在操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力

張艷玲，高 鷹

（廣州大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 廣州 510006）

在操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力

張艷玲，高 鷹

（廣州大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 廣州 510006）

針對(duì)當(dāng)前操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和問(wèn)題，該文提出了在操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力的觀點(diǎn)和實(shí)踐方案。首先利用實(shí)驗(yàn)分析法使學(xué)生更好地理解操作系統(tǒng)概念和原理，體驗(yàn)并掌握操作系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和策略，然后將理論運(yùn)用到實(shí)際科研項(xiàng)目中來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力。實(shí)踐表明，上述方法可以使學(xué)生深入理解操作系統(tǒng)的原理精髓，并使學(xué)生學(xué)會(huì)綜合分析所學(xué)理論，融會(huì)貫通后再應(yīng)用到實(shí)際的項(xiàng)目中去，提高了學(xué)生綜合分析的能力。

操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；綜合分析能力；實(shí)踐方案；實(shí)驗(yàn)分析法

操作系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。它為用戶程序和其他軟件、工具提供運(yùn)行環(huán)境和服務(wù)，對(duì)硬件進(jìn)行操作，控制各種計(jì)算機(jī)資源的分配與使用，擴(kuò)充硬件的功能。它是計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件和用戶的操作平臺(tái)［1］。因此，操作系統(tǒng)課程是大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心主干課程。該課程的教學(xué)分為理論和實(shí)驗(yàn)兩部分。實(shí)驗(yàn)部分要求學(xué)生在各種典型實(shí)例中深入理解操作系統(tǒng)原理精髓，掌握操作系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法，并能夠?qū)⑦@些方法運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用中［2］。

1 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求和作用

操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的必修實(shí)驗(yàn)課，該實(shí)驗(yàn)課程要求學(xué)生了解操作系統(tǒng)的基本組成部分，理解操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理、進(jìn)程通信、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備管理等功能模塊的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和實(shí)現(xiàn)方法，然后編寫實(shí)驗(yàn)程序來(lái)驗(yàn)證這些實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)體會(huì)和分析實(shí)驗(yàn)中所驗(yàn)證的理論的效果、作用和缺點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性分析能力和解決問(wèn)題的能力［3］。在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和場(chǎng)景分析以及實(shí)例驗(yàn)證，不但可以培養(yǎng)學(xué)生過(guò)硬的編程實(shí)踐能力以及“大膽假設(shè)、小心求證”的基本科研素質(zhì)，還可以培養(yǎng)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)的能力。同樣，實(shí)驗(yàn)本身又可以反過(guò)來(lái)促進(jìn)理論課的學(xué)習(xí)，學(xué)生更有興趣深入理解理論課的原理和方法。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)卓越工程師的培養(yǎng)也具有重要意義。卓越工程師必須具備良好的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，具有極強(qiáng)的技術(shù)素質(zhì)和實(shí)踐探索精神。這就要求在大學(xué)階段，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重實(shí)踐分析能力的培養(yǎng)。

2 當(dāng)前操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 重理論，輕實(shí)驗(yàn)

目前的操作系統(tǒng)教學(xué)太重視理論課程的學(xué)習(xí)，輕視實(shí)踐能力的培養(yǎng)。雖然操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是一門獨(dú)立設(shè)課的實(shí)踐課程，但現(xiàn)在的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課卻只有0.5個(gè)學(xué)分，16個(gè)課時(shí)，這樣短的實(shí)驗(yàn)時(shí)間根本無(wú)法承載操作系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法驗(yàn)證過(guò)程。而且很多老師仍然認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課是為理論課服務(wù)的，并沒有真正重視實(shí)驗(yàn)課程，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等方面的要求和內(nèi)容并不深入，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)比較短，老師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)也不具體詳盡。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)就與實(shí)驗(yàn)課本身的培養(yǎng)方向和培養(yǎng)目標(biāo)有偏差。并沒有真正完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要手段，與理論教學(xué)是相輔相成的，它們互為基礎(chǔ)，是高校教學(xué)中不可分割的兩個(gè)有機(jī)組成部分［4］。因此，增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求是當(dāng)前要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

2.2 重操作結(jié)果，輕實(shí)驗(yàn)分析

現(xiàn)在很多學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，特別是計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，只要編寫的程序有不錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就認(rèn)為大功告成，甚至還認(rèn)為自己完美地完成了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不去關(guān)注自己的程序代碼是否規(guī)范易讀，實(shí)驗(yàn)方法是否最優(yōu)，程序本身是否具有容錯(cuò)性和健壯性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否相關(guān)等內(nèi)容。結(jié)果即使做完了實(shí)驗(yàn)，都不清楚實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映的內(nèi)容和問(wèn)題，更不理解實(shí)驗(yàn)中為什么會(huì)出現(xiàn)某種隱含錯(cuò)誤但仍然會(huì)產(chǎn)生看似正確的結(jié)果［5］?？傊?，大多數(shù)學(xué)生只關(guān)注自己是否做出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并不關(guān)心實(shí)驗(yàn)結(jié)果和代碼調(diào)試時(shí)的中間結(jié)果的分析，即重操作結(jié)果，輕實(shí)驗(yàn)分析。這樣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程很難培養(yǎng)出分析能力，同時(shí)也很難培養(yǎng)出解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重教師提供，輕學(xué)生參與

目前大多數(shù)的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是由教師設(shè)計(jì)，提供給學(xué)生完成。老師在實(shí)驗(yàn)課上對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要掌握的知識(shí)點(diǎn)的概念原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)中用到的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)定義和使用方法等進(jìn)行講解，然后學(xué)生就開始做實(shí)驗(yàn)、編寫代碼、調(diào)試程序、輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生按照這樣的實(shí)驗(yàn)步驟一步步進(jìn)行下去，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生很少思考實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中為什么會(huì)涉及這些知識(shí)點(diǎn)，對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)為什么采用這樣的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，有沒有其他更有效或更優(yōu)化的方法。因?yàn)樗械膶?shí)驗(yàn)步驟老師都設(shè)計(jì)好了，學(xué)生沒有參與其中，因此學(xué)生沒有機(jī)會(huì)來(lái)具體分析、思考和探索實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目本身的意義，每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的條件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的含義和展示的問(wèn)題。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺乏主觀的參與意識(shí)，只是在應(yīng)付實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［6］。在這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只是在按部就班地完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)用知識(shí)來(lái)分析和解決問(wèn)題的真正目標(biāo)，很難使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課產(chǎn)生樂(lè)趣和成就感，同時(shí)也不能激發(fā)學(xué)生潛在的能力和智慧。

3 重視學(xué)生綜合分析能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

3.1 重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)同等對(duì)待

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要手段，具有理論課無(wú)可替代的重要作用。是理工科大學(xué)生必須掌握的實(shí)踐技能，是提高動(dòng)手能力和工程實(shí)踐能力的重要教學(xué)內(nèi)容［7］，也是培養(yǎng)卓越工程師必不可少的重要環(huán)節(jié)。因此，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)同等對(duì)待是必然趨勢(shì)，也是衡量一個(gè)學(xué)校教學(xué)質(zhì)量高低的重要方面。但要真正重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，就要把實(shí)驗(yàn)課和理論課提升到同一高度，適當(dāng)增加課時(shí)，提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求，改革實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)和手段。使教師和學(xué)生能真正把實(shí)驗(yàn)課和理論課同等看待，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。

3.2 在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中著重實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

目前大多數(shù)學(xué)生在撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)代碼和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較重視，對(duì)實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程基本沒有記錄，也沒有分析，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析寫成實(shí)驗(yàn)體會(huì)和實(shí)驗(yàn)心得，完全是主觀感想，并不是科學(xué)報(bào)告的客觀分析，這嚴(yán)重偏離了實(shí)驗(yàn)報(bào)告的客觀性和科學(xué)性。在操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，有些實(shí)驗(yàn)代碼與當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)環(huán)境息息相關(guān)，不同的計(jì)算機(jī)，甚至同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在不同的時(shí)間運(yùn)行同一程序都有可能產(chǎn)生不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)的各種資源，因此，當(dāng)系統(tǒng)資源狀況發(fā)生改變時(shí)，模擬管理資源的軟件就會(huì)體現(xiàn)出不同的資源狀況，也就會(huì)產(chǎn)生不同的運(yùn)行結(jié)果［8］。如果不對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行客觀分析，就不會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)程序與實(shí)驗(yàn)環(huán)境的關(guān)系。同時(shí)也就不能理解操作系統(tǒng)各個(gè)模塊的理論精髓。因此在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀分析很有必要，并將實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析部分完全納入實(shí)驗(yàn)考核范圍，并適當(dāng)提高實(shí)驗(yàn)分析部分的占分比例，有助于督促學(xué)生認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀分析。

3.3 在實(shí)驗(yàn)題目中給學(xué)生留有發(fā)揮空間

良好的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)課程的核心內(nèi)容和課程的本質(zhì)要求。但太嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)步驟又會(huì)限制學(xué)生能力的發(fā)揮，二者需要互相滲透，相得益彰。操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課就是一門既有很強(qiáng)的邏輯原理，又有極大靈活性的實(shí)驗(yàn)課程［9］。因此在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，就要認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)課的培養(yǎng)目標(biāo)，將主要的和基本的理論驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)做通、做透，規(guī)范實(shí)驗(yàn)要求，明確實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課初期能夠很快理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，掌握操作系統(tǒng)各個(gè)模塊的基本實(shí)現(xiàn)機(jī)制和策略。在此基礎(chǔ)上。老師就可以提出一些可以發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)。例如，教師列出本學(xué)期學(xué)過(guò)的主要原理，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，要求設(shè)計(jì)的題目中必須用到其中的幾個(gè)原理，或者是老師只給出實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，由學(xué)生自己來(lái)寫出實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具體實(shí)驗(yàn)中涉及哪些知識(shí)點(diǎn)，哪些系統(tǒng)文件，哪些系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)等，全部由學(xué)生自己去思考分析。這樣學(xué)生就會(huì)從已經(jīng)掌握的知識(shí)中來(lái)探索分析和解決問(wèn)題。這對(duì)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力、綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，也是一個(gè)非常有益的嘗試。同時(shí)也挖掘和開發(fā)出了學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和學(xué)生自身并未察覺的潛在能力，突破學(xué)生的自身認(rèn)識(shí)，也使學(xué)生發(fā)現(xiàn)了自身的知識(shí)漏洞，經(jīng)驗(yàn)偏差，思維方法的局限［10－11］。對(duì)學(xué)生將來(lái)能夠在一生的奮斗中具有更大的主動(dòng)性提供了思考。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)的綜合分析能力在實(shí)際科研項(xiàng)目中的運(yùn)用

操作系統(tǒng)是一套設(shè)計(jì)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)軟件，其設(shè)計(jì)要求極高。因此操作系統(tǒng)軟件中涉及的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案都是非常優(yōu)秀的方法。如果能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐編程實(shí)現(xiàn)和綜合分析探討，對(duì)掌握良好的編程技術(shù)和編寫優(yōu)秀的軟件具有極大的幫助。學(xué)生在參加老師的科研項(xiàng)目“三維基坑預(yù)警系統(tǒng)”時(shí)，就非常有效地將操作系統(tǒng)中的進(jìn)程并發(fā)控制思想運(yùn)用到基坑預(yù)警軟件設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了多路傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的更新控制［12］。

5 結(jié)束語(yǔ)

操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的必修實(shí)驗(yàn)課，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力、解決問(wèn)題能力、創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐機(jī)會(huì)。通過(guò)重視和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，靈活設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并利用老師的科研項(xiàng)目對(duì)學(xué)生的綜合分析能力進(jìn)行提升等手段，可以改進(jìn)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，真正能在實(shí)驗(yàn)課上培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力和創(chuàng)新能力。

［1］孟慶昌.操作系統(tǒng)原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

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Training Student s Comprehensive Analysis Capabilities in the Operating System Experimental Teaching

ZHANG Yanling，GAO Ying
（Computer college，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China）

Aiming at the current situation and problems of currentoperating system experiment，this paper puts forward the view point and practice of cultivating the students comprehensive analysis ability in the experimental teaching of the operating system.The experimental analysismethod is used to help students better understand the concepts and principles of operating systems，experience and master the implementation mechanism and strategy of the operating systems functionmodules，and then applied them in the actual research projects.Analyze and solve problems，cultivate students comprehensive analysis ability.Practice has proved that the above methods can enable students understand the essence of the principle of operating system，and enable students learn how to comprehen sive analysis the theory，then apply them to the actual projects.

operating system experimental teaching；comprehensive analysis abilities；practice scheme；experimental analysismethod

G42

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.014

2015－10－28；修改日期：2017－04－17

廣東省高等教育學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室管理專業(yè)委員會(huì)基金項(xiàng)目（GDJ2014066）。

張艷玲（1970－），女，博士，副教授，主要從事圖像處理與模式識(shí)別，三維重建技術(shù)，計(jì)算機(jī)教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面的工作。