武 巖，李 華

(長春理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長春 130022)

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的核心課程，也是一門理論性和綜合性較強(qiáng)的課程。本課程的教學(xué)目的，是使學(xué)生了解什么是操作系統(tǒng)，掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、實(shí)現(xiàn)機(jī)制和重要算法，加深對(duì)操作系統(tǒng)基本原理的理解和認(rèn)識(shí)，為其今后在相關(guān)領(lǐng)域開展工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然而，在操作系統(tǒng)課程教學(xué)過程中我們體會(huì)到困難重重。首先，操作系統(tǒng)課程概念抽象、理論性強(qiáng)、理論與實(shí)際系統(tǒng)相脫離的現(xiàn)象，造成了講授起來比較枯燥，學(xué)生感到該課程難以理解。其次，實(shí)踐環(huán)節(jié)中學(xué)生都是在某一操作系統(tǒng)平臺(tái)下的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，例如，作業(yè)調(diào)度實(shí)驗(yàn):編程模擬先來先服務(wù)，短作業(yè)優(yōu)先，高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法等［1］;磁盤調(diào)度實(shí)驗(yàn):模擬短道優(yōu)先和電梯調(diào)度算法等。這些實(shí)驗(yàn)很難使學(xué)生對(duì)系統(tǒng)模塊細(xì)節(jié)有所理解，更不用說結(jié)合多種實(shí)際系統(tǒng)的各自特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，靈活應(yīng)用。這就使得學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性受到影響，很難進(jìn)行綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

針對(duì)上述現(xiàn)象，本文從“調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方式方法，改變學(xué)生的實(shí)踐平臺(tái)，完善實(shí)踐內(nèi)容”4個(gè)方面對(duì)如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，培養(yǎng)多平臺(tái)操作系統(tǒng)技術(shù)與創(chuàng)新應(yīng)用型人才進(jìn)行探討。

一、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，系統(tǒng)源碼分析引入基本理論

對(duì)于操作系統(tǒng)課程，很多同學(xué)能夠掌握基本理論知識(shí)，并且通過考試，但對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)并不清楚，“停留在書本”的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。據(jù)此，應(yīng)從下面兩個(gè)方面給予重視:

1.操作系統(tǒng)基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。對(duì)于操作系統(tǒng)基礎(chǔ)內(nèi)容，必須為學(xué)生打下牢固的理論基礎(chǔ)，這會(huì)給學(xué)生實(shí)際操作時(shí)提供良好的保障，同時(shí)也為進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2.操作系統(tǒng)應(yīng)用內(nèi)容的擴(kuò)展。操作系統(tǒng)教學(xué)不僅要掌握基本原理，更需要讓學(xué)生熟悉系統(tǒng)提供的功能，并能在開源的系統(tǒng)環(huán)境下擴(kuò)展系統(tǒng)功能。這就要求在應(yīng)用能力教學(xué)方面適當(dāng)加入系統(tǒng)源代碼分析，讓學(xué)生從本質(zhì)上了解系統(tǒng)，做到從實(shí)際系統(tǒng)出發(fā)，將實(shí)踐和理論相結(jié)合，二者相輔相成。

二、改進(jìn)教學(xué)方式方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

1.采用多種教學(xué)方式，在利用板書幫助學(xué)生加強(qiáng)記憶的同時(shí)，采用多媒體的教學(xué)形式，增大學(xué)習(xí)的信息量。多媒體技術(shù)利用視覺化的畫面及生動(dòng)的演示過程，可以有效地表述既抽象又無味的概念，可以使教學(xué)更易于被學(xué)生接受和掌握。對(duì)一些算法進(jìn)行仿真和模擬，如在內(nèi)存管理方案中，演示內(nèi)存的分配和回收的動(dòng)態(tài)變化過程，形象而生動(dòng)，幫助學(xué)生對(duì)抽象的算法進(jìn)行理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。另外，還可以利用操作系統(tǒng)這門課本身的特點(diǎn)，以上課時(shí)用的電腦所安裝的操作系統(tǒng)為例講解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，比如對(duì)于進(jìn)程的講解，可以結(jié)合系統(tǒng)任務(wù)管理器中的應(yīng)用程序、進(jìn)程的實(shí)時(shí)變化情況生動(dòng)形象地講授［2］，讓學(xué)生對(duì)枯燥抽象的概念具體化形象化，以幫助其理解。

2.采用教學(xué)－示范－實(shí)踐－討論教學(xué)模式，課堂教學(xué)與實(shí)踐培養(yǎng)相結(jié)合。在講授每部分重點(diǎn)知識(shí)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)分析，變抽象為形象，加強(qiáng)學(xué)生的理解。還要加強(qiáng)學(xué)生的求知欲望，讓他們也參與到教學(xué)中來，互相討論，相互分享，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解。尤其是在實(shí)踐環(huán)節(jié)，將學(xué)生實(shí)驗(yàn)中完成較好的設(shè)計(jì)，演示給學(xué)生觀摩，并請(qǐng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者本人講述其設(shè)計(jì)思想，回答同學(xué)提出的問題，這對(duì)設(shè)計(jì)者和其他同學(xué)而言，都是相互學(xué)習(xí)的好機(jī)會(huì)［3］。

3.針對(duì)性教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程時(shí)，由于學(xué)習(xí)能力或者以后就業(yè)方向的傾向不同，學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握能力或想要達(dá)到的目標(biāo)也就不同。為了能夠使每個(gè)學(xué)生都能有較大進(jìn)步，把學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生組成興趣小組，在實(shí)踐教學(xué)中讓他們多涉及一些探索性、綜合性強(qiáng)的題目;對(duì)于學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生，通過耐心的講解和指導(dǎo)，使其盡快掌握知識(shí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法。

4.創(chuàng)新思維融入教學(xué)。教師在講授操作系統(tǒng)課程過程中，根據(jù)所講授知識(shí)的相關(guān)內(nèi)容，找準(zhǔn)創(chuàng)新教育的關(guān)鍵點(diǎn)，適時(shí)融入，合理拓展，如:在講授頁面置換算法［4］時(shí)，可以讓學(xué)生發(fā)散思維思考各種置換算法的特點(diǎn)、優(yōu)劣，允許學(xué)生提出自己的算法思想，闡述其所設(shè)計(jì)的算法的合理性。并可以在實(shí)驗(yàn)課時(shí)讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自己認(rèn)為合理的置換算法，從而使學(xué)生敢想、敢說、敢做，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

三、改變實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，搭建多平臺(tái)操作系統(tǒng)環(huán)境

傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)實(shí)踐環(huán)境是基于Windows的，實(shí)驗(yàn)題目大都是一些算法的模擬，脫離實(shí)際系統(tǒng)使用，或者是基于API的系統(tǒng)功能調(diào)用，達(dá)到使用系統(tǒng)的目的，但功能的具體細(xì)節(jié)并不清楚。近些年，一些院校的實(shí)驗(yàn)環(huán)境采用Linux系統(tǒng)平臺(tái)，涉及的實(shí)驗(yàn)題目是關(guān)于Linux系統(tǒng)的，如linux系統(tǒng)的常用命令，shell編程或linux系統(tǒng)調(diào)用編程等，可這又摒棄了Windows系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)。若能將幾種流行的操作系統(tǒng)結(jié)合在一起，采用多平臺(tái)的操作系統(tǒng)環(huán)境，既有利于學(xué)生對(duì)多種系統(tǒng)的了解、使用，又有利于學(xué)生根據(jù)自己需要選擇合適的系統(tǒng)平臺(tái)。然而，在傳統(tǒng)的PC環(huán)境中只能有一種操作系統(tǒng)，多種操作系統(tǒng)是不能共存的。但隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和“云”技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中程序處理正發(fā)生著巨大的變化，這給操作系統(tǒng)平臺(tái)革新提供了契機(jī)。因此，我們對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)踐平臺(tái)做了如下改革:

(1)改造傳統(tǒng)的PC－PC架構(gòu)平臺(tái)，以VMware虛擬化軟件為新平臺(tái)模式，使PC從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)在桌面遷移到數(shù)據(jù)中心。

(2)VMware虛擬化軟件平臺(tái)允許多個(gè)用戶桌面以虛擬機(jī)的形式獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)共享 CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)連接和存儲(chǔ)器等底層物理硬件資源。這種架構(gòu)將用戶彼此隔離開來，使每位用戶都擁有自己的操作系統(tǒng)。采用這種操作平臺(tái)，上操作系統(tǒng)實(shí)踐課時(shí)，學(xué)生可根據(jù)自己需求選擇合適的操作系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，相互不受影響，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。

(3)通過先進(jìn)的虛擬化平臺(tái)構(gòu)架，打破局限，從傳統(tǒng)的PC逐漸過渡到以云平臺(tái)為核心載體的“云”。

這種基于網(wǎng)絡(luò)的“云”技術(shù)將Windows、Linux和Unix操作系統(tǒng)集于一身的多平臺(tái)系統(tǒng)，給學(xué)生提供了一個(gè)靈活的操作平臺(tái)，在操作系統(tǒng)實(shí)踐課程中更充分地體現(xiàn)出它的優(yōu)越性，既有利于方便學(xué)生對(duì)各系統(tǒng)的了解、使用，又有利于學(xué)生對(duì)各系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行比較，可以更加有效地幫助學(xué)生對(duì)各種操作系統(tǒng)的掌握與應(yīng)用。

四、完善實(shí)踐內(nèi)容，發(fā)揮多平臺(tái)操作系統(tǒng)特色

實(shí)踐平臺(tái)的進(jìn)一步改革，要求實(shí)踐內(nèi)容也需進(jìn)一步完善。實(shí)踐內(nèi)容既可以包括經(jīng)典算法驗(yàn)證，如銀行家算法、頁面置換算法的模擬實(shí)現(xiàn)等，也可以包括基于Windows系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)或Unix系統(tǒng)的功能調(diào)用，如進(jìn)程創(chuàng)建、進(jìn)程通信［5］等，還可以包括基于Linux系統(tǒng)對(duì)功能模塊的進(jìn)一步開發(fā)，對(duì)真實(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核的操作，制作自己的操作系統(tǒng)，對(duì)于學(xué)生來說可擴(kuò)展和創(chuàng)新的空間較大，有利于創(chuàng)新應(yīng)用能力的培養(yǎng)。也可針對(duì)同一題目采用不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)完成，將其實(shí)現(xiàn)的過程、實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行對(duì)比，分析不同系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的靈活掌握能力。此外，還可根據(jù)多平臺(tái)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)引入一些探索性、開放性、綜合性的課題，給學(xué)生多提供自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生研究和探索的精神，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力。

五、結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)開發(fā)向縱深方向發(fā)展，操作系統(tǒng)課程越來越體現(xiàn)出它的重要性，然而傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學(xué)模式存在種種弊端，操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革勢在必行。通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、實(shí)踐內(nèi)容的調(diào)整與改善，不僅打破了傳統(tǒng)單一的系統(tǒng)實(shí)踐平臺(tái)，完善了學(xué)生的編程環(huán)境，更促進(jìn)了學(xué)生對(duì)多種系統(tǒng)的了解，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的多種實(shí)際系統(tǒng)操作能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，打造創(chuàng)新應(yīng)用型人才是至關(guān)重要的。

［1］湯小丹，梁紅兵.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)［M］.3版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007:91－95.

［2］張其亮，韓斌.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探析［J］.計(jì)算機(jī)教育，2010(7):91 －93.

［3］楊有利，唐麗文，田中青.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分組法改善教學(xué)效果［J］.重慶與世界:學(xué)術(shù)版，2013(2).

［4］張紅光，李福才.操作系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009:127－131.

［5］張麗芬，劉昕.操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程及Linux和Windows系統(tǒng)調(diào)用編程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010:177－198.