础、强能力、高素质”人才培养目标。“强内核”内容确定为:操作系统在计算机系统作用、多道程序系统、处理机管理、存储器管理;大外壳包含的是在微内核上附加的内容,覆盖丰富,可以根据需要裁减、插入和剔除,大外壳内容确定为:设备管理、文件系统、网络操作系统、Unix, Windows NT、Linux、多核处理器管理。               

(2)更新教学内容。2005年、2008年修改了教学大纲、课程进度表,增加了Windows NT、Linux教学内容,突出综合性实践环节,增设了1周的“操作系统”课程设计,目的是对学生进行综合程度较高的、系统级的专业培养和训练,培养学生的理论知识综合运用能力、团队沟通协作能力、独立思考和解决问题能力、科技文档写作能力等,并将课程设计任务提前到课程进展的中旬部署,使学生提前做好技术和编程语言的准备。2006、2008年完成。

(3)编写出版了《操作系统常见题解析及模拟题》该书是主讲教师申利民教授根据多年计算机操作系统教学和科研实践的经验及体会,对经典的操作系统理论和概念进行了系统的归纳总结,同时反映操作系统新的方法和技术,包含基本要点阐述、难点分析、常见问题的解析,提供大量的单选题、多选题、判断正误题、简答题和解答题及其答案,包括多套模拟试题的体验。该书丰富的内容帮助了学生对基本概念和原理的理解,提高学生分析问题和解决问题的能力,使学生在有限的时间内熟练掌握本课程教学大纲的基本要求,作为操作系统课的主要参考书,满足了教学、辅导、自学多层次的需要,深受师生的好评。此书第1版已经脱销,正在计划出版第2版。

(4)引入无意识和无障碍双语教学。没有刻意申请和追求双语教学,而是自然地在教学过程使用专业英语,而不使英语成为学生理解课程内容的障碍,而是让学生体会和认识到英语在操作系统环境中的含义和应用。为此,选择了高教出版社引进的优秀英文教材《Applied Operating System Concept》作为辅助教材,在上课和考试中适当地应用专业英语。

2.4  建设自主学习环境和CAI系统以优势的手段辅助学生

学生自主学习能力的培养与开发是培养具有创新能力的工程技术人才的重要环节,提供自主学习的环境是课堂教学的重要补充,是培养厚基础、强能力、高素质的学生和开展柔性教学的条件。

教学团队有意识将教学资源进行整合,开发了CAI系统,构成了激发学生热情的自主学习环境。主要内容包括:

(1)《操作系统常见题解析及模拟题》,为学生提供自学辅导。

(2)《操作系统课程设计指导书》,为学生和教师提供课程设计的全面指导。

(3) 开发设计了智能组卷系统,首先在操作系统课程上进行了试用,并推广到计算机文化基础课考试中,2008年获河北省教学成果二等奖。

(4) 将以上的内容融合起来,在燕山大学课程建设项目的支持下,设计开发了“操作系统精品课程教学辅助平台”,该平台集学习、辅导、答疑、在线讨论、答疑教室、自测系统、提交及修改作业于一体,全面地综合了各种教学手段,不仅可以辅助教学,而且可以作为独立的自学工具。已于2006年投入教学使用,运行效果良好,获得国家软件著作登记权,教育部第六届全国多媒体教育软件大赛优秀奖。

网地址为:http://202.206.245.23/..

2.5 构筑优势实践教学平台以优质的实践锻炼学生

(1)调整课程设计题目,建设优质的实践内容。在河北省教学改革项目和燕山大学课程与教材建设项目的资助下,总结多年指导实验的经验及体会,针对学校实验经费紧张等实际情况,利用计算机实验室的局域网,用软件虚拟技术搭建了基于Windows的“并行计算实验平台”。编写了《操作系统课程设计指导书》,操作系统课程设计增设面向多核处理器的调度与中断、多线程输入输出系统管理等题目。

(2)编写了特色鲜明的操作系统课程设计指导书。在燕山大学课程与教材建设项目的资助下,总结了多年参加课程设计的经验及体会,设计和编写了操作系统课程设计指导书。指导书包括设计目的、任务、开发环境、技术、工具和工期、基本功能要求、运行要求、评分和验收标准、设计的基本步骤、设计说明书内容要求、用户使用说明书、参考文献、技术指导、实例、技术问题等内容,共计3万字,能满足老师和多层次的、不同能力的学生的需要,能够在课程设计中体现对学生“学习、模仿、改进和创新”的指导作用,具有“题目具体、要求明确、指导到位、问题预测、验收严格”的特点,达到了“能用,会用、好用”的效果。

(3)创建“燕山大学-英特尔多核技术实验室”。在加强自身建设的同时,积极寻求企业合作。英特尔公司是著名的处理器厂商,技术全球领先,产量居世界首位。2006年,英特尔公司在全球范围内推出“多核技术”大学计划,在中国,英特尔公司率先同清华大学、北京大学合作实施该计划。经清华大学推荐,英特尔公司对我们课程模块及实验环境进行了严格评审,燕山大学获准参加英特尔“多核技术课程”大学计划,创建了“燕山大学-英特尔多核技术实验室”,英特尔公司向燕山大学捐赠了价值16180美元的设备以及软件和技术资料,学生连续两年在多核技术实验室进行操作系统课程设计和实践学习。

2.6 建设高素质教学团队,以优秀的教师服务学生

通过各种活动有计划、有目的培养教师,提高教师的教学和科研水平,已经建成由博士生导师、教授、副教授、实验师等组成的合理的教学和研究团队。

1)将提高知识层次、科研能力和学术水平作为师教学团队建设的锲入点,鼓励教师在职攻读博士学位,使教师具有自己的事业、成就、学术、技术和工程背景,教师本身成为吸引学生的材料,取得了突出的效果。近5年,教学团队的教授人数由1名,增加到6名,教师职攻读博士学位,拥有博士学位教师有1名增加到6人,有三名教师成为博士生导师,申利民教授2009年评为燕山大学教学名师。教学团队获得教研成果和项目12项,省部及以上科研成果和项目15项。

2)争取教师参加学术会议和出国开展教学和科研交流,教学团队中有申利民教授和任家东教授作为访问学者赴美国、瑞士进行教学和学术合作和交流,张付志教授将赴英国进行教学和学术合作和交流。

3)目前教学团队中,具有博士学位教师占 75%,具有高级职称的教师占100%,具有教授职称的教师占75%,博士生导师占38%,是一支稳定的具有丰富内涵的高素质师资队伍。

3. 三年内全程授课录像上网时间表

目前,《操作系统》授课视频已经60%拍摄完成,并已经应用到网络教学中。计划在2010年底之前,完成全部授课视频,将已经拍摄的授课视频按照知识点和教学目标进行分解,实现学生可以根据知识点和教学目标自由点播。对重点和难度问题重新进行多机位、多角度、分层拍摄。对课程设计、教学研讨和学术讲座等视频制作完成,2010年底力争全部上网