操作系統(tǒng)教學(xué)改革探析

摘 要： 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的核心課程，針對(duì)該課程理論性強(qiáng)，過(guò)程抽象，不易理解，教學(xué)效果不理想等問(wèn)題，探討了如何通過(guò)有效的教學(xué)手段來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量。從更新教學(xué)觀念、改革教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)方法和強(qiáng)化教學(xué)成效考評(píng)等方面，提出了該課程教學(xué)改革的基本思路和方法。

關(guān)鍵詞： 操作系統(tǒng)； 教學(xué)手段； 教學(xué)觀念； 教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）01-57-02

Discussion on reform of operating system education

Wang Hongfeng

（Computer Department of Dezhou University， Dezhou， Shandong 253023， China）

Abstract： The curriculum of computer operating system is a core course of computer science. This curriculum has many characteristics， such as considerable theoretical concepts， abstract process， and unsatisfactory teaching quality. How to enhance teaching quality by an efficient teaching method is discussed. The basic idea and method of course reform are proposed， from the aspects of teaching idea， teaching content， teaching method and teaching effect evaluation.

Key words： operating system； teaching method； teaching concept； teaching reform

0 引言

操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中必不可少的系統(tǒng)軟件，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)越復(fù)雜，操作系統(tǒng)的作用和地位就越重要[1]。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須學(xué)習(xí)的專(zhuān)業(yè)課程，該課程為計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員深入了解和使用計(jì)算機(jī)提供了必備知識(shí)，為設(shè)計(jì)人員提供進(jìn)行系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，因此它是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)理論性較強(qiáng)的主干課程，同時(shí)它又是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程[2]。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生全面理解和掌握系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)方法和技術(shù)、了解計(jì)算機(jī)硬件和軟件之間關(guān)系必不可少的綜合課程。

1 操作系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

操作系統(tǒng)課程是一門(mén)重要的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，長(zhǎng)期以來(lái)，該課程的內(nèi)容較為固定，授課方法較為單一。操作系統(tǒng)難學(xué)難教，有其課程自身的特點(diǎn)，歸納為以下幾個(gè)方面[3，4]。

⑴ 教學(xué)內(nèi)容比較陳舊

長(zhǎng)期以來(lái)，操作系統(tǒng)課程的內(nèi)容較為固定，授課方法較為單一，課程設(shè)置偏向理論，教材上的知識(shí)更新很緩慢，與前沿技術(shù)結(jié)合不緊密，與現(xiàn)實(shí)也脫節(jié)。

⑵ 應(yīng)用性不強(qiáng)

操作系統(tǒng)首先談的是管理方法，其次是實(shí)現(xiàn)方法，即算法；這一點(diǎn)不同于程序語(yǔ)言類(lèi)課程或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程，可以直接當(dāng)工具來(lái)使用，操作系統(tǒng)的應(yīng)用不如其他課程來(lái)的直接；大多數(shù)應(yīng)用型本科生學(xué)習(xí)目的是掌握實(shí)現(xiàn)方法，而對(duì)于其管理方法的分析與設(shè)計(jì)，一是還沒(méi)有形成足夠的認(rèn)識(shí)，二是還沒(méi)有到達(dá)綜合系統(tǒng)分析和管理的層次。所以大多數(shù)學(xué)生的體會(huì)是學(xué)了難用上，故而興趣不大。

⑶ 實(shí)踐難度大

操作系統(tǒng)作為最底層的軟件，內(nèi)核的編譯和調(diào)試很困難，稍有不慎就可能使系統(tǒng)崩潰了，需要重裝操作系統(tǒng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；盡管目前多采用虛擬機(jī)做實(shí)驗(yàn)的方式，但涉及環(huán)境變化，部分實(shí)驗(yàn)與在真實(shí)平臺(tái)下有差別，實(shí)驗(yàn)效果打了折扣。

⑷ 課程比較獨(dú)立，延續(xù)性學(xué)習(xí)不夠

學(xué)生目前訓(xùn)練較多的是基于某平臺(tái)上的二次開(kāi)發(fā)，涉及到系統(tǒng)的底層開(kāi)發(fā)很少，這樣導(dǎo)致操作系統(tǒng)的后續(xù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練不夠，與其他課程聯(lián)系不夠，顯得比較獨(dú)立。實(shí)際上，操作系統(tǒng)作為軟硬件課程的紐帶，應(yīng)該對(duì)其他課程起到積極的引導(dǎo)促進(jìn)作用。

基于上述分析，對(duì)操作系統(tǒng)教學(xué)改革提出了更高的希望和要求。本文對(duì)操作系統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行了歸納總結(jié)，并提出了對(duì)操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)建議，供大家參考。

2 操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的對(duì)策

2.1 更新教學(xué)觀念

學(xué)生有無(wú)進(jìn)步或發(fā)展是教學(xué)有沒(méi)有效益的惟一指標(biāo)。傳統(tǒng)教學(xué)方式重演繹、推理、按部就班，教師在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中起主導(dǎo)作用。這樣的教學(xué)會(huì)使學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)造能力被嚴(yán)重束縛?，F(xiàn)今教學(xué)中的“應(yīng)試教育”傾向其實(shí)也源于傳統(tǒng)教學(xué)模式，即：教師講，學(xué)生聽(tīng)；教師寫(xiě)，學(xué)生看；教師要求學(xué)生做；口頭強(qiáng)調(diào)“啟發(fā)式”教育，實(shí)際施行的卻是“滿(mǎn)堂灌”，教學(xué)中“費(fèi)時(shí)低效”的現(xiàn)象還不同程度地存在，教學(xué)效益低下。教學(xué)不應(yīng)該只是一個(gè)教與學(xué)的過(guò)程，還應(yīng)該是一個(gè)師生互動(dòng)的過(guò)程。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，要以學(xué)生為中心，多采用啟發(fā)式、討論式、研究式教學(xué)，增加學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)、自學(xué)機(jī)會(huì)和創(chuàng)新機(jī)會(huì)，充分發(fā)揮其個(gè)性和特長(zhǎng)，以利于他們素質(zhì)和能力的綜合提高。

2.2 改革教學(xué)內(nèi)容

目前，社會(huì)對(duì)嵌入式軟硬件開(kāi)發(fā)人才的需求很迫切，需求量也很大。作為應(yīng)用型本科院校，有責(zé)任培養(yǎng)社會(huì)急需的工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才，學(xué)生也非常迫切地希望能夠系統(tǒng)地學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)，得到規(guī)范的指導(dǎo)和訓(xùn)練，以獲得更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。因此，在確定操作系統(tǒng)原理授課內(nèi)容時(shí)，我們跟蹤操作系統(tǒng)原理和相關(guān)技術(shù)的教材，同時(shí)注重嵌入式知識(shí)的講授，嵌入式技術(shù)是軟硬件技術(shù)的高度耦合，涉及到的前期課程有：數(shù)字電路、電路分析、微機(jī)原理與接口、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)原理等。筆者提出在前導(dǎo)課程中有意識(shí)地加入嵌入式技術(shù)的知識(shí)和實(shí)踐訓(xùn)練，做好鋪墊，不僅有利于嵌入式人才的培養(yǎng)，構(gòu)建新學(xué)科體系，還能提升專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)質(zhì)量，使老課程保持技術(shù)進(jìn)步，達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)目的。

結(jié)合我院“創(chuàng)新性應(yīng)用型特色名校”的發(fā)展目標(biāo)，我們?cè)O(shè)計(jì)操作系統(tǒng)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目覆蓋了進(jìn)程控制、進(jìn)程通信、線程（或者進(jìn)程）同步和調(diào)度，存儲(chǔ)器管理、系統(tǒng)調(diào)用，文件系統(tǒng)等方面。我系自主開(kāi)發(fā)了基于μCOS操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。該系統(tǒng)由主機(jī)和目標(biāo)機(jī)構(gòu)成，目標(biāo)機(jī)運(yùn)行μCOS-II系統(tǒng)，主機(jī)上運(yùn)行QT應(yīng)用軟件，μCOS-II通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳遞給QT動(dòng)畫(huà)程序，QT動(dòng)畫(huà)程序?qū)?shí)時(shí)顯示目標(biāo)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并附有文字說(shuō)明來(lái)幫助學(xué)生理解操作系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程。

此外，積極引導(dǎo)學(xué)生參加科技競(jìng)賽活動(dòng)，鼓勵(lì)他們參加“博創(chuàng)杯”嵌入式設(shè)計(jì)大賽和齊魯軟件大賽等競(jìng)賽項(xiàng)目。通過(guò)科技創(chuàng)新活動(dòng)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和解決問(wèn)題的能力。

2.3 豐富教學(xué)方法

圍繞操作系統(tǒng)課程的教學(xué)目的，我們利用了多種教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

采取課內(nèi)教學(xué)與課外輔導(dǎo)相結(jié)合的形式。課內(nèi)學(xué)習(xí)主要教師為中心，講授操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，以及在具體的操作系統(tǒng)中是如何實(shí)現(xiàn)的，主要采用啟發(fā)式教學(xué)；課外輔導(dǎo)，以學(xué)生為中心，通過(guò)我院建立的課程網(wǎng)站，在開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)討論，教師通過(guò)課程網(wǎng)站與學(xué)生交流學(xué)習(xí)心得。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。我們把操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分成兩部分，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)驗(yàn)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)選擇自編的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》中的幾個(gè)項(xiàng)目，要求這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)在windows環(huán)境下，由教師指導(dǎo)，每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成。通過(guò)此訓(xùn)練，使學(xué)生初步能用所學(xué)的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)和程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言知識(shí)，解決操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理中的一些關(guān)鍵問(wèn)題，如：進(jìn)程控制、進(jìn)程通信、線程（或者進(jìn)程）同步和調(diào)度，存儲(chǔ)器管理等，既鞏固了所學(xué)的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理知識(shí)、檢查學(xué)習(xí)效果的作用，通過(guò)利用實(shí)驗(yàn)過(guò)程中解決所遇到的問(wèn)題，也加深對(duì)操作系統(tǒng)原理知識(shí)的理解。我們把μCOS內(nèi)核剖析作為學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)[5，6]。我們的具體的做法是：把學(xué)生分成若干組，每組布置一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，同學(xué)能過(guò)自學(xué)習(xí)完成，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。然后把各組同學(xué)組織在一起講解自己的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這樣培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力，擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)視野。

2.4 加強(qiáng)教學(xué)成效考評(píng)

教學(xué)考評(píng)是衡量教學(xué)效果的重要措施，是促進(jìn)教學(xué)的一種有效手段。這里僅討論對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成效考評(píng)，其考評(píng)目標(biāo)是衡量學(xué)生掌握知識(shí)的情況，評(píng)價(jià)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。因此，考核的項(xiàng)目、內(nèi)容、方式與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)據(jù)此而定，做到合理、公平地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，并建立相應(yīng)試題庫(kù)。根據(jù)操作系統(tǒng)課程內(nèi)容龐雜、涉及面廣、理論性、實(shí)踐性強(qiáng)、技術(shù)發(fā)展快的特點(diǎn)，我們確定采用了動(dòng)態(tài)的過(guò)程考評(píng)和靜態(tài)的課程結(jié)業(yè)考評(píng)相結(jié)合的方式。動(dòng)態(tài)的過(guò)程考評(píng)包括平時(shí)的課內(nèi)作業(yè)、課外學(xué)習(xí)完成的大作業(yè)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)；靜態(tài)的課程結(jié)業(yè)考評(píng)包括課程結(jié)業(yè)的理論筆試和實(shí)驗(yàn)測(cè)試兩項(xiàng)，其中課外布置的大作業(yè)和課外實(shí)驗(yàn)采用報(bào)告、答辯、演示的方式。

3 結(jié)束語(yǔ)

操作系統(tǒng)課程的教學(xué)工作是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為適應(yīng)信息社會(huì)加速發(fā)展的需要，必須對(duì)傳統(tǒng)式的、灌輸式的教學(xué)方式進(jìn)行改革。針對(duì)目前操作系統(tǒng)原理的教學(xué)現(xiàn)狀以及整個(gè)計(jì)算機(jī)科學(xué)的教育改革形勢(shì)，本文提出了應(yīng)更新教學(xué)觀念，以學(xué)生為中心，多采用啟發(fā)式、討論式、研究式教學(xué)；在加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)、基本方法、基本技能的基礎(chǔ)上，優(yōu)化和更新教學(xué)內(nèi)容；豐富教學(xué)方法，堅(jiān)持課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；通過(guò)動(dòng)態(tài)的過(guò)程考評(píng)和靜態(tài)的課程結(jié)業(yè)考評(píng)相結(jié)合等方式強(qiáng)化教學(xué)成效考評(píng)。為適應(yīng)信息社會(huì)快速發(fā)展的需要，今后還應(yīng)加大操作系統(tǒng)課程的改革力度和步伐，盡其所能，把學(xué)生培養(yǎng)成二十一世紀(jì)的合格人才。

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