百色學院操作系統課程教學改革的研究與實踐

李芬 黃克文

摘要：本文闡述百色學院操作系統課程教學改革的必要、操作系統理論課程改革的方法、手段及實踐教學的設計等。

關鍵詞：操作系統；教學改革；實踐

1．引言

計算機操作系統課是計算機及其相關專業的一門重要的專業基礎課，是計算機及其相關專業的主干課程之一。幾乎所有高校的計算機專業都開設有操作系統課，并且自2009年開始，全國碩士研究生統一入學考試中，操作系統課程被列為計算機學科專業基礎綜合的必考科目之一，因此教師教好操作系統這門課及學生學好這門課的重要性是不言而喻的。百色學院于2006年經國家教育部批準由廣西右江民族師范高等專科學校升格成本科院校。在專科階段我院計算機專業也開設有操作系統課程，但由于課時及知識結構等原因的限制，我們在開設該課程時，只有理論課時，沒有實踐課時，缺乏理論與實際應用的融通，學生普遍反映該課程比較抽象，不容易掌握。因此在本科階段，我們在開設操作系統這門課程時，如何在課程設置、教學方法及手段等方面進行改革，以達到更好的教學效果，已是迫在眉睫的事情，通過改革使學生更好的掌握這門課的知識，為考研復習或后繼課程的學習打下良好的基礎。為此百色學院數學與計算機信息工程系針對操作系統這門課，由幾位專業教師組成了一個課程組，負責我院操作系統課程改革的研究和實現。

2．操作系統理論課程改革的方法及手段

2.1 選擇高質量的優秀教材

教材是知識積累和傳播的載體，教材的選定非常重要，因為選定一本好的教材對學生的學習興趣和積極性的調動非常重要。一本優秀的教材不僅能涵蓋到知識的主要方面，還更應該做到新知識和老知識的兼顧。因為計算機硬件的更新換代很快，與之相應的操作系統的也會隨之更新。目前有關操作系統課程的教材很多，但大多數的教材盡管其新版本不斷的推出，但里面的內容還是舊的知識，并沒有體現新的操作系統的特點。比如現在大多數用戶已在使用多核的計算機，但很多教材對處理機的調度算法的闡述仍是基于單核的，很少提到多處理機的調度算法，這樣的教材由于知識陳舊，學生在學習的時候雖然能學到一些經典算法和原理，但很難學到新的知識。因此我們在選擇教材的時候應該選用那些具有特色，條理清晰，而又貼近實際運用的主流操作系統進行教學和實踐。經過幾年實踐，我們的課程組選擇西安電子科技大學出版社湯子嬴等人主編的《計算機操作系統》作為課程的主教材，清華大學出版社張堯學等人主編的《計算機操作系統教程》、高等教育出版社鄭扣跟翻譯的《操作系統概念》作為主要的參考教材。這些教材普遍能體現在操作系統領域的多年來的教學經驗和研究成果，同時具有一些經典的實驗及算法，不僅能夠提高學生的學習興趣，而且還能增進學生動手實踐的創新熱情。

2.2 采用多元化的教學方法和手段

操作系統是計算機系統不可缺少的重要組成部分，是計算機硬件功能的首次擴充，鑒于操作系統本身的特性及其在計算機系統中的地位，在計算機專業軟、硬件課程的設置中操作系統課程有著承上啟下的作用。因此其課程特點表現為內容龐雜、涉及面廣、知識點難度跨度大。為此我們在操作系統課程改革的研究中，應該注重改進教學方法、實驗方式、教學輔導方式，實現課程教學多媒體化、課程輔導網絡化的教學方式，保障對該課程教學的需求，在提高教學質量的同時，提高學生學習的積極性。

（1）多媒體教學法。傳統的教學模式為“粉筆+黑板”的形式，我們課程組的老師在多年的教學實踐中發現“粉筆+黑板”的教學模式雖然也能將教學順利進行，但是該課程在授課的過程當中有很多知識點的講授如進程狀態的轉換、分頁地址的變換等需要一些輔助的圖示才能講解清楚，而這些圖在黑板上用手畫出來將占用比較多的課堂時間，為此，我們將操作系統這門課的授課模式從“粉筆+黑板”轉換為“計算機+大屏幕”多媒體授課模式。電子教案也力求從靜態為主的幻燈片方式變為動態算法演示為主的多媒體課件，用形象的動畫在大屏幕上展示抽象的原理和算法的實現過程，既能提高課堂效率，又能吸引學生的注意力。

（2）類比教學法。操作系統這門課的特點是內容龐雜而且抽象，如果我們只按教材的內容去授課，將不易于學生理解和接受，為此在課堂講授中，可以將實際應用和生活中人們熟悉的事物與枯燥、抽象的操作系統概念、基礎理論進行類比，有助于學生直觀、形象地理解操作系統的理論知識，激發學生的學習興趣。如在進程概念這一章中，有一個知識點是關于程序和進程的區別的，若直接按教材歸納出來的幾點講，學生可能不容易理解，而且也不容易記住，但如果我們做個比喻，將程序比作菜單，將廚師照著菜單炒菜比作進程，就非常的形象，效果就會好很多。此外，在操作系統課程中，還有很多可以這樣應用類比的地方，如將進程死鎖和交通阻塞聯系起來，將進程調度和銀行排隊服務聯系起來，將信號量與交通燈聯系起來等等。

（3）網絡教學法。提高教學質量不僅要充分利用上課時間，而且也要發揮現有課外資源讓課堂效果持續增長。這方面我們主要利用學校提供的網上教學平臺，我們的課程組在2008年申請了院級項目“網絡操作系統網絡課件建設”，并組建了我院操作系統課程的網絡平臺，包括電子課件、在線測試、學習論壇、資料下載等幾個模塊。我們課程組的老師將一些精心準備的參考資料上傳到該平臺上，以方便學生下載來學習。教學網絡平臺讓學生能更大程度地獲得需要的信息和知識，了解整個課程教學過程，并參與到教學中來，形成師生共建、共促質量的模式。

（4）案例教學法。在操作系統教學中，要涉及大量的算法實例，如：各種調度算法的實現、請求頁式管理的置換算法、地址變換等，這些實例執行情況如果用動畫方式進行演示，將收到很好的教學效果，為此，我們可以構建一個案例庫，方便在教學中使用。有些案例我們甚至可以布置給學生去設計和完成，讓他們在對案例的設計過程中，加深對理論部分的理解。例如：在我們的“網絡操作系統網絡課件建設”項目中有很多算法動畫的實現是分配給不同的學生做的，既培養學生的動手能力，又使他們加深了對本門課程理論的理解。

3．操作系統實踐教學的設計

操作系統處于整個計算機系統軟件的最低層，抽象而不易理解，如果僅僅在課堂教學中講解操作系統的原理，往往不易理解，甚至使學生感到枯燥乏味。在幾年的教學實踐中我們深刻地體會到，只有教學和實踐相結合，理論和實踐并重才能取得良好的教學效果，為此，我們開設了相應的實踐環節，培養學生的實踐動手能力。

實踐環節有以下幾方面的內容：（1）進程調度算法實現，要求：設計進程控制塊；完成進程隊列的創建，并模擬進程調度算法，包括：先來先服務調度算法、優先級調度算法和輪轉算法。（2）以分區策略為主的內存分配算法實現，要求：建立模擬的內存分區、分區表和空閑隊列等；實現最先適應算法、最佳適應算法和最壞適應算法。（3）存儲器命中率計算問題，要求：設計描述頁面的數據結構和管理內存頁面的鏈表，實現FIFO和LRU算法并研究它們的命中率。（4）SPOOLING系統的模擬，要求：設計PCB和PCB隊列等數據結構，模擬現實SPOOLING算法，使用初始數據進行模擬，并分析模擬結果。（5）文件系統中操作命令的實現，要求：設計兩級目錄結構及設計文件的保護措施，實現文件操作命令：create、del、open、close、read和write等，運行初始數據，并分析運行結果。

實驗參考書可選清華大學出版社徐虹的《操作系統實驗指導——基于Linux內核》、清華大學出版社張麗芬的《操作系統實驗教程》、機械工業出版社陳向群的《Windows內核實驗教程》、高等教育出版社孟靜的《操作系統教程題解與實驗指導》、清華大學出版社任愛華的《操作系統實驗指導》等。由于可選的參考書很多，可以不統一訂購，教師只需提供參考書目，讓學生根據實驗情況靈活選擇。上機實驗時以分組的方式組織課程設計，即按照一定的方式進行分組，每組負責一個課程設計任務，并且每組選一個人作為組長負責實驗內容的總體設計和組內任務分工，這樣使得組內成員之間既是一種相互獨立的關系，又是一種相互協作的關系。通過實驗課程不僅可以使學生深入理解和掌握操作系統的知識和運用這些知識的能力，還可以深化學生對主流操作系統的理解、培養學生良好的理論與實際相結合的意識、提高學生分析問題和解決問題的能力。

4．結束語

操作系統是一門抽象的課程，掌握最新的操作系統原理、提高對現代操作系統的實踐能力，雖然要依賴于教、學雙方的不懈努力，但在教學中教師仍然起到主導作用，只要我們合理地使用多樣的教學方法，充分調動學生學習的興趣、學習積極性和主動性，通過加強實驗教學提高學生的動手能力以及分析和解決問題的能力，并能夠抓好教學中的各個環節，就能使學生真正學好這門課。

參考文獻

[1]湯小丹，湯子嬴等. 計算機及操作系統（第三版）. 2007.5

[2]鄭扣根 譯. 操作系統概念(第7版). 2010-1-1

[3]劉國清，顏君彪.《操作系統原理》教學方法探索，福建電腦，2009-12

[4]軒春青，王芳. 操作系統教學改革探討，電腦學習，2009-8

[5]陸慶，蒲曉蓉. “計算機操作系統”實驗教學的改革與創新，計算機教育，2007-11