針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)研究

摘 要：針對(duì)應(yīng)用型非計(jì)算機(jī)專業(yè)《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)面臨的問(wèn)題和困難，結(jié)合課程特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際，就課程的教學(xué)改革進(jìn)行了研究。旨在采取循序漸進(jìn)、由淺入深的原則調(diào)整理論教學(xué)章節(jié)內(nèi)容和安排，改變學(xué)生對(duì)該門課程的畏懼思想，提高學(xué)習(xí)興趣；輔以多元化的教學(xué)手段，實(shí)踐證明取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；教學(xué)改革；課程設(shè)置

中圖分類號(hào)：TP316-4

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，是其它一切軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)平臺(tái)。操作系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)軟件硬件有機(jī)結(jié)合起來(lái)和用戶進(jìn)行交互。

操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的特殊地位，使得《操作系統(tǒng)》課程在計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)習(xí)中占據(jù)重要的地址，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)體系中的基礎(chǔ)課程。學(xué)習(xí)和了解操作系統(tǒng)的工作機(jī)理和工作方式，從而更好的進(jìn)行計(jì)算機(jī)應(yīng)用開發(fā)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子信息科學(xué)等專業(yè)同學(xué)必備的知識(shí)和技能。

1 課程特點(diǎn)

《操作系統(tǒng)》課程主要介紹操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，講授眾多操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精髓?！恫僮飨到y(tǒng)》課程是人們?cè)诓僮飨到y(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，課程內(nèi)容是面向技術(shù)，而不是某個(gè)特定產(chǎn)品。課程學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)者是站在操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的角度來(lái)研究和學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

操作系統(tǒng)軟件的特殊地位、操作系統(tǒng)課程的學(xué)科地位，以及該課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)定位，使得操作系統(tǒng)課程教學(xué)中具有技術(shù)更新速度快、概念抽象、系統(tǒng)性差、原理性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2 教學(xué)目標(biāo)

教師在安排操作系統(tǒng)理論和實(shí)踐教學(xué)時(shí)要綜合考慮教學(xué)大綱、培養(yǎng)學(xué)時(shí)、培養(yǎng)對(duì)象類型及培養(yǎng)對(duì)象基礎(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，圍繞操作系統(tǒng)教學(xué)可以分為三個(gè)層次：

2.1 作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，包含在“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”、“計(jì)算機(jī)原理”等課程的教學(xué)培訓(xùn)中，非獨(dú)立授課，主要學(xué)習(xí)某一操作系統(tǒng)的基本操作和使用。

2.2 作為專業(yè)選修課程，要求培養(yǎng)對(duì)象對(duì)特定操作系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和工作原理有較全面和深入的了解，能夠使用API和相關(guān)平臺(tái)進(jìn)行針對(duì)該操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)和調(diào)試。

2.3 作為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)必修課，要求培養(yǎng)對(duì)象深入掌握操作系統(tǒng)工作原理，熟悉操作系統(tǒng)內(nèi)核，能夠使用該操作系統(tǒng)平臺(tái)相關(guān)的復(fù)雜公交來(lái)解釋并開發(fā)底層驅(qū)動(dòng)、中間件和應(yīng)用程序等一系列應(yīng)用，掌握操作系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)技術(shù)。

對(duì)于應(yīng)用型院校非計(jì)算機(jī)專業(yè)來(lái)說(shuō)，由于前期課程設(shè)置、培養(yǎng)方案等因素的影響，使得如果像計(jì)算機(jī)專業(yè)一樣將本課程的導(dǎo)入起點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)設(shè)定得過(guò)高的話，反而使得教學(xué)效果大打折扣。以課程學(xué)時(shí)設(shè)置為例：

計(jì)算機(jī)專業(yè)該課程的設(shè)置一般為48+16課時(shí)，電子信息專業(yè)為38+10課時(shí)，教學(xué)內(nèi)容涵蓋進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理等操作系統(tǒng)主要部分的原理和應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)教材一般偏重于理論講解，較為抽象。學(xué)生沒有一定的理論基礎(chǔ)理解較難，以下是一本典型操作系統(tǒng)教材的章節(jié)安排：（1）操作系統(tǒng)概論；（2）進(jìn)程管理；（3）處理器調(diào)度與死鎖；（4）存儲(chǔ)管理；（5）文件管理；（6）設(shè)備管理；（7）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

可以看出《操作系統(tǒng)》是綜合性較強(qiáng)的課程，有較強(qiáng)的理論性和綜合性。要學(xué)好這門課，學(xué)生不但要有較強(qiáng)的抽象思維能力，而且要具有一定的程序設(shè)計(jì)能力，對(duì)《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》等前導(dǎo)課程有較好的掌握。如果不了解培養(yǎng)對(duì)象已有知識(shí)儲(chǔ)備和能力，在較少的課時(shí)安排下照本宣科，強(qiáng)行灌輸大量抽象枯燥的理論知識(shí)，將導(dǎo)致學(xué)生對(duì)該門課產(chǎn)生厭學(xué)逆反心理。

由以上分析可以看出，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的操作系統(tǒng)課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容需要根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案、前導(dǎo)課程、培養(yǎng)對(duì)象已有能力等統(tǒng)籌考慮和安排，靈活度大同時(shí)也更難把握。

3 教學(xué)模式

針對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)際課程設(shè)置的限制，設(shè)計(jì)規(guī)劃了一套操作系統(tǒng)課程理論實(shí)踐教學(xué)的模式，其核心理念是：“抓主干，擴(kuò)枝葉；托低承高，動(dòng)態(tài)調(diào)整”。

首先，通過(guò)“課堂理論教學(xué)+實(shí)踐教學(xué)+課程大作業(yè)+畢業(yè)設(shè)計(jì)”將課程學(xué)時(shí)有機(jī)擴(kuò)展，對(duì)不同層次不同培養(yǎng)目標(biāo)的學(xué)生的教學(xué)側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分，設(shè)置四個(gè)層次的教學(xué)目標(biāo)：（1）操作系統(tǒng)的使用管理。針對(duì)初次接觸某一操作系統(tǒng)，對(duì)其工作原理使用方法都不熟悉，相關(guān)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，通過(guò)該系統(tǒng)的安裝、GUI和常用命令的使用以及系統(tǒng)功能的使用管理使學(xué)生對(duì)該系統(tǒng)有較好的感性認(rèn)識(shí)，能夠使用該系統(tǒng)完成一些實(shí)際工作并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的配置和維護(hù)；（2）操作系統(tǒng)內(nèi)核及工作原理。在學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)已有一定了解和使用經(jīng)驗(yàn)的情況下，進(jìn)一步系統(tǒng)分析其各個(gè)功能模塊和工作原理，以Linux操作系統(tǒng)為例，要讓學(xué)生知道其文件管理、設(shè)備管理、進(jìn)程調(diào)度等主要功能模塊；內(nèi)核如何通過(guò)內(nèi)核態(tài)/用戶態(tài)切換以及進(jìn)程調(diào)度來(lái)管理同時(shí)運(yùn)行的多個(gè)任務(wù)等，教學(xué)中要有主次，比如文件系統(tǒng)和進(jìn)程調(diào)度的原理可以重點(diǎn)講解分析，設(shè)備管理等只要介紹原理即可。使得學(xué)生將操作系統(tǒng)的直觀的使用感受和對(duì)現(xiàn)行的觀察同理論知識(shí)想結(jié)合，加深對(duì)操作系統(tǒng)的理解；（3）API編程及平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)。介紹操作系統(tǒng)提供的API接口以及相應(yīng)的開發(fā)工具和手段，讓學(xué)生結(jié)合以后的編程知識(shí)編寫、調(diào)試基于該操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序，這一過(guò)程應(yīng)該“循序漸進(jìn)”，從簡(jiǎn)單的shell編程到文件讀寫、存儲(chǔ)管理、同步機(jī)制、進(jìn)程/線程調(diào)度，通信等，在這一過(guò)程中不斷補(bǔ)充加深對(duì)內(nèi)核工作機(jī)制和相關(guān)算法的介紹，使得學(xué)生逐步具備基于該操作系統(tǒng)的程序開發(fā)設(shè)計(jì)能力；（4）內(nèi)核定制與操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在對(duì)內(nèi)核工作原理熟悉掌握后，能根據(jù)需求對(duì)內(nèi)核進(jìn)行配置和開發(fā)，嘗試進(jìn)行微型操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這一階段是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用于提高，能夠培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力可以結(jié)合課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行，主要針對(duì)具備一定能力，對(duì)操作系統(tǒng)有濃厚興趣的學(xué)生進(jìn)行。

操作系統(tǒng)各個(gè)層次的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)如圖1所示：

為了更好的貫徹前述層次教學(xué)的理念，我們針對(duì)操作系統(tǒng)（Linux）課程理論教學(xué)部分進(jìn)行如下調(diào)整設(shè)置：（1）操作系統(tǒng)概論；（2）Linux常用命令；（3）文件管理、設(shè)備管理；（3）Linux下Shell編程；（4）Linux下C編程；（5）進(jìn)程管理、內(nèi)存管理；（6）多線程。

相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)置如下：（1）Linux常用命令練習(xí)；（2）TFTP、NFS服務(wù)配置；（3）Makefile的編寫及應(yīng)用；（4）Linux內(nèi)核與根文件系統(tǒng)映像文件的編譯及調(diào)試；（5）大作業(yè)（進(jìn)程調(diào)度、通信或同步）。

與傳統(tǒng)課程的安排不同，調(diào)整后的課程設(shè)置著重體現(xiàn)了“由易到難，循序漸進(jìn)；由感性認(rèn)識(shí)加深理性分析”的思想，其中“操作系統(tǒng)概論”、“Linux常用命令”兩個(gè)教學(xué)章節(jié)將使得第一次接觸Linux操作系統(tǒng)的學(xué)生對(duì)該系統(tǒng)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀，主流版本有所了解，熟悉Linux的用戶界面、常用功能和命令行工作方式，建立對(duì)系統(tǒng)的直觀認(rèn)知；將“文件管理、設(shè)備管理”章節(jié)提前與此講授是很有必要的，因?yàn)長(zhǎng)inux操作系統(tǒng)將“數(shù)據(jù)”和“設(shè)備”統(tǒng)一作為“文件”來(lái)進(jìn)行操作和管理，而文件系統(tǒng)與設(shè)備管理又是與用戶關(guān)系最為密切，使用最為頻繁的操作系統(tǒng)功能模塊，因此如果學(xué)生不能對(duì)其內(nèi)在架構(gòu)和工作原理有所了解的話會(huì)對(duì)Linux的進(jìn)一步掌握造成困難?！癓inux下Shell編程”和“Linux下C編程”使得學(xué)生掌握Linux操作系統(tǒng)下的程序開發(fā)技能，從這里開始，編程開發(fā)和操作系統(tǒng)原理的知識(shí)互相穿插融合，使得理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合；“進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、多線程”是Linux操作系統(tǒng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是多任務(wù)操作系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)或內(nèi)核開發(fā)都必須使用到的，應(yīng)該重點(diǎn)講授，使得學(xué)生對(duì)進(jìn)程調(diào)度、優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)、同步/互斥/死鎖、進(jìn)程間通信等有全面的掌握。

在理論授課中，應(yīng)該充分使用多媒體教學(xué)，包括PPT，虛擬機(jī)上Linux的實(shí)時(shí)演示示范等，避免枯燥的理論灌輸。每一個(gè)階段的教學(xué)到安排了與之配套的實(shí)驗(yàn)和作業(yè)，在學(xué)期末通過(guò)綜合性的大作業(yè)考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的整體掌握度。對(duì)于具備較高相關(guān)知識(shí)的學(xué)生，可以通過(guò)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)雜項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)，從而使其對(duì)Linux的設(shè)計(jì)開發(fā)能力得到鍛煉提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

教學(xué)改革是一個(gè)是不斷深化、完善的過(guò)程。操作系統(tǒng)教學(xué)改革應(yīng)沿著教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念、教學(xué)手段等方面繼續(xù)深入下去，將操作系統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量提高到一個(gè)新水平，培養(yǎng)出社會(huì)需要的、具有創(chuàng)新能力的人材。

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作者簡(jiǎn)介：邱立達(dá)（1984-），男，福建福州人，講師，碩士，研究方向：模式識(shí)別、機(jī)器視覺、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

作者單位：閩江學(xué)院物理學(xué)與電子信息工程系，福州 350108