基于案例驱动的研究性教学

摘要：针对传统操作系统课程教学中出现的问题，提出基于案例驱动的教学方式，并将研究性教学模式应用在该课程的教学中。此种教学模式弥补了传统教学的不足，培养学生的创新精神和综合实践活动能力，开阔学生的思路，提高学生的自主学习能力，从而达到提高教育教学效果，增强学生综合素质的目的。

关键词：案例驱动；研究性教学；操作系统

操作系统是计算机系统硬件平台上的第一层系统软件，同时也是计算机专业和其他信息类专业的主干课程。因此，该课程无论在教学、科学研究和项目开发中都处于非常重要的地位[1]。同时，操作系统又是一门“抽象有余、形象不足”的理论课[2]，基于传统的教学方法，学生的学习存在一定的难度和挑战性，具体表现如下。

1) 内容抽象。学生无法通过上机直观地了解操作系统，只能凭借一定的模型做一些模拟实验，增加了理解本课程的难度。

2) 发展迅速。计算机相关课程的内容更新换代超过用户的想象，操作系统的更新处于其他软件更新的前沿[3]。

3) 缺少对应的课程设计。该课程在许多高校的实验学时少，缺少针对性，理论和实验之间的衔接不够，不利于培养学生的创新能力，学生没有机会亲自动手剖析一个具体的操作系统实例[4]。

4) 教学方法简单。传统的教学方法主要是教师集中式地灌输讲授内容。教师在启发式、讨论式教学方面做得不够，没有很好地与学生进行教与学的互动。

为了能够让学生扎实地掌握操作系统的原理、技术和实现方法，真正理解计算机操作系统，提高开发系统软件和大型应用软件的和能力，提高综合能力，教师不仅要注意调动学生的学习积极性，而且要注意采取相应的教学和实践方法。如何在有限的教学时间内将基本知识传授给学生，使学生理解这门课程的重要性且产生兴趣，是任课教师需要认真考虑的问题。基于案例驱动的研究性教学模式为解决这一问题提供了有效的方法和手段。

1基于案例驱动的研究性教学

案例驱动是教师根据课堂教学目标和教学内容的需要，通过设置具体案例，引导学生参与分析、讨论、表达等活动，进而提高学生分析问题和解决问题能力的一种教学方式，其本质是理论与实践相结合的互动式教学[5]。与传统教学相比，案例驱动的教学方式显示出理论联系实际，促进学生重视社会实践的优越性。

所谓研究性教学，指的是学生在教师指导下，根据各自的兴趣、爱好和条件，选择不同的研究课题，独立自主地开展研究，从而培养创新精神和创造能力的一种学习方式[6-7]。这种学习方式的突出特征是坚持学生在学习过程中的自由选题、自主探究和自由创造，与以往学习方式相比，研究性教学更有利于培养学生的创新能力。

基于案例驱动的研究性教学模式将两者的优势有机地结合到一起，在操作系统的课程导入、教学过程及课程考核方式中都得到较好的体现，培养了学生的创新精神和综合实践活动能力，开阔了学生的思路，提高了学生的自主学习能力，从而达到提高教育教学效果，增加学生综合素质的目的。

2案例驱动的研究性教学模式在操作系统教学中的实践

作为任务驱动方式的案例教学，我们在具体实施的过程中，把教学知识点巧妙有机地隐含在案例中。通过教师施教，学生学习实验，自主学习，提高自身的学习和实际操作能力。这一教学模式的主要实施环节如下。

2.1 案例的讲解

教师通过对案例的讲解，说明其中涉及到的各个环节以及每个环节中涉及到的主要知识点，并对知识点进行系统讲解，使学生通过学习，对操作系统有初步的认识和了解。因此在讲解案例时，教师都分为“提出任务、方案解决、具体实现”三步走。

2.2 实践环节

教学初期，由教师为学生布置相应的实验任务，在时机成熟的情况下，教师也可以引导学生自己确立任务。教师可以根据课程的知识点，将布置的大任务分解为若干个小任务，每一项小任务涵盖一个或者若干个知识点。学生通过完成任务消化和理解知识点。

案例确定及任务分解的原则是让它与不同的知识点相对应。在讲授死锁这一章时，教师以Java语言为例，给出了一个死锁的案例，主体代码如下。

该程序的运行效果如图1所示。

通过展示这个貌似安全的小案例，教师可以引导学生发现其中存在的不安全因素，进而启发学生采用已经学习的银行家算法解决系统中可能出现的死锁问题。将学生分成若干研究小组，每个小组研究的死锁问题侧重点不尽相同，学生通过查找资料、互相讨论、请教教师等多种方法，最终制定解决方案，编程实现，最后形成总结报告提交。在解决问题的过程中，学生不仅学习到死锁这个知识点，还要综合回顾以前的学习进程、CPU调度等知识点。在整个学习过程中，学生的学习主动性大大提升，积极性也前所未有地高涨，教学效果明显提高。

3案例驱动的研究性教学模式的特点

3.1重视实践，培养动手能力，强化创新意识

由于操作系统课程具有抽象、枯燥的特点，因此，教师在教学中要强调实践训练。学生只有通过大量的操作系统实战训练，才能真正掌握操作系统的原理知识，逐步理解和掌握操作系统设计的思想和方法，解决实际问题。为此，针对传统的操作系统课程教学存在的弊端，特别是重理论轻实践的传统教学理念，教师应在改革中革新思想，将教学重点放在培养学生的动手能力上，教学模式也应从传授知识转为创新能力培养与教研结合，提高学生的学习兴趣。

3.2教学方法“以人为本”，激励个性化学习

围绕操作系统课程的教学目的，在教学内容和实施上，教师应坚持“以人为本”，考虑教学的多样性和灵活性，为学生提供选择的余地。采用的教学方法和手段也不拘形式，只要有利于教学目的，全部充分利用，以培养和提高学生的学习能力。

在教学过程中，教师应注重讨论式教学、启发式教学，强调个性化、开放化和理论联系实际，师生的交流从传统的课堂拓展到课堂+网络讨论+电子邮件+实验室+机房。

教师应鼓励学生根据自身水平和兴趣选择适合的学习方式、数量和难度，自主安排学习进程，在达到课程基本要求的前提下，使自己得到充分的发展和提高。

3.3结合实际案例分析Linux内核，培养学生的系统分析能力

在进行操作系统教学时，教师并不拘泥于操作系统原理的书本内容，而应紧紧结合Linux内核，将Linux作为实际案例进行分析，诠释操作系统原理中抽象的概念、算法、理论。教学应以Linux系统为基点，将操作系统的进程、调度、同步、虚拟存储、换页、文件系统、系统调用、设备驱动等分散、枯燥的知识点还原为一个整体。这不但加深了本科生对于操作系统原理的理解，而且使他们逐步熟悉Linux技术[8]。

在设计操作系统的实验上，教师充分利用Linux作为实验对象。实验从Linux的安装、Linux环境、系统调用、定时器、内核模块、进程调度、虚拟存储、文件系统，循序渐进到Linux驱动的编写和内核的改动[9]，使历届本科生受益匪浅。

3.4运用研究性教学模式，激发学生的创新意识

我们的操作系统实验并不局限于对Linux内核源代码的分析和理解，而是鼓励学生充分发挥想象能力和创新能力，在任何与操作系统相关的方面做出一些与众不同的东西。学生可以自由组合，或者对Linux内核的某个feature进行分析，或者开发嵌入式系统，或者开发操作系统模块，在学期末完成一个研究报告。此举使学生积极开拓自己的视野，深入了解操作系统技术，激发他们的创新欲望。

除了课程教学，课程主讲教师们鼓励、指导本科生积极参与和操作系统及其模块相关的研发项目。

3.5改革考核方式，建立多样性、体现能力的课程考核体系

本课程采用的考核方式多种多样，包括笔试(英文试卷)和Linux实验考核，并强调实验考核的重要性。最终的考核成绩综合了理论考试、大型主题实验和平时练习成绩。其中大型主题实验可以分组进行，以此检验学生的综合创新、实践能力以及团队合作能力。学生组队完成实验之后，按自愿原则，自己可以预约向其他同学作报告，介绍自己团队的成果。

3.6实施双语教学，培养具有国际竞争力的专业人才

我校操作系统课程采用“双语”教学，包括选用经典原版教材，上课使用英文版电子教案，作业及其解答由英文完成，笔试采用英文试卷和英文答题[10-11]。

我校目前采用的操作系统教材是Abraham Silberschatz、Peter Baer Galvin、Peter Galvin、Avi Silberschatz合编的《Applied Operating System Concepts》第7版。这本书在国际上是一本口碑极好的操作系统教材，对操作系统原理的剖析十分清晰[12-13]。我校自2004年开始使用此教材，历经3个版本。

3.7加强教学资源建设，创造良好的网络教学环境

网络化教学手段的应用为操作系统课程的教学改革提供了良好的支撑环境。我校的操作系统课程网站已经提供丰富的学习资源和学习功能，如在线Linux内核阅读、网上作业系统、BBS论坛、操作系统资源下载、操作系统典型算法演示等[14-15]。

4实践效果

为测试基于案例驱动的研究性教学模式的效果，我们将来自4个不同专业(计算机科学与技术、电子信息科学与技术、信息管理与信息系统、教育技术学)10班级的60名学生分成两组，一组(实践组)通过上述方法进行教学，一组(比较组)仍采用传统教学方法教学，课程内容相同。课程教学效果对比统计情况如表1所示，其中实践组优良率达到45%，不合格率为5%，比较组优良率为20%，不合格率为21%。同时，实践组的学生自动性强，善于思考，在实验过程中实现的方法比较多，雷同情况少；比较组则主要是被动接受，在实验中局限于以往成型的实例，雷同情况严重。很显然，实践组的学生思路更加开阔，主动性更强。

5结语

操作系统课程教学质量的好坏，对学生后续的专业课程学习有着重要影响。提高该课程的教学质量，需要教师不断深入探索。通过教学改革与实践，该课程的教学质量有了一定提高，取得了初步成效。为了适应操作系统的飞速发展趋势，笔者将继续探索新的教学方法，充实案例库，不断改进实验模式，建设新的评估指标体系，以利于创新性人才培养。

参考文献:

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[2]Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne. 操作系统概念(第七版 影印版)[M]. 北京:高等教育出版社,2007: 39-78.

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[4]林和,刘莉,蒙应杰,等. 操作系统教学与实验标准化进程的思考[J]. 高等理科教育,2004,54(2):117-120.

[5]于洪珍. 进行启发式和创造性教学:教好一门课的教学研究与实践[J]. 电气电子教学学报,2002(3):96-98.

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[12]张利兵,任向民. 操作系统课程双语教学的探索与实践[J]. 北京大学学报:哲学社会科学版,2007(5):136-137.

[13]杨燕. 操作系统课程双语教学的探讨[J]. 北京大学学报:哲学社会科学版,2007(5):174-175.

[14]韩巍,支宁. 基于自主学习的网络教学探讨[J]. 黑龙江高教研究,2006(7):113-114.

[15]张培,肖天庆. 基于网络环境下教学设计与课程开发的合作模式研究[J]. 电化教育研究,2007(9):60-63.

Study on Research-based Teaching Model Based on Case-driven

GUO Lingling, YUAN Man, FU Yu, GAO Juntao

(Department of Computer & Information Technology, Northeast Petroleum University, Daqing 163318, China)

Abstract: Facing the problems in traditional teaching process of Operating System, a research learning combined with case-driven teaching model is put forward in this paper. Practice has proved that the proposed teaching model can overcome the deficiencies in traditional OS teaching process, cultivate the innovative spirit, broaden the thinking and enhance the self-learning and comprehensive practical ability of students.It achieves the goal to improve the education and teaching effectiveness, increase the overall quality of students.

Key words: case-driven; research-based teaching; operating system

(编辑：张玥)