操作系統(tǒng)課程教學(xué)與學(xué)生能力培養(yǎng)

摘要：本文介紹了我院在操作系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中通過(guò)改進(jìn)教學(xué)方法、引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)和加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的思考能力、學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力進(jìn)行培養(yǎng)的一些經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；學(xué)生能力培養(yǎng)；教學(xué)改革；課程建設(shè)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)是教育教學(xué)工作的主要目標(biāo)，也是高等教育的重要課題。本科學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括這樣幾個(gè)方面：認(rèn)知能力，包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思考能力等；專(zhuān)業(yè)能力，包括專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)、實(shí)踐能力、職業(yè)能力、科研能力、創(chuàng)新能力等；學(xué)習(xí)能力，包括自學(xué)能力、獲取信息能力、分析和解決問(wèn)題能力等；人際交往能力，包括溝通能力、組織能力、合作能力等。培養(yǎng)目標(biāo)的差異、課程教學(xué)內(nèi)容的差異、學(xué)生之間的差異、教師自身的差異、教學(xué)方法和手段的差異對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)有著很大的影響。

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的重要的主干課程，在計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要的地位。掌握計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基本原理，是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生深入學(xué)習(xí)其他課程和進(jìn)行深入研究的必備知識(shí)基礎(chǔ)。本門(mén)課程以操作系統(tǒng)中經(jīng)典的算法和成熟的設(shè)計(jì)思想為核心教學(xué)內(nèi)容，具有內(nèi)容豐富、涉及面廣、理論性強(qiáng)、原理和方法內(nèi)容抽象、理論和實(shí)踐相結(jié)合等特點(diǎn)。對(duì)于操作系統(tǒng)這類(lèi)理論性比較強(qiáng)的課程來(lái)說(shuō)，如何對(duì)學(xué)生的素質(zhì)和能力進(jìn)行有針對(duì)性地培養(yǎng)，是需要我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中不斷探索和研究的問(wèn)題。通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，我們總結(jié)了在操作系統(tǒng)課程中通過(guò)引入多元化教學(xué)方法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)等手段，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力進(jìn)行培養(yǎng)的一些經(jīng)驗(yàn)。

2改進(jìn)教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生思考能力

對(duì)于操作系統(tǒng)這類(lèi)理論性比較強(qiáng)的課程來(lái)說(shuō)，當(dāng)前教學(xué)中面臨的主要問(wèn)題集中在兩個(gè)方面，一方面理論教學(xué)學(xué)時(shí)的壓縮制約了知識(shí)講解的深度；另一方面，學(xué)生面對(duì)理論課程所產(chǎn)生的興趣問(wèn)題和信心問(wèn)題。這就要求我們?cè)诮虒W(xué)工作中要注意精心選擇教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，增強(qiáng)學(xué)生的信心和參與意識(shí)。

在教學(xué)方法上，我們提倡采用多元化的教學(xué)方法，如互動(dòng)式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)方法等，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，選擇不同的教學(xué)方法，要善于為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，積極引導(dǎo)學(xué)生思考，在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的思考能力。

例如，進(jìn)程同步機(jī)制在操作系統(tǒng)課程中是十分重要的教學(xué)內(nèi)容，在引入同步問(wèn)題時(shí)，通常以“生產(chǎn)者-消費(fèi)者”這一經(jīng)典的同步問(wèn)題為例的，在介紹完一個(gè)生產(chǎn)者和一個(gè)消費(fèi)者以相互匹配的速度共用一個(gè)緩沖區(qū)的情況后，可以向?qū)W生提出生產(chǎn)者速度快于消費(fèi)者或消費(fèi)者速度快于生產(chǎn)者時(shí)會(huì)出現(xiàn)情況等問(wèn)題。通過(guò)在講解過(guò)程中為學(xué)生設(shè)置問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生討論，啟發(fā)學(xué)生思考，增強(qiáng)學(xué)生的參與意識(shí)和興趣，然后再逐步引入同步問(wèn)題。學(xué)生在了解了同步問(wèn)題的根源在于進(jìn)程的異步性導(dǎo)致合作進(jìn)程的速度的不可預(yù)知之后，再引導(dǎo)學(xué)生思考如何協(xié)調(diào)和控制進(jìn)程間的相互速度，這時(shí)大多數(shù)學(xué)生往往會(huì)自然地從系統(tǒng)管理的角度提出加鎖機(jī)制或類(lèi)似的機(jī)制，然后再引導(dǎo)學(xué)生討論加鎖機(jī)制的問(wèn)題，就很容易地引入信號(hào)量機(jī)制。

在采用啟發(fā)式教學(xué)方法中，創(chuàng)設(shè)適宜的問(wèn)題情境，要求教師熟悉教材內(nèi)容、掌握教材知識(shí)體系結(jié)構(gòu)、了解新舊知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系、了解學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和良好的課堂控制能力，這樣才能創(chuàng)設(shè)難度適宜的問(wèn)題情境，才能逐步啟發(fā)學(xué)生思考并掌握教學(xué)內(nèi)容。

另外，教學(xué)過(guò)程中還要注意本課程教學(xué)內(nèi)容的上下關(guān)聯(lián)以及本門(mén)課程與其他課程的相互關(guān)聯(lián)，充分利用學(xué)生以往學(xué)習(xí)中的經(jīng)驗(yàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的影響，即學(xué)習(xí)遷移。實(shí)踐證明，學(xué)習(xí)遷移對(duì)原理性、技能性知識(shí)的學(xué)習(xí)是非常重要的，是貫穿在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的。在計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中，很多概念和原理在多門(mén)課程中都有很重要的地位，如虛擬、緩沖機(jī)制、分層體系結(jié)構(gòu)、霍夫曼原理、常見(jiàn)調(diào)度算法等。引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，有助于學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)遷移，使學(xué)生很容易利用已有知識(shí)理解所學(xué)內(nèi)容，也有助于學(xué)生思考能力的培養(yǎng)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高也是十分重要的。

3利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力

學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)應(yīng)該從學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和自學(xué)意識(shí)的培養(yǎng)入手，以提高學(xué)生自學(xué)能力為主要目標(biāo)。學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)來(lái)源于兩個(gè)方面：外在動(dòng)機(jī)和內(nèi)在動(dòng)機(jī)。外在動(dòng)機(jī)主要來(lái)自于教師、家長(zhǎng)、就業(yè)等方面施加給學(xué)生的壓力，而內(nèi)在動(dòng)機(jī)來(lái)源于學(xué)生的興趣和自我提高的內(nèi)驅(qū)力，其中內(nèi)在動(dòng)機(jī)是主要因素。

在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中，要注意避免單一的介紹方式進(jìn)行講授，否則會(huì)使學(xué)生感到理論教學(xué)的枯燥乏味。因此在采用啟發(fā)式教學(xué)方法由淺入深進(jìn)行講解同時(shí)，注意加強(qiáng)學(xué)生的自信心。靈活運(yùn)用比喻是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、避免灌輸理論的有效方法。

例如，進(jìn)程是操作系統(tǒng)中最重要的基本概念之一，理解進(jìn)程的概念和特點(diǎn)對(duì)后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)具有十分重要的意義，對(duì)比進(jìn)程和程序之間的區(qū)別是使學(xué)生理解進(jìn)程的概念的重要內(nèi)容。在教學(xué)中，如果簡(jiǎn)單的將進(jìn)程和程序的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比介紹，學(xué)生不易理解且會(huì)感覺(jué)很乏味。如果采用比喻法，例如可以將程序比作一門(mén)課程的教學(xué)大綱，進(jìn)程就是授課過(guò)程。類(lèi)似這樣的比喻，可以使學(xué)生很容易理解進(jìn)城和程序的區(qū)別，以及進(jìn)程的概念，也很容易使學(xué)生產(chǎn)生興趣。

在本門(mén)課程教學(xué)過(guò)程中，我們引入了任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方法，通過(guò)給學(xué)生布置學(xué)習(xí)任務(wù)，并要求學(xué)生通過(guò)論文的形式完成任務(wù)，并將每次任務(wù)，都作為成績(jī)考核的一部分，以督促學(xué)生自我完成學(xué)習(xí)任務(wù)。例如，哲學(xué)家就餐問(wèn)題是著名的進(jìn)程間通信問(wèn)題，涉及異步進(jìn)程的同步機(jī)制和死鎖處理，解決該問(wèn)題的方法非常多，教學(xué)過(guò)程和教材中所介紹的僅僅是一部分，可以將哲學(xué)家就餐問(wèn)題作為一個(gè)大作業(yè)布置給學(xué)生，要求學(xué)生自己去查詢(xún)、收集和整理有關(guān)該問(wèn)題的解決算法，并以論文的形式完成。在這個(gè)過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生查詢(xún)、收集和利用資料的能力，培養(yǎng)了學(xué)生寫(xiě)作能力和自學(xué)能力。

4加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力

操作系統(tǒng)課程對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)主要集中在實(shí)驗(yàn)課程中。操作系統(tǒng)是偏重理論教學(xué)的課程，受學(xué)時(shí)數(shù)限制，不能安排較多的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。為了在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)數(shù)中，保證學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)操作系統(tǒng)工作機(jī)制的理解，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，我們精心選擇了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

本課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以L(fǎng)inux操作系統(tǒng)的案例分析為主。在理論教學(xué)中，操作系統(tǒng)各子系統(tǒng)的工作機(jī)理都是圍繞Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行講解和分析，然后在實(shí)驗(yàn)課中通過(guò)教師對(duì)Linux操作系統(tǒng)中進(jìn)程間通信、處理機(jī)調(diào)度和存儲(chǔ)管理等相關(guān)代碼進(jìn)行閱讀和分析，學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手修改和實(shí)現(xiàn)代碼，來(lái)進(jìn)一步理解Linux操作系統(tǒng)的工作機(jī)制，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

5結(jié)束語(yǔ)

對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)是需要在教學(xué)計(jì)劃中各門(mén)課程和各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)長(zhǎng)期的潛移默化的影響做到的。僅僅憑借操作系統(tǒng)一門(mén)課程，是無(wú)法完成對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的全面培養(yǎng)的。我們?cè)诓僮飨到y(tǒng)課程的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)改進(jìn)教學(xué)方法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生的思考能力、學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力方面進(jìn)行培養(yǎng)所獲得的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)計(jì)劃中的同類(lèi)課程具有借鑒意義。

Teaching “Operating System” Course and Building Capability of Student

WANG Zhi-fei， LUO Qiu-bin， Shi Yan

(Harbin University， School of Mathematics and Computer Science， Harbin150086)

Abstract: In this paper， some practical experiences in teaching “Operating System” course was introduced. We have implemented some useful exploration on thinking ability， learning ability and practical skills of student， by updating teaching method， adopting Task-driven method and strengthening training of practice.

Keywords: operating system， building capability of student， teaching reform， the building of courses

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