基于項目驅(qū)動的操作系統(tǒng)課程實踐教學改革與探索

[摘 要]操作系統(tǒng)是計算機科學與技術專業(yè)的專業(yè)核心課程。操作系統(tǒng)課程的理論知識內(nèi)容豐富，概念抽象，涉及面廣，同時也對學生的實踐性提出了較高要求。因此，操作系統(tǒng)課程實踐教學成為該課程的重要環(huán)節(jié)。為了更好地體現(xiàn)實踐教學在操作系統(tǒng)教學中的作用，學校提出了基于項目驅(qū)動的操作系統(tǒng)課程實踐教學改革，培養(yǎng)學生的動手實踐能力，提升學生的工程應用能力。

[關鍵詞]項目驅(qū)動;操作系統(tǒng);實踐教學

[作者簡介]牛薌潔（1977—），女，陜西西安人，碩士，北京農(nóng)學院計算機與信息工程學院副教授，主要從事計算機應用技術研究。

[中圖分類號] G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）27-0224-02[收稿日期] 2019-10-14

操作系統(tǒng)是計算機科學與技術專業(yè)的專業(yè)核心課程，在人才培養(yǎng)中占有重要的地位。系統(tǒng)能力是計算機專業(yè)學生區(qū)別于非專業(yè)學生的核心能力之一，而動手實踐能力則是系統(tǒng)能力的顯著體現(xiàn)，如何通過強化課程實踐教學，提升實踐教學效果，加強學生系統(tǒng)能力培養(yǎng)是目前亟待解決的問題。

作為全新的教學方式，項目驅(qū)動教學法通過教師與學生共同完成某一項目，最終達到共同獲得知識進步的目標[1]。通過實施基于項目驅(qū)動的實踐教學方法，學生不但對所學知識有了感性認知，還強化了其動手實踐能力，對操作系統(tǒng)實踐課程教學改革有非常重要的意義[2]。

一、操作系統(tǒng)實踐課程教學現(xiàn)狀

我校操作系統(tǒng)實踐課程分為兩部分，以MS- Windows平臺為例，具體教學情況如下表所示。

通過一系列的實踐教學環(huán)節(jié)，學生深刻理解了操作系統(tǒng)進程（線程）管理、并發(fā)控制、處理器調(diào)度、內(nèi)存管理、I/O管理等核心概念，掌握MS-Windows W32 API的使用方法，熟悉MS-Windows系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與工具;正確理解項目需求、學會利用相關的文獻資料，針對具體簡單項目需求能夠編寫和調(diào)試代碼，撰寫規(guī)范的技術文檔、Demo和調(diào)試報告等，初步具備系統(tǒng)編程的能力。

二、項目驅(qū)動教學法

項目驅(qū)動教學法是以學生為主體的嶄新的教育教學方法，改變了以往教師為主體的傳統(tǒng)教學模式，實現(xiàn)了“以教師為主導、學生為主體”的轉(zhuǎn)變，強調(diào)發(fā)揮學生的主觀能動性，真正做到讓學生從“被動學”到“主動學”的轉(zhuǎn)變[3]。項目驅(qū)動教學法的教學步驟如下：

1.教師從學生已有的知識儲備和經(jīng)驗出發(fā)，結合學生的知識認知規(guī)律等特點，以教學項目為主線，制定貼合教學目標和要求的真實項目若干，以供學生自主選擇。

2.在對真實項目進行文獻搜索和討論的基礎上，學生選擇確認自己感興趣的項目。

3.確定分組，根據(jù)不同的項目題目分組。

4.計劃制訂，組內(nèi)進行討論，確定項目研究目標、問題、方法等，并形成書面的項目方案。此過程中，授課教師可引導學生并給出建設性建議，學生也可通過組間討論，取長補短，最終修改和完善項目方案。

5.實施項目。按照既定的方案，組內(nèi)成員分工協(xié)作，對項目各模塊進行分析、設計，完成代碼的編寫和調(diào)試等。在此過程中，授課教師要特別重視師生之間及學生之間的協(xié)作與對話。

6.階段性成果，小組按照項目報告的要求，撰寫報告。根據(jù)報告，制作項目結題演示PPT。

7.項目成果演示，各組依次進行陳述匯報，并接受授課教師或其他小組的提問，此過程可作為項目評價的依據(jù)之一。

8.師生共同進行項目最終評價，進行自評、小組間互評和授課教師評價等方式，做出總結性評價，使學生明確所做項目的優(yōu)缺點，明確今后努力方向。

該教學模式以項目為驅(qū)動，開展真實的、有意義的教學項目，學生在學習過程中注意力集中在對該項目問題的解決上，將完成該項目任務所需要的相關理論和知識涵蓋于項目之中，而不是顯性的理論學習上，同時教學項目都是真實的，甚至和他們所有專業(yè)（方向）有相關性，這還會極大地激發(fā)學生的學習興趣和積極性，達到提升學生學科綜合能力的目標[4]。

三、項目驅(qū)動操作系統(tǒng)課程實踐教學應用舉例

操作系統(tǒng)課程的課程設計實踐教學目標要求學生深刻理解現(xiàn)代操作系統(tǒng)的核心概念，掌握Linux系統(tǒng)調(diào)用或者MS-Windows W32 API的使用方法，熟悉Linux或MS-Windows系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與工具，初步具備系統(tǒng)編程的能力;能夠正確理解題目需求、學會利用相關的文獻資料、編寫和調(diào)試代碼、按時提交完整規(guī)范的技術文檔、Demo和課程設計報告[5]。在實際的實踐教學過程中，教師為學生設計了在MS-Windows操作系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)多個線程的并發(fā)執(zhí)行，編程實現(xiàn)對讀者與寫者問題的模擬，所謂“讀者—寫者問題”是指保證一個寫者線程必須與其他線程互斥地訪問共享對象的多線程同步問題，從該核心問題出發(fā)，授課教師引導學生在查閱相關資料的基礎上，讓學生掌握其包括讀者優(yōu)先和寫者優(yōu)先的讀寫操作限制為寫—寫互斥，即不能有兩個寫者同時進行寫操作;讀—寫互斥，即不能同時有一個線程在讀而另一個進程在寫;讀—讀允許，即允許同時有多個線程在讀同一個對象或文件。項目總則也給出附加限制讀者優(yōu)先—如果有一個讀者申請進行讀操作時已有另一個讀者正在進行讀操作，則該讀者可以直接開始讀操作，而寫者必須等所有的讀者讀完后才能進行寫操作;寫者優(yōu)先—如果一個讀者申請讀操作時已有一個寫者在等待訪問共享資源，則該讀者必須等到?jīng)]有寫者處于等待狀態(tài)后才可以開始讀操作，而寫者只需等待另外的寫者完成寫操作[6]。學生自行擬定要實現(xiàn)的真實項目，授課教師按照題目的相關性，將學生分為若干個學習小組，引導學生先對整體項目功能等進行完善;然后再對項目進行“切割”和“分工”;最后對每個小組的項目成果進行評價和驗收?？傊褪菍椖窟M行功能等完善，在此基礎上再按照項目方案進行實現(xiàn)。

可以看到，上述項目設計涵蓋了操作系統(tǒng)課程的諸多主要知識要點，其以整體項目為主線構建起了一張完整的教學網(wǎng)絡，有助于鍛煉和提高學生的理論知識遷移應用能力，同時也增進了教師和學生之間的學習互動交流，有助于提高該課程教學質(zhì)量。

四、結語

操作系統(tǒng)作為一門實踐性較強的課程，實驗教學發(fā)揮著重要的作用。幾年的教學實踐證明，基于項目驅(qū)動的計算機科學與技術專業(yè)的操作系統(tǒng)實踐教學，使理論與實踐的聯(lián)系更加緊密，增強了學生學習興趣及認知能力，有效培養(yǎng)了學生綜合應用知識的能力、分析與解決問題的能力、創(chuàng)新實踐能力及協(xié)作精神，應該進一步優(yōu)化綜合性的操作系統(tǒng)課程設計項目，全面提升學生的專業(yè)綜合素質(zhì)。

參考文獻

[1]杜經(jīng)緯.基于項目分解的任務驅(qū)動教學模式探討[J].電腦知識與技術，2016，12（35）：91-92.

[2]李澤輝.“項目驅(qū)動式”教學法的探索與實踐[J].實驗科學與技術，2011，9（2）：133-134.

[3]馮其紅，胡偉，王增寶.改革實驗教學模式，培養(yǎng)大學生的工程實踐能力[J].實驗室研究與探索，2013，32（2）：130-132.

[4]趙正平，陳靜.項目驅(qū)動教學法淺析[J].中國教育技術裝備，2012（27）：114-115.

[5]馮紀南，劉晶，楊德俊，趙麗萍，鄧斌.項目驅(qū)動式實踐教學模式的探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（15）：88-90.

[6]邱劍鋒，朱二周，周勇，等.OBE教育模式下的操作系統(tǒng)課程教學改革[J].計算機教育，2015（12）：28-30+34.