王梅

摘要：操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的必修課程，在計(jì)算機(jī)教學(xué)體系中占有重要地位。本文針對(duì)以往操作系統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出了操作系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和方法的改革，對(duì)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置和教學(xué)過(guò)程中多種教學(xué)方法的運(yùn)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；教學(xué)；改革；實(shí)驗(yàn)；方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）41-0245-02

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的必修課程，在計(jì)算機(jī)教學(xué)體系中占有重要地位，該課程在計(jì)算機(jī)各類專業(yè)考試中占有很大比重，尤其是09年被列為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)考研的統(tǒng)考科目。在計(jì)算機(jī)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(jìn)一步擴(kuò)展，也是學(xué)好軟件課程的基礎(chǔ)。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，能否學(xué)好操作系統(tǒng)課程，掌握操作系統(tǒng)的概念和原理、設(shè)計(jì)方法以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)，對(duì)于今后的發(fā)展至關(guān)重要。但是一直以來(lái)操作系統(tǒng)的教學(xué)中存在很多問(wèn)題，筆者經(jīng)過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐的探索，結(jié)合操作系統(tǒng)的教學(xué)現(xiàn)狀和本學(xué)院的學(xué)生狀況，就操作系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的改革和教學(xué)過(guò)程中多種教學(xué)方法運(yùn)用的進(jìn)行了探討。

一、操作系統(tǒng)目前教學(xué)現(xiàn)狀

1.教學(xué)內(nèi)容抽象、枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課程，操作系統(tǒng)是一門知識(shí)點(diǎn)多、概念性強(qiáng)、較為抽象的課程，多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)知識(shí)點(diǎn)零散雜亂，而像進(jìn)程等一些重要概念和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)算法看不見(jiàn)摸不著，使得教學(xué)過(guò)程更加枯燥無(wú)味，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣降低，學(xué)習(xí)效果差，單純?yōu)榱藨?yīng)付考試而學(xué)習(xí)，最終只了解了“操作系統(tǒng)”的皮毛，沒(méi)能理解其真正的內(nèi)涵。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學(xué)忽視了理論和實(shí)踐的結(jié)合，進(jìn)一步加重了這種現(xiàn)象，使得操作系統(tǒng)變成了一門學(xué)生不愿學(xué)，老師不愿教的一門課程。

2.課程的內(nèi)容陳舊，遠(yuǎn)落后于該領(lǐng)域最新的研究成果。當(dāng)代操作系統(tǒng)的發(fā)展速度日新月異，每隔一段時(shí)間就會(huì)有一種新的系統(tǒng)問(wèn)世。大多課程教材只能反應(yīng)操作系統(tǒng)的經(jīng)典內(nèi)容，無(wú)法體現(xiàn)當(dāng)代操作系統(tǒng)的狀況和發(fā)展態(tài)勢(shì)。

3.課程實(shí)踐環(huán)節(jié)與理論學(xué)習(xí)嚴(yán)重脫節(jié)。由于課程內(nèi)學(xué)時(shí)的限制，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)往往是對(duì)主流操作系統(tǒng)的初步接觸與使用，而對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核本身沒(méi)有任何觸及，這樣學(xué)生在課堂中所學(xué)的操作系統(tǒng)原理以及概念流于形式，對(duì)以后從事這方面研究或系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作的幫助十分有限。

二、教學(xué)改革

1.教學(xué)內(nèi)容改革?；谝酝僮飨到y(tǒng)課程教學(xué)中內(nèi)容陳舊，實(shí)踐性不強(qiáng)的問(wèn)題，筆者對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面改革，在以往只有操作系統(tǒng)基本原理教學(xué)的基礎(chǔ)上，增加了Linux系統(tǒng)的使用和編程內(nèi)容。通過(guò)過(guò)Linux系統(tǒng)的使用和編程進(jìn)一步加深對(duì)操作系統(tǒng)課程中介紹的一些思想和方法認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上，考慮到學(xué)生的層次和實(shí)驗(yàn)課時(shí)的不同，把實(shí)驗(yàn)分為不同的層次。因此，增加的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可分成以下幾類：①操作驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是最基本層次的實(shí)驗(yàn)，其目的是讓學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證來(lái)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(shù)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生理解各種算法、結(jié)構(gòu)框架、功能實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，使抽象與設(shè)計(jì)結(jié)合，與實(shí)際的操作系統(tǒng)相聯(lián)系。③綜合型實(shí)驗(yàn)是高層次的實(shí)驗(yàn)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練。主要促使學(xué)生理解操作系統(tǒng)內(nèi)核、開(kāi)源碼分析和應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)等，通過(guò)案例復(fù)現(xiàn)和模塊替換實(shí)驗(yàn)等，掌握技術(shù)實(shí)現(xiàn)和模塊設(shè)計(jì)的方法與技巧。對(duì)于實(shí)驗(yàn)課時(shí)少的專業(yè)，只要完成1類實(shí)驗(yàn)就可以，課時(shí)多的專業(yè)，完成1類實(shí)驗(yàn)和2類實(shí)驗(yàn)，對(duì)于水平較高的學(xué)生可以指導(dǎo)完成3類實(shí)驗(yàn)，不同層次的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了一個(gè)由淺入深的實(shí)踐過(guò)程，通過(guò)Linux系統(tǒng)的使用和編程進(jìn)一步加深對(duì)操作系統(tǒng)課程中介紹的一些思想和方法的認(rèn)識(shí)。

2.教學(xué)方法改革。在教學(xué)中增加了Linux系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容后，為了讓基本理論和實(shí)踐內(nèi)容相輔相成，筆者對(duì)該課程的教學(xué)方法進(jìn)行了進(jìn)一步探索：①采用任務(wù)式教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。任務(wù)式教學(xué)方法，是指教師把教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成一個(gè)或多個(gè)具體的任務(wù)，讓學(xué)生通過(guò)完成這些任務(wù)，掌握教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。它是一種以學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，教師加以引導(dǎo)的教學(xué)方法。它打破了傳統(tǒng)教學(xué)方法中的教師一味的灌輸?shù)臓顩r，以完成一個(gè)任務(wù)來(lái)驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)，通過(guò)探索問(wèn)題來(lái)驅(qū)動(dòng)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。例如：每次上實(shí)驗(yàn)課前，可提出幾個(gè)需要解決的問(wèn)題，讓學(xué)生獨(dú)立思考，并上機(jī)實(shí)驗(yàn)自己解決，當(dāng)學(xué)生有問(wèn)題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生查閱書籍或上網(wǎng)解決，在下次上課時(shí)，讓學(xué)生討論不同解決方案的解決效果，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。②理論和實(shí)踐將結(jié)合。目前多數(shù)操作系統(tǒng)課程授課時(shí)只是簡(jiǎn)單地對(duì)概念、原理和算法進(jìn)行講解，教學(xué)課件也只是書中內(nèi)容的羅列，教學(xué)手段比較單一，教學(xué)內(nèi)容的枯燥與教學(xué)方法的滯后，使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣無(wú)法提高。為了幫助學(xué)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(dòng)活潑，可以讓學(xué)生編寫相關(guān)的進(jìn)程同步和通信程序、對(duì)內(nèi)存的管理程序，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序等，通過(guò)編程使學(xué)生既加深了對(duì)操作系統(tǒng)的管理方法的掌握程度，又增強(qiáng)了編程能力，可謂一舉兩得。也可以讓編程能力強(qiáng)的學(xué)生把這些做成可視化界面的效果，讓他們?cè)谡n堂上講解并演示，從而讓課堂變得更加生動(dòng)有趣，進(jìn)一步提高學(xué)生參與課堂的積極性。③實(shí)例教學(xué)法。操作系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)比較多，內(nèi)容抽象，在講解的過(guò)程中應(yīng)將抽象的問(wèn)題實(shí)例化，即有針對(duì)性地選取課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)，以例題的形式進(jìn)行分分析，通過(guò)這種形象化具體化的方法，幫助學(xué)生理解課堂內(nèi)容，加深印象，同時(shí)掌握課程的解題的思路，從而為各種考試奠定良好的基礎(chǔ)。④類比教學(xué)法。操作系統(tǒng)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于清晰講解經(jīng)典和抽象的設(shè)計(jì)原理、概念、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法。為此，在課堂講授中，將實(shí)際應(yīng)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(chǔ)理論進(jìn)行類比，有助于學(xué)生直觀、形象地理解操作系統(tǒng)的理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，講進(jìn)程調(diào)度算法時(shí)，把它和超市排隊(duì)結(jié)賬聯(lián)系起來(lái)，每一個(gè)正在結(jié)帳的用戶就相當(dāng)于占有了CPU，購(gòu)買物品多的顧客需要CPU的時(shí)間長(zhǎng)，少的顧客需要CPU的時(shí)間短，這樣先來(lái)先服務(wù)、短作業(yè)優(yōu)先等各種算法的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)就顯而易見(jiàn)了。講到操作系統(tǒng)對(duì)于I/O設(shè)備的控制方式，把它和班主任對(duì)班級(jí)的管理聯(lián)系起來(lái)，班主任相當(dāng)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(yīng)當(dāng)把權(quán)力下放到每一個(gè)同學(xué)，但又不能不管，因此每個(gè)同學(xué)在處理事情到一定階段的時(shí)候，都要向班主任報(bào)告，不管班主任手頭處理著什么事情，有同學(xué)向他報(bào)告時(shí)，都要來(lái)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(lái)，讓學(xué)生按照流程去做，全部做完后，再向他匯報(bào)，這就是通道。通過(guò)這樣一些類比的引入，豐富了課堂，也讓學(xué)生感覺(jué)教學(xué)不再枯燥。⑤啟發(fā)式教學(xué)。教學(xué)過(guò)程中，可以引導(dǎo)學(xué)生按照提出問(wèn)題-分析問(wèn)題-解決問(wèn)題的思路，逐步開(kāi)拓思維，找到問(wèn)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(dá)到深入淺出的效果。例如講解鎖機(jī)制時(shí)，可以讓學(xué)生結(jié)合類比教學(xué)法思考，比如有一間屋子，屋內(nèi)只準(zhǔn)一個(gè)人進(jìn)入，怎樣達(dá)到這樣的保證呢？很顯然，進(jìn)入屋子的人只要把門鎖上，其他想進(jìn)入的人再推門就推不開(kāi)了，屋內(nèi)的人使用完畢后，把鎖打開(kāi)，其他的人就可以進(jìn)入了。找到生活中解決的問(wèn)題的方法后再看鎖機(jī)制，就非常簡(jiǎn)單了。接著考慮鎖機(jī)制的問(wèn)題，在鎖機(jī)制中，進(jìn)程使用循環(huán)反復(fù)測(cè)試能不能使用臨界資源，在此過(guò)程中始終占用CPU，處于忙等的狀態(tài)，就像上述例子中進(jìn)入不到屋子的人反復(fù)推門是不是打開(kāi)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(shí)又怎樣知道里面的人出來(lái)沒(méi)出來(lái)呢，這時(shí)學(xué)生可以想到讓里面的人出來(lái)告訴門口等著的人一聲。說(shuō)到這，我們生活中的問(wèn)題解決了，那么操作系統(tǒng)中怎樣解決的呢，這就是進(jìn)程間的通信，通信就是靠鎖機(jī)制基礎(chǔ)上建立起來(lái)的信號(hào)量機(jī)制來(lái)完成的。同時(shí)，當(dāng)進(jìn)入不到屋子的人在旁邊等著的時(shí)候，又出現(xiàn)了一種新的現(xiàn)象，可能在他等待的過(guò)程中，又有一個(gè)人想進(jìn)入屋內(nèi)，可是推門后發(fā)現(xiàn)門鎖著，他也不能進(jìn)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(shí)間來(lái)排隊(duì)，這樣屋內(nèi)的人出來(lái)之后只要通知隊(duì)首的人就行了。講到這里，信號(hào)量機(jī)制的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)方法就都出來(lái)了。在此過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)分析問(wèn)題找到解決方法的過(guò)程，理解了信號(hào)量機(jī)制的實(shí)現(xiàn)原理。操作系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中多種方法的綜合運(yùn)用，能夠有效地豐富課堂，使課堂變得生動(dòng)有趣，使學(xué)生在實(shí)踐中掌握了操作系統(tǒng)的理論和方法，提高教學(xué)效率。

操作系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，課程的教學(xué)改革的目的不僅在于讓學(xué)生認(rèn)識(shí)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(xué)習(xí)興趣，最重要的是將專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)與實(shí)踐相互結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有效地提高專業(yè)技能，為學(xué)生今后的職業(yè)規(guī)劃與長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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