操作系統(tǒng)教學改革探析

王梅

摘要：操作系統(tǒng)是計算機相關專業(yè)的必修課程，在計算機教學體系中占有重要地位。本文針對以往操作系統(tǒng)教學中存在的問題，提出了操作系統(tǒng)教學內容和方法的改革，對操作系統(tǒng)實驗的設置和教學過程中多種教學方法的運用進行了探討。

關鍵詞：操作系統(tǒng)；教學；改革；實驗；方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0245-02

操作系統(tǒng)是計算機相關專業(yè)的必修課程，在計算機教學體系中占有重要地位，該課程在計算機各類專業(yè)考試中占有很大比重，尤其是09年被列為計算機科學與技術專業(yè)考研的統(tǒng)考科目。在計算機的課程體系中，操作系統(tǒng)起到承上啟下的作用，是硬件的進一步擴展，也是學好軟件課程的基礎。對于計算機專業(yè)的學生，能否學好操作系統(tǒng)課程，掌握操作系統(tǒng)的概念和原理、設計方法以及實現(xiàn)技術，對于今后的發(fā)展至關重要。但是一直以來操作系統(tǒng)的教學中存在很多問題，筆者經過多年教學實踐的探索，結合操作系統(tǒng)的教學現(xiàn)狀和本學院的學生狀況，就操作系統(tǒng)教學內容的改革和教學過程中多種教學方法運用的進行了探討。

一、操作系統(tǒng)目前教學現(xiàn)狀

1.教學內容抽象、枯燥，學生學習興趣不高。作為計算機專業(yè)的必修課程，操作系統(tǒng)是一門知識點多、概念性強、較為抽象的課程，多數(shù)學生在學習過程中感覺知識點零散雜亂，而像進程等一些重要概念和內部實現(xiàn)算法看不見摸不著，使得教學過程更加枯燥無味，導致學生學習興趣降低，學習效果差，單純?yōu)榱藨犊荚嚩鴮W習，最終只了解了“操作系統(tǒng)”的皮毛，沒能理解其真正的內涵。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學忽視了理論和實踐的結合，進一步加重了這種現(xiàn)象，使得操作系統(tǒng)變成了一門學生不愿學，老師不愿教的一門課程。

2.課程的內容陳舊，遠落后于該領域最新的研究成果。當代操作系統(tǒng)的發(fā)展速度日新月異，每隔一段時間就會有一種新的系統(tǒng)問世。大多課程教材只能反應操作系統(tǒng)的經典內容，無法體現(xiàn)當代操作系統(tǒng)的狀況和發(fā)展態(tài)勢。

3.課程實踐環(huán)節(jié)與理論學習嚴重脫節(jié)。由于課程內學時的限制，傳統(tǒng)的實驗環(huán)節(jié)往往是對主流操作系統(tǒng)的初步接觸與使用，而對操作系統(tǒng)內核本身沒有任何觸及，這樣學生在課堂中所學的操作系統(tǒng)原理以及概念流于形式，對以后從事這方面研究或系統(tǒng)開發(fā)工作的幫助十分有限。

二、教學改革

1.教學內容改革?；谝酝僮飨到y(tǒng)課程教學中內容陳舊，實踐性不強的問題，筆者對該課程的教學內容進行全面改革，在以往只有操作系統(tǒng)基本原理教學的基礎上，增加了Linux系統(tǒng)的使用和編程內容。通過過Linux系統(tǒng)的使用和編程進一步加深對操作系統(tǒng)課程中介紹的一些思想和方法認識，提高學生的學習興趣。在實驗內容的設置上，考慮到學生的層次和實驗課時的不同，把實驗分為不同的層次。因此，增加的實驗內容可分成以下幾類：①操作驗證型實驗是最基本層次的實驗，其目的是讓學生通過簡單的驗證來熟悉所使用的系統(tǒng)，如系統(tǒng)的安裝、命令的使用等。②技術應用型實驗是讓學生理解各種算法、結構框架、功能實現(xiàn)等內容，使抽象與設計結合，與實際的操作系統(tǒng)相聯(lián)系。③綜合型實驗是高層次的實驗，是對學生綜合能力的訓練。主要促使學生理解操作系統(tǒng)內核、開源碼分析和應用模塊設計等，通過案例復現(xiàn)和模塊替換實驗等，掌握技術實現(xiàn)和模塊設計的方法與技巧。對于實驗課時少的專業(yè)，只要完成1類實驗就可以，課時多的專業(yè)，完成1類實驗和2類實驗，對于水平較高的學生可以指導完成3類實驗，不同層次的實驗為學生提供了一個由淺入深的實踐過程，通過Linux系統(tǒng)的使用和編程進一步加深對操作系統(tǒng)課程中介紹的一些思想和方法的認識。

2.教學方法改革。在教學中增加了Linux系統(tǒng)相關內容后，為了讓基本理論和實踐內容相輔相成，筆者對該課程的教學方法進行了進一步探索：①采用任務式教學法，培養(yǎng)學生的動手能力。任務式教學方法，是指教師把教學內容設計成一個或多個具體的任務，讓學生通過完成這些任務，掌握教學內容，達到教學目標。它是一種以學生主動學習，教師加以引導的教學方法。它打破了傳統(tǒng)教學方法中的教師一味的灌輸?shù)臓顩r，以完成一個任務來驅動學生學習，通過探索問題來驅動和維持學生的學習興趣和動機，使學生成為學習的主體，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和獨立分析問題、解決問題的能力。例如：每次上實驗課前，可提出幾個需要解決的問題，讓學生獨立思考，并上機實驗自己解決，當學生有問題時，引導學生查閱書籍或上網解決，在下次上課時，讓學生討論不同解決方案的解決效果，從而提高學生學習的積極性和主動性。②理論和實踐將結合。目前多數(shù)操作系統(tǒng)課程授課時只是簡單地對概念、原理和算法進行講解，教學課件也只是書中內容的羅列，教學手段比較單一，教學內容的枯燥與教學方法的滯后，使得學生學習興趣無法提高。為了幫助學生盡快地理解并掌握操作系統(tǒng)課程中的重要算法，使課堂變得生動活潑，可以讓學生編寫相關的進程同步和通信程序、對內存的管理程序，設備的驅動程序等，通過編程使學生既加深了對操作系統(tǒng)的管理方法的掌握程度，又增強了編程能力，可謂一舉兩得。也可以讓編程能力強的學生把這些做成可視化界面的效果，讓他們在課堂上講解并演示，從而讓課堂變得更加生動有趣，進一步提高學生參與課堂的積極性。③實例教學法。操作系統(tǒng)的知識點比較多，內容抽象，在講解的過程中應將抽象的問題實例化，即有針對性地選取課程中的重點難點，以例題的形式進行分分析，通過這種形象化具體化的方法，幫助學生理解課堂內容，加深印象，同時掌握課程的解題的思路，從而為各種考試奠定良好的基礎。④類比教學法。操作系統(tǒng)課程的重點和難點在于清晰講解經典和抽象的設計原理、概念、數(shù)據(jù)結構及算法。為此，在課堂講授中，將實際應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、基礎理論進行類比，有助于學生直觀、形象地理解操作系統(tǒng)的理論知識，激發(fā)學生的學習興趣。例如，講進程調度算法時，把它和超市排隊結賬聯(lián)系起來，每一個正在結帳的用戶就相當于占有了CPU，購買物品多的顧客需要CPU的時間長，少的顧客需要CPU的時間短，這樣先來先服務、短作業(yè)優(yōu)先等各種算法的優(yōu)點缺點就顯而易見了。講到操作系統(tǒng)對于I/O設備的控制方式，把它和班主任對班級的管理聯(lián)系起來，班主任相當于CPU，要想讓班主任的管理效率高，不能什么事情都親力親為，應當把權力下放到每一個同學，但又不能不管，因此每個同學在處理事情到一定階段的時候，都要向班主任報告，不管班主任手頭處理著什么事情，有同學向他報告時，都要來處理，這就是中斷。如果想讓處理的效率更高，可以把做事情的流程寫下來，讓學生按照流程去做，全部做完后，再向他匯報，這就是通道。通過這樣一些類比的引入，豐富了課堂，也讓學生感覺教學不再枯燥。⑤啟發(fā)式教學。教學過程中，可以引導學生按照提出問題-分析問題-解決問題的思路，逐步開拓思維，找到問題的解決方法，并和書中的方法比較，看看在操作系統(tǒng)中是不是這樣解決的，從而達到深入淺出的效果。例如講解鎖機制時，可以讓學生結合類比教學法思考，比如有一間屋子，屋內只準一個人進入，怎樣達到這樣的保證呢？很顯然，進入屋子的人只要把門鎖上，其他想進入的人再推門就推不開了，屋內的人使用完畢后，把鎖打開，其他的人就可以進入了。找到生活中解決的問題的方法后再看鎖機制，就非常簡單了。接著考慮鎖機制的問題，在鎖機制中，進程使用循環(huán)反復測試能不能使用臨界資源，在此過程中始終占用CPU，處于忙等的狀態(tài)，就像上述例子中進入不到屋子的人反復推門是不是打開了一樣，很顯然，生活中這樣做法很傻，那么怎么解決呢？可以讓他在旁邊等著，那這時又怎樣知道里面的人出來沒出來呢，這時學生可以想到讓里面的人出來告訴門口等著的人一聲。說到這，我們生活中的問題解決了，那么操作系統(tǒng)中怎樣解決的呢，這就是進程間的通信，通信就是靠鎖機制基礎上建立起來的信號量機制來完成的。同時，當進入不到屋子的人在旁邊等著的時候，又出現(xiàn)了一種新的現(xiàn)象，可能在他等待的過程中，又有一個人想進入屋內，可是推門后發(fā)現(xiàn)門鎖著，他也不能進入，那么他怎么辦呢，也在旁邊等著，怎樣組織這些所有等待使用這間屋子的人呢，可以讓他們按照時間來排隊，這樣屋內的人出來之后只要通知隊首的人就行了。講到這里，信號量機制的結構，實現(xiàn)方法就都出來了。在此過程中，學生通過分析問題找到解決方法的過程，理解了信號量機制的實現(xiàn)原理。操作系統(tǒng)教學過程中多種方法的綜合運用，能夠有效地豐富課堂，使課堂變得生動有趣，使學生在實踐中掌握了操作系統(tǒng)的理論和方法，提高教學效率。

操作系統(tǒng)課程是計算機專業(yè)的核心課程，課程的教學改革的目的不僅在于讓學生認識到本課程與其他專業(yè)課程的緊密聯(lián)系，激發(fā)他們的學習興趣，最重要的是將專業(yè)基礎課程的知識與實踐相互結合，激發(fā)學生的學習熱情，有效地提高專業(yè)技能，為學生今后的職業(yè)規(guī)劃與長遠發(fā)展奠定基礎。

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