計算機操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究與探討

摘要：分析了計算機操作系統(tǒng)課程教學(xué)中產(chǎn)生的問題和原因，從課程內(nèi)容體系組建、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)制定等多個方面對該課程的改革進行了深入研究和探討，力求通過教學(xué)改革加強對學(xué)生思維方式、創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)，進一步提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：計算機；操作系統(tǒng)；教學(xué)方法；教材內(nèi)容

0 引言

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)硬件平臺上的第一層系統(tǒng)軟件，同時也是計算機及其相關(guān)專業(yè)十分重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課，因此無論在教學(xué)、科研和項目開發(fā)中都處于非常重要的地位。其教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生理解和掌握計算機操作系統(tǒng)的基本工作原理、設(shè)計技術(shù)及設(shè)計方法，培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)系統(tǒng)軟件和大型應(yīng)用軟件的意識和能力，同時還要讓學(xué)生了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)的研究新動向。

1 計算機操作系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)方法單一

以課堂講授為主的“灌輸式”教學(xué)方法，著重于教師講授，學(xué)生被動聽取，學(xué)生獨立思考和實踐機會比較少；缺少啟發(fā)式、案例式和討論式等教學(xué)方法，缺乏課堂互動，沒有充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，忽略了學(xué)生的主體地位。

1.2 理論與實踐脫節(jié)，教學(xué)手段匱乏

有關(guān)教材的基本結(jié)構(gòu)多為基本原理概述及五大組成部分加上對Unix System V的分析構(gòu)成。重點偏向理論教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容與實際使用的Windows、Linux操作系統(tǒng)存在一定距離，讓學(xué)生感覺學(xué)與用之間缺乏聯(lián)系，所學(xué)內(nèi)容與實際接觸的操作系統(tǒng)有較大的距離，從而導(dǎo)致學(xué)生對該課程失去興趣甚至?xí)a(chǎn)生厭學(xué)情緒。

部分高校教師目前仍采用“黑板+粉筆”的傳統(tǒng)教學(xué)手段講授枯燥的理論知識，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；即使有些教師使用了電子教案，也只是單純地播放理論知識課件，沒能使學(xué)生積極參與思考，學(xué)生感覺枯燥乏味。

1.3 教學(xué)內(nèi)容側(cè)重理論，實踐環(huán)節(jié)薄弱

該課程由于知識點多、涉及面廣、理論性強，而且部分教師在教學(xué)過程中缺乏理論與實踐的結(jié)合，枯燥而抽象地授課，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以理解。缺少學(xué)生自己動手分析或設(shè)計一個具體操作系統(tǒng)實例的過程，課程設(shè)計環(huán)節(jié)幾乎沒有，參與研究性學(xué)習(xí)的機會很少，不利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)新能力。

在實踐教學(xué)中，主要采用驗證性實驗，實驗課程依附于理論教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容陳舊，手段單一，而且實驗教學(xué)內(nèi)容學(xué)時數(shù)偏少，學(xué)習(xí)內(nèi)容較淺、知識面狹窄，不利培養(yǎng)學(xué)生的思維方式和探索精神。

1.4 教材內(nèi)容陳舊，知識更新緩慢

近十年來計算機操作系統(tǒng)工程實踐進展飛快，新的開發(fā)思想和基本概念不斷涌現(xiàn)并應(yīng)用到了當(dāng)前流行的操作系統(tǒng)產(chǎn)品中。但目前教學(xué)過程中所使用的大部分教材仍只注重基礎(chǔ)理論介紹，分析和設(shè)計操作系統(tǒng)的案例還較少，難以和當(dāng)前飛速發(fā)展的計算機操作系統(tǒng)理論和前沿技術(shù)保持同步。從教學(xué)來看，教材是影響教學(xué)內(nèi)容的一個非常重要的因素，教學(xué)內(nèi)容脫離實際應(yīng)用且不能及時更新必然影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.5 教學(xué)目標(biāo)與社會需求脫節(jié)

高校的計算機專業(yè)教學(xué)，除了讓學(xué)生掌握一些基本的計算機語言、應(yīng)用軟件，以及必要的基礎(chǔ)知識之外，還必須使學(xué)生能夠觸類旁通地學(xué)習(xí)其它相關(guān)知識。提高實踐能力。現(xiàn)在社會、企業(yè)包括學(xué)生本人更希望學(xué)到技術(shù)前沿的知識，不過，這里有一些短期利益和長遠(yuǎn)利益的矛盾。教學(xué)效果與社會需求脫節(jié)的現(xiàn)象在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中表現(xiàn)較為突出。

2 計算機操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的措施

計算機操作系統(tǒng)課程包含了很多重要的計算思想、設(shè)計策略和實現(xiàn)方法，在教學(xué)過程中應(yīng)著重強調(diào)從具體問題的提出到最終解決的過程和思路，啟發(fā)學(xué)生自主思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐動手能力。本文針對課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，綜合自身教學(xué)實踐，教材選擇、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等多方面進行改革，并提出了具體措施。

2.1 上好第一堂課，引起學(xué)生關(guān)注

好的開始是成功的一半，成功的第一堂課可以拉近師生距離，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率能得到大幅提高。第一堂課的主要內(nèi)容應(yīng)包括如下幾個方面：

(1)做好自我介紹，簡述學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)計劃，相互熟悉以增進師生友誼，使得學(xué)生更好地接受和適應(yīng)教師，讓學(xué)生對教師有所了解，也讓學(xué)生感覺可以從教師那里學(xué)到一些沒學(xué)過的知識。

(2)結(jié)合一些具體的事例說明計算機操作系統(tǒng)在目前學(xué)習(xí)和今后工作中的重要性，幫助學(xué)生分析該課程與本專業(yè)其它課程之間的密切聯(lián)系以及在本專業(yè)所有核心課程中所處地位，引起學(xué)生重視并激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生的學(xué)習(xí)變成有目的的學(xué)習(xí)。

(3)從不同的方面講解操作系統(tǒng)的含義，引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度去認(rèn)識操作系統(tǒng)。使學(xué)生認(rèn)識到，學(xué)習(xí)本課程不僅可以培養(yǎng)自身的邏輯思維能力，還有助于對其它理論課程的理解，可為以后學(xué)習(xí)新型操作系統(tǒng)及和開發(fā)應(yīng)用軟件打下堅實的基礎(chǔ)。

(4)結(jié)合教師自身的經(jīng)驗和相關(guān)教學(xué)案例，介紹本課程的學(xué)習(xí)方法，將一些行之有效的方法和技巧傳授給學(xué)生，讓學(xué)生知道怎么學(xué)、怎么做。

2.2 合理選擇教材和參考書，保證教學(xué)內(nèi)容的時效性

教材的百花齊放、百家爭鳴為學(xué)生提供了多重選擇的機會。在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實際情況，選擇一本合適的教材，這對于該課程的教學(xué)效果有非常重要的作用。

目前，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)不同可將教材分為兩大類：①以湯小丹、梁紅兵、哲鳳屏、湯子瀛編著的《計算機操作系統(tǒng)》(第三版)以及由A Braham Silberschatz等編著的《Operating Systems Concepts》為代表的面向計算機科學(xué)研究方向的綜合性大學(xué)教材。②以張堯?qū)W、史美林編著的《計算機操作系統(tǒng)教程》為代表的面向計算機應(yīng)用方向的工科院校教材。

結(jié)合教學(xué)環(huán)境和學(xué)生的實際情況，我校計算機專業(yè)的操作系統(tǒng)教學(xué)采用湯小丹等編著的《計算機操作系統(tǒng)》(第三版)，同時將國內(nèi)外操作系統(tǒng)研究的最新成果引入到教學(xué)過程中以拓寬學(xué)生視野。為了使學(xué)生加深對操作系統(tǒng)原理的理解，還推薦學(xué)生使用曾平、曾林編著的《操作系統(tǒng)——習(xí)題與解析》(第2版)一書作為學(xué)習(xí)輔助材料。該教輔材料收集了大量操作系統(tǒng)原理習(xí)題和解答，學(xué)生可自主選擇其中的習(xí)題做練習(xí)，以鞏固所學(xué)知識、總結(jié)學(xué)習(xí)成效。

2.3 合理組織教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

操作系統(tǒng)在整個計算機系統(tǒng)中處于承上啟下的地位，操作系統(tǒng)課程應(yīng)與當(dāng)前飛速發(fā)展的計算機操作系統(tǒng)理論和技術(shù)保持同步。目前微軟公司的Windows系列操作系統(tǒng)由于友好的人機界面，占據(jù)了個人計算機操作系統(tǒng)的主要市場；高效率、高可靠性、優(yōu)良可移植性及開放源代碼的類Unix系列操作系統(tǒng)在科學(xué)研究、軍事、航空等領(lǐng)域廣泛使用。與此同時，伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及其他支撐技術(shù)開始被嵌入到操作系統(tǒng)的底層。所有這些都要求操作系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)進行適當(dāng)?shù)难a充、調(diào)整和完善，整個教學(xué)體系結(jié)構(gòu)也需進一步整合、改進。另外，在其他課程中已學(xué)過的內(nèi)容也應(yīng)適當(dāng)刪減。例如，“設(shè)備管理”中與磁盤以及輸入／輸出控制方式等有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容已在計算機組成原理等課程中學(xué)過，對于此類內(nèi)容講課時只需復(fù)習(xí)性地一帶而過即可。

2.4 改革課堂教學(xué)方法

在課堂教學(xué)過程中，應(yīng)采用啟發(fā)式、案例式及討論式等教學(xué)方法，實施課堂互動，鼓勵學(xué)生大膽發(fā)言，發(fā)揮學(xué)生個性和特長，營造一個寬松、和諧的課堂氛圍。

(1)更新教學(xué)理念，開展啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)，一般多引用身邊的例子，例如：在講授程序和進程的區(qū)別時，先給出概念，進程是程序的一次執(zhí)行過程，程序是靜態(tài)概念，而進程是動態(tài)概念，如果將程序看做菜譜的話，那么進程就是按照菜譜進行的一次烹調(diào)過程，這樣學(xué)生就能很容易理解兩者之間的聯(lián)系和區(qū)別了。另外，還可結(jié)合學(xué)生在現(xiàn)實生活中碰到的具體問題，如“虛擬內(nèi)存不夠”、“機器運行慢”等問題，用操作系統(tǒng)的概念和原理給予解釋，培養(yǎng)學(xué)生的思考習(xí)慣和解決問題的能力。

(2)案例式教學(xué)方法

操作系統(tǒng)課程的理論性較強、內(nèi)容抽象，如果學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中找不到具體的直觀感受，將難以理解和掌握相關(guān)理論。在教學(xué)過程中教師可以采用案例式教學(xué)方法，根據(jù)課程內(nèi)容和知識結(jié)構(gòu)精心設(shè)計若干個案例將知識融入其中，注重引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、自主分析解決問題，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，變傳統(tǒng)的被動接收知識點為主動查找所需知識點。一般需要借助一個功能齊全、短小精悍的開源操作系統(tǒng)。目前比較適合案例教學(xué)的操作系統(tǒng)有UCOS，總代碼長度為5000行左右，也可以采用Linux的早期版本。

例如，在教學(xué)過程中利用Linux操作系統(tǒng)的某些功能模塊進行實例剖析，讓學(xué)生掌握操作系統(tǒng)某些模塊的設(shè)計和實現(xiàn)，以提高學(xué)生對操作系統(tǒng)的理解和解決問題的綜合能力。如在講解進程中的PCB概念、處理機調(diào)度、內(nèi)存管理等內(nèi)容時，教師可以借助Source Insight源代碼閱讀工具對Linux源代碼作一定分析。通過對源代碼的分析，不僅可以使學(xué)生對算法的實現(xiàn)過程有一個更為直觀的理解，而且可以提高學(xué)生的編程能力，使他們的思路更加開闊。

(3)采取討論式的教學(xué)方法

對于教材中介紹的一些算法和程序，采用小組討論的方式讓學(xué)生進行討論。在小組討論之后，每組派代表上臺講述對于所討論內(nèi)容的理解，同時提出本組的疑問讓全班學(xué)生一起幫助解決，最后可由教師進行點評。采用這種教學(xué)方法既可活躍課堂氣氛，又能讓學(xué)生在思考中迸發(fā)出創(chuàng)新的火花。

2.5 積極探索理論教學(xué)手段

信息時代以計算機使用的廣泛普及為主要標(biāo)志，教學(xué)領(lǐng)域中計算機技術(shù)也逐步大顯身手，從電子教案到多媒體及遠(yuǎn)程教學(xué)，全方位展開了對傳統(tǒng)教學(xué)模式與教學(xué)手段的革新。作為一門計算機專業(yè)的核心課程，操作系統(tǒng)課程的教學(xué)也應(yīng)在這些方面有所作為。本課程既包含普通的陳述性理論知識，也包括一些復(fù)雜算法和計算過程。對于陳述性理論的講解，采用電子教案來改進教學(xué)手段是可行和可取的。而對于復(fù)雜計算問題求解過程和復(fù)雜邏輯推導(dǎo)過程，如關(guān)于避免死鎖的“銀行家算法”及實例推演，采取電子教案講解方式則并不妥當(dāng)，應(yīng)保留傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”教學(xué)手段。只有這樣，才能貫徹落實教學(xué)目的和教學(xué)原則，更好地提高教學(xué)水平及教學(xué)質(zhì)量。

2.6 理論聯(lián)系實際，加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

操作系統(tǒng)是一門理論性比較強的課程。理論作為現(xiàn)實世界的抽象和升華具有普遍的指導(dǎo)意義，但如果只有單純的理論講解而沒有具體實例的教學(xué)就很容易使學(xué)生感到枯燥乏味。操作系統(tǒng)實踐是一個非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，對理解操作系統(tǒng)的基本概念和原理、掌握操作系統(tǒng)的設(shè)計方法和具體實現(xiàn)技術(shù)、體驗操作系統(tǒng)的抽象思維方式、培養(yǎng)規(guī)范的系統(tǒng)程序設(shè)計能力等都具有十分重要的意義。為此，例如可以引導(dǎo)學(xué)生去編碼實現(xiàn)一個具備內(nèi)存管理、進程調(diào)度、文件管理等功能，簡單的小型操作系統(tǒng)；也可以引導(dǎo)學(xué)生去研究閱讀Linux內(nèi)核原代碼，跟蹤Linux社區(qū)關(guān)于操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)展的最新動態(tài)。

3 結(jié)束語

本文從教材選擇、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)手段以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)制定等多個方面對計算機操作系統(tǒng)課程提出了變革方案。通過實際應(yīng)用，師生反映所選教材更貼近學(xué)生的實際情況，教學(xué)內(nèi)容的時效性得到了保證，課程學(xué)習(xí)不再枯燥，課堂學(xué)習(xí)氣氛活躍，學(xué)生的操作能力和解決問題的能力得到了提高，并能將理論知識拓展到實際應(yīng)用中，這說明本文的方案取得了較好的教學(xué)效果，能有效提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。