操作系統原理課程教學改革與實踐

[摘 要] 針對目前操作系統原理課程教學中存在的問題，從課程內容體系的組建、教學方法、教學手段的改進以及實踐教學環節的合理制定等方面提出了課程教學改革的基本構想。

[關鍵詞] 操作系統; 教學方法; 實踐教學環節

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2010 . 21 . 035

[中圖分類號]G642.0 [文獻標識碼]A [文章編號]1673 - 0194(2010)21- 0067 - 03

操作系統原理課程是計算機及相關專業的重點課程，是一門理論與實踐緊密結合的課程，學好該課程對認識整個計算機系統的工作原理有著重要的作用。為了讓學生能扎實地掌握操作系統的原理、技術和實現方法，培養學生開發系統軟件和大中型應用軟件的意識和能力，進一步提高學生的綜合技能，教師在教學過程中不僅要注意調動學生的學習積極性，還應當注重采取合適的教學和實踐方法。

1操作系統原理課程教學現狀及存在的問題

操作系統原理課程教學長期以來以理論講解為主，僅輔以少量實踐操作。對學生而言，學習過程難度較大，教學效果很難達到理想水平，傳統的教學方法和教學手段已經難以適應當前新形勢的需要，教學中存在的問題主要表現在以下幾個方面[1]。

1.1教學方法陳舊

教學方法主要是以課堂講授為主的“灌輸式”教學方法，著重于教師講授，學生被動接受知識，獨立思考的時間和機會比較少。缺乏啟發式、交互式、討論式和案例式等教學方法，沒有充分調動學生的主觀能動性，忽略了學生的主體地位。

1.2理論與實踐脫節，教學手段匱乏

目前高校教材的基本結構多由計算機操作系統的基本原理及五大組成部分加上對Unix System V的分析構成。重點偏向理論教學，教學內容與實際使用的Windows、Linux操作系統存在一定距離，學與用之間缺乏聯系，從而導致學生對該課程失去興趣甚至產生厭學情緒。部分高校教師目前仍采用“黑板+粉筆”的傳統手段講授枯燥的理論知識，難以激發學生的學習興趣;即使有些教師使用了電子教案，也是單純地播放理論知識課件，課堂枯燥乏味，學生失去參與思考的積極性。

1.3教學內容理論性較強，實踐性環節薄弱

由于該課程知識點多，涉及面廣，理論性較強且內容抽象，加之部分教師在教學過程中缺乏理論與實踐相結合的具體內容講解，授課枯燥抽象，使學生在學習過程中難以理解。另外，學生缺少自己動手分析或設計一個具體操作系統實例的過程，課程設計環節幾乎沒有，參與研究性學習的機會更少，學生學習興趣降低，也不利于學生創新能力的培養。在實踐教學中，主要采用驗證性實驗，實驗課程依附于理論教學，教學內容陳舊且手段單一，學習內容較淺、知識面狹窄，達不到培養學生的思維方式和探索精神的要求[2]。

1.4教材內容較陳舊，更新較慢

近10年來計算機操作系統工程實踐進展加快，新的開發思想和基本概念不斷出現并應用到當前流行的操作系統產品中。目前教學過程中所使用的大部分教材卻仍側重基礎理論介紹，對于具體操作系統的分析和設計的案例還較少，而且內容較為陳舊，難以和當前飛速發展的計算機操作系統理論和前沿技術保持同步。教材中繁雜的知識點抽象且難懂，導致學生只顧記憶知識點且易陷入疲于記憶的狀態，忽略對問題實質的理解和掌握，忽略對課程各部分內容之間關系和課程教學目的的把握。從教學來看，教材是影響教學內容的一個非常重要的因素，教學內容遠離實際應用且不能及時更新必然會影響學生的學習興趣。

2操作系統原理課程教學改革的措施

針對操作系統原理課程教學現狀及存在的問題，綜合自身教學實踐，本文就該課程的教學改革與實踐活動提出了一些有意義的方法和具體措施[3]。

2.1建設系列課程，注重知識融合

操作系統原理課程一直堅持按照某重點大學計算機學院系列課程建設的目標來加強改革，課程知識點的安排力求體現系列課程建設的要求，充分考慮與相關課程在內容上的銜接和呼應。根據ACM IEEE CC2001和CCC2002(中國計算機科學與技術學科教程)的知識點，理清本課程與數據結構、計算機原理與設計和數據庫原理、編譯原理等相關課程的關系，確定本課程應該覆蓋的知識點。加強系列課程之間橫向、縱向聯系與分工的研究，協調本課程在計算機知識體系中與其他課程之間的關系，通過開設一些配套課程與選修課程，對本課程知識進行完善與補充。

2.2選用高質量的優秀教材和參考書，保持教學內容的實踐性和先進性

現代操作系統工程實踐和技術迅速發展，要求操作系統課程的教學內容必須及時更新以適應日益發展的科學技術，并達到學校培養人才的目標要求，而教材作為影響教學內容的重要因素承擔著至關重要的作用。在教材方面，可選擇由湯小丹、梁紅兵、哲鳳屏、湯子瀛編著的《計算機操作系統》(第三版)[4]作為課程的主教材，清華大學出版社張堯學主編的《計算機操作系統教程》、高教出版社孟靜主編的《操作系統教程——原理和實例分析》以及為雙語教學準備由Abraham Silberschatz， Peter Baer Galvin， Greg Gagne所著的《OPERATING SYSTEM CONCEPTS (6th Edition)》原版教材作為主要的參考教材[5]。教材百花齊放為學生學習提供了多重選擇機會，但我們必須根據學生的實際情況來選擇教材，選擇一本既切合實際又能使學生學以致用的教材，這對于該課程的教學效果具有非常重要的作用[6]。

2.3優化教學內容

操作系統理論和技術發展極為迅速，教學內容需要跟蹤理論和技術的發展，關注面向21世紀教學內容改革的新動向。操作系統的結構和功能也在逐步改進，一些新的概念、方法不斷引入到操作系統中，這些前沿性的知識在教材上往往都沒有介紹或者介紹不全。對此，教師應該根據課程教學目標的需要優化教學內容，摒棄傳統操作系統原理中的過時知識，引入現代操作系統中的采用設計原理的實現技術，不斷調整、更新、完善教材體系和教學知識結構，以適應現代化科學發展的需要。教學內容應該反映當前最新的研究熱點，例如:網絡操作系統、分布式操作系統、嵌入式操作系統、多核技術、多線程技術和Linux系統研究與應用等這些在現實生活中應用廣泛的內容需要增加，而那些內容比較陳舊或者在其他課程中已涉及的就少講或略去不講。

2.4科學系統地設計教學內容和方法

在教學過程中，把實用操作系統看作基礎的教學平臺。我們利用俯拾即是的案例，強調問題的提出，通過觀察Windows藍屏了解“現場”概念，通過使用任務管理器理解“并發”概念，通過分析“虛存文件”理解存儲系統等等，不斷啟發學生思考可能的解決方法，深入分析和比較各種不同方法的差異和適用性，層層推進，在師生互動和共同思考中講授和理解知識。不僅如此，教師還應注意在上機實踐中鼓勵學生自發地發現操作系統相關的問題和解決問題的各種方法，以加深其對知識點的理解和綜合應用。

2.5改革課堂教學方法，充分調動學生的積極性和創造性

在課堂教學過程中，采用啟發式、交互式、案例式和研究式等教學方法，加強課堂互動環節，鼓勵學生大膽發言，激發學生的學習熱情，充分發揮其個性和特長，營造一個寬松、和諧的課堂氛圍。

(1) 開展啟發式教學方法，激發學習興趣。開展啟發式教學方法，實現教學互動，通過培養學生的學習興趣，引導學生進行研究性學習以達到良好的教學效果。課程教學采用啟發式教學方法并通過示范、展示等形式解釋操作系統概念、原理和方法，在課堂和實驗中引導學生分析現實案例、發現新知識。課程中設置吃飯、坐車、買票等各種不同排隊場景，以幫助學生理解操作系統中的任務、存儲、磁盤、設備等管理策略和機制，進一步提出看病、飛機起降、火車運行停靠等各種情境，讓學生自主發現操作系統的其他調度策略和機制。

(2) 精心準備，激情授課，強調交互式教學方法。教學方法需要強調講課的高度激情，以教師高昂的情緒感染學生。以主題、問題為核心，注意運用課堂提問和課堂討論的交互式教學方法，引導學生進行自主式、探究式學習，逐步提高發現問題、分析問題及解決問題的能力。例如:對于教材中介紹的一些算法和程序，采用小組討論的方式讓學生討論。之后每組派代表上臺講述對于課程內容的理解，同時提出疑問讓全班學生一起討論，最后由教師點評。教師應當鼓勵學生提問，根據學生反饋信息和問題，與學生探討問題的解決辦法。

(3) 案例化教學，知識拓展。以經典操作系統Unix為案例，介紹操作系統五大服務功能的實現方法和技術，從應用角度解釋理論，幫助學生分析和理解基本原理;同時補充當前操作系統的新知識，如并行計算、多核技術，引導學生了解操作系統發展動向，領略該課程在科研和應用中的重要性。通過實例、圖解、對比等方法，介紹進程調度算法、緩沖算法等算法的原理和流程，將復雜的算法變得簡單易懂。例如，在講解難點重點部分的時候，適當提出一些與問題相關的且學生容易理解的日常生活中的實例，將復雜的問題簡單化，再進一步提出問題的解決方法。在講授的過程中增強師生互動，既培養了學生獨立思考問題解決問題的能力，也激發了學生學習該門課程的興趣，如同步問題與十字路口信號燈的關系、移臂算法與電梯移動之間的關系等[7]。

2.6利用多種教學手段相結合

充分有效地利用多種教學手段進行課堂教學，增加課堂的生動性與學生學習的主動性，提高學習興趣。在操作系統課程教學中采用電子教案實現陳述性較強的理論講解，但對于需互動性講解的復雜計算問題和邏輯推導過程，則保留傳統的“黑板+粉筆”教學手段進行講解。例如，在講解磁盤的結構問題中，有關磁頭、柱面、磁道和扇區之間的關系時，教師可以利用Flash制作一個相關的教學動畫，把抽象的理論形象地表現出來;而講解關于死鎖避免的“銀行家算法”實例時，應進行課堂討論、板書講解，結合提問將問題層層剖析、層層深入以達到師生互動的效果。另外，還應組織教師積極地參與開發操作系統原理電子多媒體教學軟件，建立功能完善的自動化考試系統，從而有效推進該課程多樣化教學手段的研究和實施。

2.7靈活運用現代化教學平臺，提高教學質量

利用網絡信息技術構建現代化教學平臺，為學生營造一個良好的自主學習氛圍，進一步激發學生學習興趣，提高教學質量。教學網站作為教學平臺建設的基礎，拓寬了教學資源的使用范圍和學生的受益范圍，形成師生共建、共促質量的模式。教學網站中提供了大量的教學資源，包括本門課程的教學大綱、實驗大綱、多媒體課件、模擬試題、課外學習資料以及重點章節的教學錄像等。學生可以在線學習、在線測試及在線提交作業，也可以使用電子郵件和BBS論壇等方式與教師進行課外交流;同樣，教師可以實現在線輔導答疑、在線命題與試卷生成。

2.8強調與時俱進，注重學術交流

隨著計算機的迅速發展，計算機操作系統的更新換代也非常迅速，如何讓學生接受最新的操作系統設計技術，成為當前面臨的重大課題。因此，結合國內外操作系統領域的最新發展，參考國際著名大學最新推出的操作系統課程大綱，借鑒大公司在設計操作系統中獲得的經驗和教訓，注重專業知識的前瞻性和國際性，以構建合理的教學內容。學術交流是提高課程教學質量的另一種途徑，通過講座方式邀請在操作系統設計上有建樹的專家前來講學，讓學生了解現代操作系統發展的新趨勢并接受最新技術，領略該課程在科學研究和實際應用中的重要作用，把操作系統的理論應用到操作系統最新發展的技術上。這樣既開闊了學生的視野，又使學習目的更加明確[8]。

2.9強調思想、策略和方法，鼓勵并培養學生的研究興趣和能力

操作系統原理課程包含了很多重要的思想、設計策略和實現方法，在介紹操作系統各模塊中使用到的各種模型、方法時，應著重強調從具體問題的提出到最終解決的過程和思路，并適當介紹科學實驗的一般方法，啟發學生思維，鼓勵學生自主發現問題、提出解決辦法以及驗證并評價自己的辦法，進一步培養學生的創新能力。

3結束語

近年來操作系統在理論和技術上的迅速發展，使原來的部分教學內容和方法顯得有些陳舊、滯后，進行操作系統原理課程的教學改革非常必要。本文力圖從教材選擇、教學內容、教學方式、教學手段以及實踐教學環節制定等多個方面對該課程進行深入改革，通過以上措施，有效地提高了該課程的教學質量，取得了較好的教學效果。

主要參考文獻

[1] 季賽，岳健. 《操作系統》課程教學改革的探討[J]. 氣象教育與科技， 2008，31(1):18-22.

[2] 李廣軍. 操作系統教學方法初探[J]. 福建電腦，2007(11):186-187.

[3] 郝繼升. 計算機操作系統原理課程的教學探索[J]. 教育與職業，2007(8):99-101.

[4] 湯小丹，梁紅兵，哲鳳屏，等. 計算機操作系統[M]. 第3版. 西安:西安電子科技大學出版社，2007.

[5] 趙正德，吳紹春，陶永振，等.“操作系統”課程教學改革與建設的研究與實踐[J].計算機教育，2009(7):16-18.

[6] 楊燕. 操作系統課程雙語教學的探討[J]. 北京大學學報:哲學社會科學版，2007(5):174-175.

[7] 陳琳.操作系統原理課程教學改革與實踐[J].長江大學學報:自然科學版，2009，6(3):314-315.

[8] 張坤. “操作系統”課程的教學方法研究[J]. 高等工程教育研究，2007(z1):151-152.