《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)中的問題及對(duì)策

胡 永,杜理明

(1.西藏民族學(xué)院信息工程學(xué)院,陜西咸陽712082;2.隴南師范高等?？茖W(xué)校計(jì)算機(jī)系,甘肅隴南742500)

從EN IAC的產(chǎn)生到當(dāng)前最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)大都采用馮諾依曼體系結(jié)構(gòu),馮氏體系結(jié)構(gòu)下計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成.操作系統(tǒng)是對(duì)于裸機(jī) (沒有安裝任何軟件)的第一層擴(kuò)展,是控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、有效地組織多道程序運(yùn)行的系統(tǒng)軟件[1],是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心,連接用戶與計(jì)算機(jī).有了操作系統(tǒng)的底層軟件支撐,計(jì)算機(jī)才能以豐富多元的功能為用戶提供各種服務(wù).

《操作系統(tǒng)》是高等學(xué)校計(jì)算機(jī)學(xué)科各相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程,在培養(yǎng)計(jì)劃中屬于專業(yè)必修課,在學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)中起著非常關(guān)鍵的作用.對(duì)它的理解程度將影響學(xué)生的專業(yè)水平及發(fā)展方向.本文就《操作系統(tǒng)》課程在教學(xué)研究中遇到的問題以及解決方案展開分析.

1 存在的問題

1.1 課程理論性太強(qiáng)、教學(xué)方法較為單一

操作系統(tǒng)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)軟件,涉及計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)的各個(gè)方面,從而導(dǎo)致課程理論性強(qiáng)且內(nèi)容抽象,學(xué)生不太容易理解[2].作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中更新最快的軟件,隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展,操作系統(tǒng)的發(fā)展變化非?？?加重了學(xué)生的學(xué)習(xí)強(qiáng)度.目前學(xué)生普遍存在重技術(shù)輕理論的思想,大多都對(duì)《操作系統(tǒng)》等一些基礎(chǔ)理論課程的學(xué)習(xí)不夠重視.《操作系統(tǒng)》教程的基本結(jié)構(gòu)多為操作系統(tǒng)的基本原理、五大管理模塊以及對(duì)Unix或者Linux系統(tǒng)的分析組成[3],所以教師教學(xué)過程中也是重點(diǎn)偏向于理論教學(xué),從而與操作系統(tǒng)實(shí)際使用的融合存在一定差距,導(dǎo)致學(xué)與用之間缺乏良好互動(dòng),使得學(xué)生感覺所學(xué)的內(nèi)容與他們實(shí)際接觸的系統(tǒng)存在較大的距離.由于《操作系統(tǒng)》課程本身的特點(diǎn),需要前期課程如《高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言》以及《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》等底層課程的支撐,而部分學(xué)生在這一環(huán)節(jié)缺乏足夠的知識(shí)儲(chǔ)備及熟練掌握.

教學(xué)方法不夠靈活,授課過程中教學(xué)手段比較單一,主要以課堂教授為主,對(duì)啟發(fā)式、討論式等教學(xué)方法較少采用,沒有充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,忽略了學(xué)生的主體地位[4].

1.2 教材內(nèi)容枯燥陳舊

長期以來,國內(nèi)教材幾乎都是理論性較強(qiáng),內(nèi)容比較抽象枯燥且繁雜,容易產(chǎn)生理解上的誤區(qū),缺乏與前沿技術(shù)的結(jié)合,與計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展不相適應(yīng)[5].對(duì)于具體操作系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的案例較少,容易使學(xué)生忙于記憶,而忽略了對(duì)問題實(shí)質(zhì)的理解和掌握,學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力沒有得到重視.

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱

學(xué)生缺少自己動(dòng)手設(shè)計(jì)或剖析一個(gè)具體的操作系統(tǒng)實(shí)例的過程,參與研究性學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)有限,從而不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[6].目前高校使用的《操作系統(tǒng)》教材多以Uinx作為實(shí)例來介紹分析多用戶多進(jìn)程并發(fā)處理的操作系統(tǒng)特征,首先Unix是一款商業(yè)軟件其源代碼不公開,從而很難構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境;其次大部分教師也不熟悉U nix系統(tǒng),導(dǎo)致授課過程中無法深入講解[6].實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)較少,大多都在十個(gè)學(xué)時(shí)左右,有的學(xué)校甚至不開設(shè)實(shí)驗(yàn)課,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)部分的實(shí)現(xiàn)過程并不能真正達(dá)到課程實(shí)驗(yàn)大綱的要求.學(xué)生缺少理論與實(shí)踐相結(jié)合的具體實(shí)現(xiàn),大部分只掌握了一些基本概念,學(xué)習(xí)效果不太理想.

1.4 教學(xué)效果檢查及課后補(bǔ)充不夠

操作系統(tǒng)作為核心系統(tǒng)軟件來說,沒有常見應(yīng)用軟件那樣直觀,可以通過上機(jī)檢查學(xué)生是否真正理解到軟件的功能.其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與功能實(shí)現(xiàn)難以做到上機(jī)測試,只能憑借相關(guān)的模型作一些模擬實(shí)驗(yàn),教學(xué)效果難以直觀體現(xiàn).學(xué)生對(duì)于《操作系統(tǒng)》課程的學(xué)習(xí)主要依賴課堂上教師的講授,由于課堂教學(xué)時(shí)間有限,教師只能主要講授基本的理論體系,而新的操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)層出不窮,課余時(shí)間應(yīng)該要求學(xué)生閱讀相關(guān)最新資料,督促他們獨(dú)立思考和進(jìn)行自學(xué),拓展知識(shí)面.

2 對(duì) 策

針對(duì)《操作系統(tǒng)》課程教與學(xué)中遇到的問題,結(jié)合課程特點(diǎn),需要對(duì)《操作系統(tǒng)》課程的教學(xué)進(jìn)行改進(jìn).可以從以下幾個(gè)方面入手,引導(dǎo)學(xué)生正確學(xué)習(xí),切實(shí)解決教與學(xué)過程中的實(shí)際問題,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際能力.

2.1 明確學(xué)習(xí)目的、合理選擇教材

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的關(guān)鍵組成部分,是計(jì)算機(jī)硬件功能的第一次擴(kuò)充,是所有其它軟件的底層支撐軟件,其性能在很大程度上決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體的性能.在計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)軟、硬件課程的設(shè)置中起著承上啟下的作用,也是計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士研究生入學(xué)國家統(tǒng)一考試必考科目.

《操作系統(tǒng)》課程的教材種類比較多,合理選擇教材對(duì)教學(xué)效果具有非常重要的影響.目前國內(nèi)的教材主要分為三大類：第一類是由高校教師編寫,如西電湯子瀛教授主編的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》、清華張堯?qū)W教授主編的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》等.這部分書籍多是一線教師上課經(jīng)驗(yàn)的積累,理論講解條理清晰也比較符合傳統(tǒng)的教學(xué)思想;第二類是引進(jìn)的國外權(quán)威教材翻譯版,這類教材的優(yōu)良取決于翻譯者的專業(yè)水平和外語水平;第三類是國外權(quán)威教材英文原版,這類教材的選擇取決于教師及學(xué)生的外語水平和理解能力.在教材選擇中要兼顧教師和學(xué)生兩方面,對(duì)教師做到知識(shí)體系結(jié)構(gòu)清晰、方便教學(xué);對(duì)學(xué)生做到便于課后自學(xué)且能指導(dǎo)其進(jìn)行課程設(shè)計(jì).建議選擇第一類教材作為理論學(xué)習(xí)用,選擇第三類教材輔助課程設(shè)計(jì)用.

2.2 精選課程內(nèi)容、優(yōu)化知識(shí)體系

《操作系統(tǒng)》課程理論知識(shí)的學(xué)習(xí)十分重要,在教學(xué)內(nèi)容的選擇上要注意體現(xiàn)課程的基本概念、理論及知識(shí)框架,力求體系完整且能有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,《操作系統(tǒng)》課程的教學(xué)內(nèi)容要緊跟前沿技術(shù)發(fā)展,在課程知識(shí)體系結(jié)構(gòu)完整全面的前提下要對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行合理增刪,保持其結(jié)構(gòu)和功能符合時(shí)代步伐,這需要教師翻閱大量資料且不斷更新知識(shí)儲(chǔ)備.

2.3 豐富教學(xué)方法、保證課堂教學(xué)質(zhì)量

課堂教學(xué)是教師和學(xué)生溝通知識(shí)和技能的主要陣地,教學(xué)過程中教學(xué)方法的選擇,教學(xué)質(zhì)量的保證尤為重要.

理論教學(xué)過程中,重點(diǎn)和難點(diǎn)在于原理、基本內(nèi)容、所選數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)算法的真正理解.因此課堂講授中,應(yīng)該將這些知識(shí)點(diǎn)和實(shí)際生活中我們比較熟悉的事物進(jìn)行類比,在直觀、形象的對(duì)照理解中幫助學(xué)生掌握相關(guān)內(nèi)容.例如在學(xué)習(xí)用于進(jìn)程互斥的公有信號(hào)量時(shí)可以將其類比為教室管理員;在學(xué)習(xí)生產(chǎn)者和消費(fèi)者問題時(shí)可以將其類比為超市貨柜和采購人員等等.授課過程中應(yīng)該發(fā)揮學(xué)生的主體作用,調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力,整理部分知識(shí)點(diǎn)讓學(xué)生自己思考,培養(yǎng)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,養(yǎng)成研究學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的良好品質(zhì).

多媒體教學(xué)手段的使用在《操作系統(tǒng)》課程的授課過程中作用明顯,能增強(qiáng)課堂的生動(dòng)性,提高教學(xué)效果.教學(xué)過程中不僅要強(qiáng)調(diào)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn),更應(yīng)注重這些功能都是如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的.CA I具有信息的大容量集成、精確可控、多媒體呈現(xiàn)等特點(diǎn),可大大提高教學(xué)信息的傳輸效率,能調(diào)動(dòng)學(xué)生的多種感官參與,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和積極心態(tài).我們應(yīng)充分利用這一新手段,尤其是那些用傳統(tǒng)方式難以取得好的效果的教學(xué)內(nèi)容,如圖表、結(jié)構(gòu)、模型、工作流程、情景模擬等[7].教師應(yīng)該靈活選用教學(xué)CA I軟件,制作優(yōu)良教學(xué)課件,通過形象生動(dòng)的演示在屏幕上展示各種抽象原理和算法的執(zhí)行過程.需要師生雙方互動(dòng)理解的內(nèi)容輔助一定板書,增加教師和學(xué)生之間的信息傳遞,從感性認(rèn)識(shí)上升到理性理解.《操作系統(tǒng)》課程涉及大量案例,結(jié)合實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié),教師要構(gòu)建案例庫,加強(qiáng)案例教學(xué),提高學(xué)生系統(tǒng)編程與內(nèi)核模塊設(shè)計(jì)的能力.

2.4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、培養(yǎng)動(dòng)手能力

《操作系統(tǒng)》課程也是一門技術(shù)類學(xué)科,對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力有較高的要求.實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以說是《操作系統(tǒng)》學(xué)習(xí)中最重要的組成部分,對(duì)能否學(xué)以致用,進(jìn)一步深入開展理論知識(shí)的應(yīng)用起到關(guān)鍵作用.通過實(shí)驗(yàn)課程的鍛煉可以加強(qiáng)教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)以及動(dòng)手能力的培養(yǎng),鼓勵(lì)學(xué)生積極討論學(xué)習(xí),檢查學(xué)生對(duì)于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)掌握的深度和廣度,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和深入分析問題的能力,加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神.

《操作系統(tǒng)》課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)主要包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)兩部分.學(xué)生應(yīng)該在教師的指導(dǎo)下,結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)及前期知識(shí)儲(chǔ)備,做好操作系統(tǒng)接口、文件管理、進(jìn)程管理以及存儲(chǔ)管理四個(gè)基本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn).具體實(shí)現(xiàn)過程中一般通過上機(jī)實(shí)習(xí)的方式,采用某一種高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言 (如C語言等),通過程序的編寫和調(diào)試模擬實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程死鎖、內(nèi)存管理等.課程設(shè)計(jì)部分涉及的內(nèi)容比較綜合,往往需要團(tuán)隊(duì)的協(xié)同合作,如實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步或互斥、進(jìn)程通信、管道通信等.具體實(shí)現(xiàn)過程中應(yīng)該采用分組實(shí)驗(yàn)的方式,2～4個(gè)學(xué)生為一組,教師提示基本思想、指定功能實(shí)現(xiàn)和完成時(shí)間,學(xué)生可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)課時(shí)以及課余時(shí)間,查閱相關(guān)資料,定期和指導(dǎo)教師溝通設(shè)計(jì)思想及工作進(jìn)度.教師對(duì)出現(xiàn)的問題要及時(shí)指導(dǎo),對(duì)實(shí)驗(yàn)完成情況及時(shí)進(jìn)行點(diǎn)評(píng),對(duì)實(shí)驗(yàn)中暴露出來的薄弱知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行鞏固.組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)和交流,保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量.條件允許的情況下可以組織學(xué)生對(duì)源碼公開的操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行代碼分析.

2.5 及時(shí)鞏固內(nèi)容、注重知識(shí)更新

《操作系統(tǒng)》課程基本概念、原理非常多,理論掌握難度較大.實(shí)際教學(xué)過程中往往存在學(xué)生上課理解了,但下來后容易遺忘或者混淆概念的情況.需要及時(shí)鞏固學(xué)過的內(nèi)容,通過仔細(xì)推敲內(nèi)容并輔以定量的作業(yè)溫習(xí)所學(xué)知識(shí)點(diǎn).教學(xué)過程中碰到難以理解的知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候教師需要注意講解,和學(xué)生及時(shí)互動(dòng),最好把問題在課堂上解決.面對(duì)迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù),教師在給學(xué)生傳授知識(shí)、思想的同時(shí),也面臨著自身的知識(shí)更新,這就要求教師能夠在把握《操作系統(tǒng)》課程整體框架的基礎(chǔ)上,了解操作系統(tǒng)的最新發(fā)展,清楚教學(xué)知識(shí)點(diǎn),明晰技術(shù)點(diǎn)和案例,及時(shí)更新知識(shí)結(jié)構(gòu).

提高教學(xué)質(zhì)量是每個(gè)教育工作者不懈的追求,《操作系統(tǒng)》課程的教學(xué)改革是一個(gè)艱巨而復(fù)雜的過程,筆者結(jié)合自己講授《操作系統(tǒng)》課程的體會(huì),從教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)等方面談了自己對(duì)于課程改革的想法,認(rèn)為在傳授操作系統(tǒng)理論原理的同時(shí)要力圖給學(xué)生建立一個(gè)完整立體的操作系統(tǒng)架構(gòu),培養(yǎng)學(xué)生在系統(tǒng)軟件開發(fā)方面的綜合能力.確保課程達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)效果,發(fā)揮它在計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)科體系中應(yīng)該起到的作用.

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