操作系統(tǒng)課程在應(yīng)用型本科高校的教學(xué)改革與實踐

摘 要：本文通過分析“操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合筆者在應(yīng)用型本科高校進行該課程教學(xué)和改革的一些體會，提出了教學(xué)過程中全局觀的建立，探討了體驗式教學(xué)法的具體措施，改革了當(dāng)前教學(xué)活動中的薄弱環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；全局觀；教學(xué)

中圖分類號：TP316.7 文獻標(biāo)識碼：A

1 引言（Introduction）

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的重要系統(tǒng)軟件，它是計算機系統(tǒng)中軟硬件資源的管理者，用戶與計算機硬件的接口，操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中有如此重要的地位，使得該課程成為計算機科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)必修課。通過該課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生理解計算機系統(tǒng)工作原理、了解操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)技術(shù)、初步具備系統(tǒng)軟件開發(fā)技能，為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，為將來從事各種研發(fā)工作提供必要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)準備。

操作系統(tǒng)課程是在先修了程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成原理等專業(yè)課后開設(shè)的課程，因此要求學(xué)生能在扎實的基本功上開始本課程的學(xué)習(xí)。但操作系統(tǒng)所包含的內(nèi)容廣泛、概念抽象而龐雜、專業(yè)集成度高，知識點和原理的講授顯得比較枯燥。而且操作系統(tǒng)在長期的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了多種策略和算法，在課堂上要講解這些處理機制所依據(jù)的技術(shù)條件及其優(yōu)劣，如果教師只是簡單地把教學(xué)內(nèi)容灌輸給學(xué)生，將很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性[1]。

另外，操作系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生有較強的抽象思維能力，有深厚的程序語言功底、扎實的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和一定的硬件基礎(chǔ)知識，學(xué)生在知識基礎(chǔ)不完備、缺乏系統(tǒng)性學(xué)習(xí)的情況下難免有畏難情緒。如果在教學(xué)過程中不注意理論與實際的結(jié)合，會使大部分學(xué)生對操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)只是停留在理論層面上。即使布置了上機實踐內(nèi)容，由于運行結(jié)果不像其他程序設(shè)計語言或應(yīng)用軟件能夠有立竿見影的效果，學(xué)生會片面地認為這門課就是理論課，只需要記憶術(shù)語和解決機制就行了，不需要深刻理解，就算學(xué)好了也沒有用處。最終這門主干課程變成了最“無用”的課程。

2 以全局觀思想為主線展開教學(xué)（Teaching with

the overall viewpoint）

操作系統(tǒng)課程的前導(dǎo)專業(yè)課有C語言、計算機組成原理和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本課程還與計算機網(wǎng)絡(luò)、Java程序設(shè)計、編譯原理、數(shù)據(jù)庫等課程有著密切的聯(lián)系[2，3]，因此操作系統(tǒng)課程是計算機及相關(guān)專業(yè)非常重要的“承上啟下”的課程，在教學(xué)過程中必須以“大課程觀”的思路與其他專業(yè)基礎(chǔ)課的內(nèi)容和知識相結(jié)合。在各章節(jié)涉及到相應(yīng)部件的硬件知識時應(yīng)融合計算機組成原理課程的知識；在介紹存儲管理中程序的編譯鏈接時應(yīng)結(jié)合編譯原理課程的知識；在介紹進程同步互斥、死鎖等內(nèi)容時要結(jié)合數(shù)據(jù)庫原理、計算機網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念，通過這種聯(lián)系將多門專業(yè)基礎(chǔ)課程有機地貫通起來，不僅使本課程的教學(xué)不再枯燥，也體現(xiàn)本課程的“有用性”，有效地促進了整個專業(yè)理論體系的完善。

操作系統(tǒng)課程分為處理器管理子系統(tǒng)、存儲器管理子系統(tǒng)、設(shè)備管理子系統(tǒng)、文件管理子系統(tǒng)[4]，在教學(xué)中強調(diào)模塊化設(shè)計思想，以軟件工程的觀點訓(xùn)練學(xué)生將大型軟件劃分為若干較小的模塊，再對各模塊進行需求分析和功能設(shè)計，使學(xué)生提前接受軟件工程課程的基本知識。

抓住“大課程觀”這根主線后，在展開教學(xué)的時候引導(dǎo)學(xué)生綱舉目張的學(xué)習(xí)?！熬V”就是操作系統(tǒng)是計算機軟硬件資源的管理者，“目”就是處理機、存儲器、外設(shè)、文件這些具體對象的管理，作為管理者要考慮如何有效地管理使得內(nèi)部協(xié)調(diào)推進，還要考慮與外部進程安全而有效地聯(lián)系。各部件之間是相互關(guān)聯(lián)的，構(gòu)成一個有機的整體，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生沿著一條主線系統(tǒng)而不是孤立、盲目地學(xué)習(xí)。

3 體驗式教學(xué)方法的實踐（The practice of

experiential pedagogy）

在操作系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中，如何讓枯燥的理論煥發(fā)出它本質(zhì)的魅力，既調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又兼顧知識體系的融合性，這就要求任課教師注意授課技巧。

通過在應(yīng)用型本科院校的實踐，總結(jié)出一套體驗式教學(xué)方法。具體就是，教師在介紹理論之前，首先以生活中的事件為載體，以生動的、形象的、學(xué)生愿意參與討論的案例為背景，吸引學(xué)生思考，積極探討并提出多種解決方案，然后比較各方案的優(yōu)缺點，討論是否還有更優(yōu)的方案、是否照顧到各類用戶的需要。

以調(diào)度算法為例，設(shè)置醫(yī)院這種生活化的場景，將病人比喻為進程，當(dāng)多個進程到達時，作為院方最簡單的解決方案是先來先服務(wù)。然后引導(dǎo)學(xué)生展開討論：如果是急病或慢性病怎么處理？如果用戶只是來開藥不需要看醫(yī)生也要等那么長時間嗎？這時候再拋出教材上的短進程優(yōu)先、多級反饋隊列等算法，由于學(xué)生首先站在有感知問題的角度看問題，已經(jīng)有了生活的體驗，這時再從具體到抽象，比起一開始就介紹空洞的理論，學(xué)生更容易理解和接受，而且由于參與了討論，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更促進了研究性學(xué)習(xí)的氛圍。在研究完進程調(diào)度算法后，任課教師可以繼續(xù)帶動學(xué)生展開討論，正如人們到銀行辦業(yè)務(wù)、到火車站買票一樣，只要人多必然要排隊。同理，系統(tǒng)中只要有多個進程競爭資源就要構(gòu)造不同的隊列，操作系統(tǒng)為了保證其有效性，提出了各種調(diào)度算法，在后續(xù)章節(jié)研究置換算法、磁盤調(diào)度算法等問題時還會遇到相似策略，學(xué)生可以舉一反三地學(xué)習(xí)。通過這種點、面相結(jié)合的教學(xué)，幫助學(xué)生理解各知識點是相關(guān)聯(lián)的，不能割裂地、孤立地學(xué)習(xí)，要有全局觀。

其實，操作系統(tǒng)中的許多經(jīng)典算法和原理都和人們現(xiàn)實生活中的行為相類似，或者說這門課程更像是管理學(xué)。將生活中的現(xiàn)實問題與操作系統(tǒng)的原理關(guān)聯(lián)起來，就能夠加深學(xué)生對原理的理解。在該課程其余原理的教學(xué)中，可以結(jié)合等公共汽車、電視選秀節(jié)目這些學(xué)生感興趣的例子進行類比，將已知知識抽象、升華為操作系統(tǒng)知識，不斷提高學(xué)生的理解力和解決問題的能力。

4 突破教材的局限（Breakthrough the limitation of

the textbooks ）

教材的內(nèi)容總是高度理論化的，而且滯后于當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展。因此教師在教學(xué)過程中要能夠突破課本，帶動學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí)。例如在介紹設(shè)備管理的磁盤調(diào)度問題時，可以拿一塊硬盤實物給學(xué)生看，講解機械硬盤的尋道時間和旋轉(zhuǎn)延遲時間是如何產(chǎn)生的。再進行知識拓展，介紹目前正在推廣使用的固態(tài)硬盤，由于其基于閃存或基于DRAM等存儲介質(zhì)，使得它具有存儲速度快、抗摔性能強、低功耗、無噪音等特點，但也帶來容量小、壽命短、價格貴的問題，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合計算機組成原理課程的有關(guān)硬件知識，研究比較兩類硬盤的性能參數(shù)，比較兩者在調(diào)度算法、緩沖技術(shù)上可以采用哪些不同的技術(shù)，使學(xué)生不僅可以了解目前操作系統(tǒng)發(fā)展的動態(tài)，而且可以激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探究和學(xué)習(xí)的興趣。

教材涉及的算法較多，以內(nèi)存管理為例，介紹了首次適應(yīng)、最佳適應(yīng)、最壞適應(yīng)等分區(qū)分配算法，也提到了快速分配算法和伙伴系統(tǒng)，這些算法教材只給出了設(shè)計思路，沒有詳細的代碼。教學(xué)中，教師可以通過課堂演示或上機實踐的環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠通過觀察實驗結(jié)果，真正了解各算法的優(yōu)缺點，彌補教材敘述的不足。

另外，還可通過建設(shè)動態(tài)教學(xué)網(wǎng)站，利用網(wǎng)絡(luò)課件、網(wǎng)絡(luò)作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)資料庫等教材外的資源。教師可以提供一些電子資源的鏈接、上傳一些電子書，以及當(dāng)前最新研究成果，豐富教學(xué)內(nèi)容，拓展學(xué)生的視野，提供學(xué)生課后學(xué)習(xí)的可能性。

5 結(jié)論（Conclusion）

操作系統(tǒng)課程的基本原理枯糙而抽象，學(xué)生理解起來比較困難，為了提高教學(xué)效果，我們在授課過程中嘗試多種教學(xué)策略，將課程中的重點和難點與生活化的事例進行類比，通過這些與學(xué)生生活相關(guān)的實例講解延伸到抽象理論的介紹，使學(xué)生易于理解。同時注重與其他專業(yè)課程知識的關(guān)聯(lián)和銜接，既使得本課程的教學(xué)具有事半功倍的作用，而且鍛煉了學(xué)生計算思維的能力，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新思維、分析問題、解決問題、評價問題解決方案的能力，并嘗試提出更優(yōu)的解決方案。這些教學(xué)嘗試在實際教學(xué)的實踐中，確實起到了良好的效果，值得在應(yīng)用型本科高校中繼續(xù)實踐下去。

參考文獻（References）

[1] 侯海霞.關(guān)于在高校如何有效開展操作系統(tǒng)課程教學(xué)的思考

[J].太原大學(xué)學(xué)報，2012，13（4）：121-123.

[2] 柳文濤，李聲，包云.整體法在操作系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建

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[3] 吳婭婷.基于《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)改革的研究[J].電腦知識

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[4] 張堯?qū)W，史美林，張高.計算機操作系統(tǒng)教程[M].北京：清華大

學(xué)出版社，2006.

作者簡介：

潘 雷（1969-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：校企合作人才

培養(yǎng)模式，軟件開發(fā).