操作系統(tǒng)課程有效教學(xué)淺析

蔣俊鋒+夏宏雷

摘 要：《操作系統(tǒng)》課程作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修課程在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)領(lǐng)域占有很重要的位置。本文從教學(xué)內(nèi)容和方法出發(fā)探討教學(xué)中存在的問題，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的有效教學(xué)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵字：操作系統(tǒng)；教學(xué)方法；有效教學(xué)

Abstract： The computer operating system course as a major in computer science and technology occupies a very important position in the field of computer science teaching. This paper describes the problems of teaching content and methods in the teaching progress， and then the effectiveness of teaching content and teaching methods are discussed.

Key words： operating system； teaching method； effective teaching

操作系統(tǒng)不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)與計(jì)算專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，也是其他與計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的必修課。它涉及的知識(shí)抽象而又全面，學(xué)生必須要在了解相關(guān)計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)的基礎(chǔ)上再利用軟件實(shí)現(xiàn)和鞏固所學(xué)知識(shí)，因此需要較強(qiáng)的理論理解能力和實(shí)際的動(dòng)手能力。操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)軟硬件課程中起著承上啟下的作用，因此教學(xué)過程中好的教學(xué)方法就尤為重要。

1 實(shí)際教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)代教育以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合，而操作系統(tǒng)是一門理論性較強(qiáng)，實(shí)際應(yīng)用較難的一門課程，且涉及的知識(shí)面廣、專業(yè)知識(shí)深，使得學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)這門課程索然無味，缺乏學(xué)習(xí)興趣，忽略了它的重要性。為了滿足培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需求，在應(yīng)用型本科課程培養(yǎng)方案的設(shè)定中操作系統(tǒng)的課時(shí)設(shè)置較以前減少，但課程重點(diǎn)內(nèi)容和難度并未降低。在操作系統(tǒng)理論教學(xué)方面教學(xué)方法主要以講授為主的強(qiáng)灌式教學(xué)，教學(xué)方法單一，達(dá)不到預(yù)期教學(xué)效果。另外，在操作系統(tǒng)課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面由于實(shí)驗(yàn)條件環(huán)境的限制，需要合理的安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法[1]。要使學(xué)生更投入更專注的學(xué)好這門課程，便對(duì)教學(xué)方法提出了新的要求。

2 理論教學(xué)內(nèi)容與方法

2.1 設(shè)置有效的課程教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，操作系統(tǒng)也更替較快，一些新的概念與算法原理在操作系統(tǒng)被更替的過程中也體現(xiàn)出來。第一是在現(xiàn)今的教學(xué)過程中選擇的教材不但要跟上時(shí)代步伐，且滿足基本知識(shí)面涵蓋齊全的原則，選擇針對(duì)當(dāng)今主流操作系統(tǒng)Windows、Unix和Linux的教材[2]。第二是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目的制定教學(xué)大綱和教案，摒棄或少講應(yīng)用不廣泛的技術(shù)，對(duì)于應(yīng)用性強(qiáng)且多的技術(shù)應(yīng)加多課時(shí)量進(jìn)行講解，如信箱通信和段式管理方式就要少講，而線程的概念與多線程技術(shù)在計(jì)算機(jī)專業(yè)中應(yīng)用廣泛，應(yīng)該加大課時(shí)量講解。第三，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以操作系統(tǒng)四大系統(tǒng)資源為主，全程圍繞這四類資源的各自運(yùn)作與相互關(guān)聯(lián)進(jìn)行講解。

2.2 采用類比教學(xué)

此處類比教學(xué)方法是將難以理解的內(nèi)容類比為大家所熟悉的事物，然后展開教學(xué)的方法。由于操作系統(tǒng)很多概念比較抽象，學(xué)生理解較難，在教學(xué)過程中盡可能多的采用類比式教學(xué)方法把新事物類比為熟悉的事物來建立知識(shí)體系培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力。例如在講解進(jìn)程和線程的關(guān)系時(shí)，進(jìn)程可以創(chuàng)建線程，進(jìn)程在執(zhí)行時(shí)需要向系統(tǒng)申請(qǐng)資源，進(jìn)程中可以包含若干個(gè)線程，它們可以利用進(jìn)程所擁有的資源，我們可以如下圖1所示進(jìn)行類比： 計(jì)算機(jī)的核心是CPU，它是一個(gè)時(shí)刻在運(yùn)行的工廠，計(jì)算機(jī)里的多個(gè)進(jìn)程是各個(gè)用途不同的車間，但工廠電力有限每次只能給一個(gè)車間供電，那么每次只能有一個(gè)車間處于運(yùn)行之中，別的車間得不到電就處于非運(yùn)行態(tài)，一個(gè)車間里可以有很多工人，每個(gè)工人都是一個(gè)線程，他們協(xié)同完成一個(gè)任務(wù)，車間的資源是工人們所共享的，每個(gè)人都可以使用，但有些資源每次只能讓一個(gè)人使用，如廁所，必須等某工人使用完后另一個(gè)工人才可以使用，這就是互斥，有些資源可以讓多個(gè)工人同時(shí)使用，如休息區(qū)，但休息區(qū)每次只能容納5個(gè)人，當(dāng)休息區(qū)滿了5個(gè)人后只能排隊(duì)等待別人出來后才可以進(jìn)去，這就是信號(hào)量。

2.3 采用啟發(fā)式教學(xué)

啟發(fā)式教學(xué)模式近年已在高等院校教學(xué)中已得到廣泛認(rèn)可。和傳統(tǒng)教學(xué)方式相比啟發(fā)式教學(xué)更突出了學(xué)生的主體性，增強(qiáng)了學(xué)生的課堂投入力，鍛煉了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力。操作系統(tǒng)教學(xué)中也應(yīng)多使用這種教學(xué)方式來驅(qū)除教學(xué)過程中的乏味，如在講解處理機(jī)調(diào)度這個(gè)內(nèi)容時(shí)可先利用類比法將進(jìn)程類比為病人、處理機(jī)類比為醫(yī)生，然后引出病人輪流看醫(yī)生就稱為處理機(jī)調(diào)度。再激發(fā)學(xué)生思考病人看病應(yīng)遵循什么原則才合理與公平，此時(shí)學(xué)生就會(huì)提出排隊(duì)策略，那么教師就根據(jù)排隊(duì)策略講解先來先服務(wù)調(diào)度算法，接著反問學(xué)生如果某些病人是上午看過病的病人，下午拿著檢查單來看醫(yī)生此時(shí)應(yīng)該作如何處理，或者軍人來看病又應(yīng)該如何處理，來引導(dǎo)學(xué)生在進(jìn)程調(diào)度中提出優(yōu)先級(jí)的概念。

2.4 采用實(shí)例教學(xué)方法

注重選擇實(shí)例式教學(xué)，在講完原理知識(shí)后要選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)膶?shí)例來進(jìn)行分析。如講解PV操作時(shí)要引入具體代碼實(shí)例進(jìn)行講解何時(shí)進(jìn)行P操作與何時(shí)進(jìn)行V操作，增強(qiáng)代碼理解和編碼能力為實(shí)踐打下基礎(chǔ)；講解進(jìn)程的創(chuàng)建時(shí)詳細(xì)講解CreateProcess命令，參數(shù)與返回值的分析和每個(gè)語句的作用，再利用啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生分析并完成進(jìn)程的撤銷實(shí)例。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置

目前操作系統(tǒng)本科教材都是從用戶與操作系統(tǒng)接口、進(jìn)程管理、處理機(jī)調(diào)度、存儲(chǔ)管理、文件系統(tǒng)和設(shè)備管理這幾方面來進(jìn)行教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)課程中應(yīng)圍繞理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行展開，又因?qū)嶒?yàn)課時(shí)有限可設(shè)置對(duì)應(yīng)的5個(gè)基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[3]。在對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)今操作系統(tǒng)的特性，不能像傳統(tǒng)一樣只做Windows平臺(tái)下的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)結(jié)合Unix/Linux。因此實(shí)驗(yàn)室應(yīng)同時(shí)具備兩種操作環(huán)境，可以根據(jù)需要選擇Windows或Unix/Linux進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因操作系統(tǒng)每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)涉及的高級(jí)語言知識(shí)較多，且實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，可選擇部分實(shí)驗(yàn)采取解讀代碼與分析原理并推理結(jié)果的方式進(jìn)行，這樣可以開闊學(xué)生的思維、增強(qiáng)代碼閱讀與理解能力和建立學(xué)生的興趣，再選取一次或二次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行簡單系統(tǒng)模擬。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置可參考如下表1所示。

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法

在以往操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)課堂多以課前老師布置任務(wù)課后收集作業(yè)的方式進(jìn)行。教師對(duì)于學(xué)生是如何完成實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)完成有效率與實(shí)驗(yàn)雷同率掌握的不夠，或出現(xiàn)部分學(xué)生不提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象。部分原因在于操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以在課堂時(shí)間內(nèi)完成，當(dāng)在課后做時(shí)又缺乏老師指導(dǎo)。因此，對(duì)于難度較大時(shí)間較長的實(shí)驗(yàn)可以采取翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的方法。教師在講授完理論知識(shí)后，就將對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)與資料下發(fā)給學(xué)生，學(xué)生利用課后時(shí)間到指定實(shí)驗(yàn)室去自主完成實(shí)驗(yàn)，此期間教師通過QQ群或微信群聊方式來指導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生間也可以相互討論完成實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生分享自己的實(shí)驗(yàn)成果并由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，最終學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交[4]。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法一方面可以學(xué)生刺激學(xué)生去學(xué)習(xí)減少懶惰的現(xiàn)象，另一方面也增強(qiáng)課堂氛圍讓學(xué)習(xí)更有興趣，使每位學(xué)生都有效的參與到課堂中來。

4 結(jié)束語

操作系統(tǒng)課程理論較多內(nèi)容抽象，學(xué)生難以理解，在理論教學(xué)時(shí)設(shè)置好教學(xué)內(nèi)容并采用有效的類比教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)方法來簡化理論原理與提高課堂效率，使教學(xué)達(dá)到好的效果。要合理安排各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，部分實(shí)驗(yàn)采取閱讀代碼、分析原理和推理結(jié)果的形式，部分實(shí)驗(yàn)采取設(shè)計(jì)算法或模擬簡單系統(tǒng)的形式，對(duì)于略難時(shí)間跨度較大的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采取翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，采用教師輔導(dǎo)、學(xué)生互動(dòng)、刺激與鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，再分享實(shí)驗(yàn)成果的方式進(jìn)行教學(xué)。

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