百色學(xué)院操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐

李芬 黃克文

摘要：本文闡述百色學(xué)院操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的必要、操作系統(tǒng)理論課程改革的方法、手段及實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)等。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；教學(xué)改革；實(shí)踐

1．引言

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的主干課程之一。幾乎所有高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)都開設(shè)有操作系統(tǒng)課，并且自2009年開始，全國碩士研究生統(tǒng)一入學(xué)考試中，操作系統(tǒng)課程被列為計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合的必考科目之一，因此教師教好操作系統(tǒng)這門課及學(xué)生學(xué)好這門課的重要性是不言而喻的。百色學(xué)院于2006年經(jīng)國家教育部批準(zhǔn)由廣西右江民族師范高等?？茖W(xué)校升格成本科院校。在?？齐A段我院計(jì)算機(jī)專業(yè)也開設(shè)有操作系統(tǒng)課程，但由于課時(shí)及知識結(jié)構(gòu)等原因的限制，我們在開設(shè)該課程時(shí)，只有理論課時(shí)，沒有實(shí)踐課時(shí)，缺乏理論與實(shí)際應(yīng)用的融通，學(xué)生普遍反映該課程比較抽象，不容易掌握。因此在本科階段，我們在開設(shè)操作系統(tǒng)這門課程時(shí)，如何在課程設(shè)置、教學(xué)方法及手段等方面進(jìn)行改革，以達(dá)到更好的教學(xué)效果，已是迫在眉睫的事情，通過改革使學(xué)生更好的掌握這門課的知識，為考研復(fù)習(xí)或后繼課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。為此百色學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)信息工程系針對操作系統(tǒng)這門課，由幾位專業(yè)教師組成了一個(gè)課程組，負(fù)責(zé)我院操作系統(tǒng)課程改革的研究和實(shí)現(xiàn)。

2．操作系統(tǒng)理論課程改革的方法及手段

2.1 選擇高質(zhì)量的優(yōu)秀教材

教材是知識積累和傳播的載體，教材的選定非常重要，因?yàn)檫x定一本好的教材對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性的調(diào)動(dòng)非常重要。一本優(yōu)秀的教材不僅能涵蓋到知識的主要方面，還更應(yīng)該做到新知識和老知識的兼顧。因?yàn)橛?jì)算機(jī)硬件的更新?lián)Q代很快，與之相應(yīng)的操作系統(tǒng)的也會隨之更新。目前有關(guān)操作系統(tǒng)課程的教材很多，但大多數(shù)的教材盡管其新版本不斷的推出，但里面的內(nèi)容還是舊的知識，并沒有體現(xiàn)新的操作系統(tǒng)的特點(diǎn)。比如現(xiàn)在大多數(shù)用戶已在使用多核的計(jì)算機(jī)，但很多教材對處理機(jī)的調(diào)度算法的闡述仍是基于單核的，很少提到多處理機(jī)的調(diào)度算法，這樣的教材由于知識陳舊，學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候雖然能學(xué)到一些經(jīng)典算法和原理，但很難學(xué)到新的知識。因此我們在選擇教材的時(shí)候應(yīng)該選用那些具有特色，條理清晰，而又貼近實(shí)際運(yùn)用的主流操作系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)和實(shí)踐。經(jīng)過幾年實(shí)踐，我們的課程組選擇西安電子科技大學(xué)出版社湯子嬴等人主編的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》作為課程的主教材，清華大學(xué)出版社張堯?qū)W等人主編的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程》、高等教育出版社鄭扣跟翻譯的《操作系統(tǒng)概念》作為主要的參考教材。這些教材普遍能體現(xiàn)在操作系統(tǒng)領(lǐng)域的多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和研究成果，同時(shí)具有一些經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)及算法，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還能增進(jìn)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的創(chuàng)新熱情。

2.2 采用多元化的教學(xué)方法和手段

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，是計(jì)算機(jī)硬件功能的首次擴(kuò)充，鑒于操作系統(tǒng)本身的特性及其在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位，在計(jì)算機(jī)專業(yè)軟、硬件課程的設(shè)置中操作系統(tǒng)課程有著承上啟下的作用。因此其課程特點(diǎn)表現(xiàn)為內(nèi)容龐雜、涉及面廣、知識點(diǎn)難度跨度大。為此我們在操作系統(tǒng)課程改革的研究中，應(yīng)該注重改進(jìn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)方式、教學(xué)輔導(dǎo)方式，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)多媒體化、課程輔導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)方式，保障對該課程教學(xué)的需求，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（1）多媒體教學(xué)法。傳統(tǒng)的教學(xué)模式為“粉筆+黑板”的形式，我們課程組的老師在多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)“粉筆+黑板”的教學(xué)模式雖然也能將教學(xué)順利進(jìn)行，但是該課程在授課的過程當(dāng)中有很多知識點(diǎn)的講授如進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、分頁地址的變換等需要一些輔助的圖示才能講解清楚，而這些圖在黑板上用手畫出來將占用比較多的課堂時(shí)間，為此，我們將操作系統(tǒng)這門課的授課模式從“粉筆+黑板”轉(zhuǎn)換為“計(jì)算機(jī)+大屏幕”多媒體授課模式。電子教案也力求從靜態(tài)為主的幻燈片方式變?yōu)閯?dòng)態(tài)算法演示為主的多媒體課件，用形象的動(dòng)畫在大屏幕上展示抽象的原理和算法的實(shí)現(xiàn)過程，既能提高課堂效率，又能吸引學(xué)生的注意力。

（2）類比教學(xué)法。操作系統(tǒng)這門課的特點(diǎn)是內(nèi)容龐雜而且抽象，如果我們只按教材的內(nèi)容去授課，將不易于學(xué)生理解和接受，為此在課堂講授中，可以將實(shí)際應(yīng)用和生活中人們熟悉的事物與枯燥、抽象的操作系統(tǒng)概念、基礎(chǔ)理論進(jìn)行類比，有助于學(xué)生直觀、形象地理解操作系統(tǒng)的理論知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如在進(jìn)程概念這一章中，有一個(gè)知識點(diǎn)是關(guān)于程序和進(jìn)程的區(qū)別的，若直接按教材歸納出來的幾點(diǎn)講，學(xué)生可能不容易理解，而且也不容易記住，但如果我們做個(gè)比喻，將程序比作菜單，將廚師照著菜單炒菜比作進(jìn)程，就非常的形象，效果就會好很多。此外，在操作系統(tǒng)課程中，還有很多可以這樣應(yīng)用類比的地方，如將進(jìn)程死鎖和交通阻塞聯(lián)系起來，將進(jìn)程調(diào)度和銀行排隊(duì)服務(wù)聯(lián)系起來，將信號量與交通燈聯(lián)系起來等等。

（3）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)法。提高教學(xué)質(zhì)量不僅要充分利用上課時(shí)間，而且也要發(fā)揮現(xiàn)有課外資源讓課堂效果持續(xù)增長。這方面我們主要利用學(xué)校提供的網(wǎng)上教學(xué)平臺，我們的課程組在2008年申請了院級項(xiàng)目“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)課件建設(shè)”，并組建了我院操作系統(tǒng)課程的網(wǎng)絡(luò)平臺，包括電子課件、在線測試、學(xué)習(xí)論壇、資料下載等幾個(gè)模塊。我們課程組的老師將一些精心準(zhǔn)備的參考資料上傳到該平臺上，以方便學(xué)生下載來學(xué)習(xí)。教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺讓學(xué)生能更大程度地獲得需要的信息和知識，了解整個(gè)課程教學(xué)過程，并參與到教學(xué)中來，形成師生共建、共促質(zhì)量的模式。

（4）案例教學(xué)法。在操作系統(tǒng)教學(xué)中，要涉及大量的算法實(shí)例，如：各種調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)、請求頁式管理的置換算法、地址變換等，這些實(shí)例執(zhí)行情況如果用動(dòng)畫方式進(jìn)行演示，將收到很好的教學(xué)效果，為此，我們可以構(gòu)建一個(gè)案例庫，方便在教學(xué)中使用。有些案例我們甚至可以布置給學(xué)生去設(shè)計(jì)和完成，讓他們在對案例的設(shè)計(jì)過程中，加深對理論部分的理解。例如：在我們的“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)課件建設(shè)”項(xiàng)目中有很多算法動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)是分配給不同的學(xué)生做的，既培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，又使他們加深了對本門課程理論的理解。

3．操作系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的設(shè)計(jì)

操作系統(tǒng)處于整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的最低層，抽象而不易理解，如果僅僅在課堂教學(xué)中講解操作系統(tǒng)的原理，往往不易理解，甚至使學(xué)生感到枯燥乏味。在幾年的教學(xué)實(shí)踐中我們深刻地體會到，只有教學(xué)和實(shí)踐相結(jié)合，理論和實(shí)踐并重才能取得良好的教學(xué)效果，為此，我們開設(shè)了相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

實(shí)踐環(huán)節(jié)有以下幾方面的內(nèi)容：（1）進(jìn)程調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)，要求：設(shè)計(jì)進(jìn)程控制塊；完成進(jìn)程隊(duì)列的創(chuàng)建，并模擬進(jìn)程調(diào)度算法，包括：先來先服務(wù)調(diào)度算法、優(yōu)先級調(diào)度算法和輪轉(zhuǎn)算法。（2）以分區(qū)策略為主的內(nèi)存分配算法實(shí)現(xiàn)，要求：建立模擬的內(nèi)存分區(qū)、分區(qū)表和空閑隊(duì)列等；實(shí)現(xiàn)最先適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法和最壞適應(yīng)算法。（3）存儲器命中率計(jì)算問題，要求：設(shè)計(jì)描述頁面的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和管理內(nèi)存頁面的鏈表，實(shí)現(xiàn)FIFO和LRU算法并研究它們的命中率。（4）SPOOLING系統(tǒng)的模擬，要求：設(shè)計(jì)PCB和PCB隊(duì)列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，模擬現(xiàn)實(shí)SPOOLING算法，使用初始數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，并分析模擬結(jié)果。（5）文件系統(tǒng)中操作命令的實(shí)現(xiàn)，要求：設(shè)計(jì)兩級目錄結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)文件的保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)文件操作命令：create、del、open、close、read和write等，運(yùn)行初始數(shù)據(jù)，并分析運(yùn)行結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)參考書可選清華大學(xué)出版社徐虹的《操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)——基于Linux內(nèi)核》、清華大學(xué)出版社張麗芬的《操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程》、機(jī)械工業(yè)出版社陳向群的《Windows內(nèi)核實(shí)驗(yàn)教程》、高等教育出版社孟靜的《操作系統(tǒng)教程題解與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》、清華大學(xué)出版社任愛華的《操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》等。由于可選的參考書很多，可以不統(tǒng)一訂購，教師只需提供參考書目，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況靈活選擇。上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)以分組的方式組織課程設(shè)計(jì)，即按照一定的方式進(jìn)行分組，每組負(fù)責(zé)一個(gè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)，并且每組選一個(gè)人作為組長負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的總體設(shè)計(jì)和組內(nèi)任務(wù)分工，這樣使得組內(nèi)成員之間既是一種相互獨(dú)立的關(guān)系，又是一種相互協(xié)作的關(guān)系。通過實(shí)驗(yàn)課程不僅可以使學(xué)生深入理解和掌握操作系統(tǒng)的知識和運(yùn)用這些知識的能力，還可以深化學(xué)生對主流操作系統(tǒng)的理解、培養(yǎng)學(xué)生良好的理論與實(shí)際相結(jié)合的意識、提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

4．結(jié)束語

操作系統(tǒng)是一門抽象的課程，掌握最新的操作系統(tǒng)原理、提高對現(xiàn)代操作系統(tǒng)的實(shí)踐能力，雖然要依賴于教、學(xué)雙方的不懈努力，但在教學(xué)中教師仍然起到主導(dǎo)作用，只要我們合理地使用多樣的教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生的動(dòng)手能力以及分析和解決問題的能力，并能夠抓好教學(xué)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，就能使學(xué)生真正學(xué)好這門課。

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