操作系統原理實驗教學改革

　　文章編號：1672-5913(2011)17-0085-03 中圖分類號：G642 文獻標識碼：B
　　摘 要：操作系統原理課程包含廣泛的專業基礎知識和較強的專業內涵，抽象概念多，內容更新快，因此該課程的實驗教學需要不斷更新實驗教學內容，改革實驗教學方法。本文結合本校實際教學特點，從這門課程的實驗教學方法、實驗教學手段、實驗設計、課程設計等方面探討了操作系統原理的實驗教學改革情況。
　　關鍵詞：操作系統；實驗教學；計算機專業教學
　　基金項目：廣東石油化工學院教育教學改革研究項目(204232)。
　　作者簡介：許波，男，美國計算機學會(ACM)會員，中國計算機學會(CCF)會員，講師，研究方向為計算智能、云計算、數字媒體；代靜，女，西南大學碩士研究生，專業方向為學科教學。
　　1 背景介紹
　　各大高校在開展操作系統原理課程教學時，一般分為理論和實驗兩大部分[1-2]：首先先通過板書、多媒體等手段講解理論知識，再通過機房實驗操作完成認知和驗證訓練。在理論教學方面，由于各個院校非常重視并不斷進行改革，已漸漸走向成熟與正規化，而實驗教學由于起步比較晚，教師與學生重視不夠，存在比較多的問題，例如[3-4]：1)實踐教學環節非常薄弱，因為實驗環境設置問題，幾乎沒有課程設計；2)大多數國內實驗教材內容都陳舊[5]。這些問題使得教師需要不斷地更新實驗教學內容，改革實驗教學方法[6-7]。針對這些問題，并考慮到各個高等院校實際情況與教學條件的差異，我們從實驗教學內容的深度、廣度和重點、難點等多方面進行改革，經過教學實踐，探索出了一些行之有效的實驗教學方法，以滿足企業對人才的要求。
　　2 課堂實驗教學改革
　　2.1 編寫實驗教材
　　選擇合適的實驗教材對于實驗教學非常關鍵，目
　　
　　前市場上關于操作系統原理實驗教材種類少，質量不高。這些教材大致可分為以下兩種類型[6]：第一類為國內自編實驗教材，即國內各大重點院校主講教師所編著，這類教材偏重于操作系統理論知識的講解，實踐性不強；第二類教材為國外具有權威性的英文原版實驗教材，該類教材知識較新、實踐性很強，但是由于普通院校教師以及學生的專業英語水平有限，對教材大部分內容無法很好地理解，難以得到全面實施。因此，我們采取了靈活方法來處理教材選用的問題，在充分理解大多數教材，遵循課程教學規律的基礎上，針對本校學生的特點與水平，編寫了適合我校教學對象和要求的實驗教材，綜合趣味性、可操作性和適當的難度，在保證實驗可完成性的基礎上增加學生的興趣，使其在解決問題的過程中獲得成就感。我們還向同類二本院校推薦，解決目前全國大部分高校計算機學科在這門課程的實踐教學環節中發展普遍滯后的問題。
　　2.2 因材施教
　　作為任課教師，要挖掘每一位學生的自身特點，做到因材施教、人盡其才。只有這樣，我們才能為社會輸送各種類型的人才，滿足不同層次的需要。針對學生的不同需求，教師可穿插講解難度不同的實驗內容。學生大致可以分為以下三種類型：一種為非計算機專業的。一種為計算機專業的，而計算機專業的又可分為深造型和普通就業型。對于深造型，在授課過程中，教師列舉典型的考研實驗題型，使學生能夠深入理解操作系統的原理和應用，對于計算機專業以及網絡工程專業將來主要就業的學生或者考證的學生，強化實踐動手能力，對實際操作系統，例如Linux，加強實驗教學。對于非計算機專業的學生而言，更多的是準備參加計算機等級考試，在課堂上有針對性地梳理實驗知識點，引導學生由淺入深地加深操作系統原理知識的學習，針對學生的需要并結合實驗教學大綱來授課，可以很好地激發了學生的學習興趣。
　　2.3 課堂實驗
　　作為操作系統課堂理論教學的輔助部分，課內實驗是加強計算機科學與技術專業實踐的重要環節之一。由于操作系統自身的龐大和復雜，造成學生在學過操作系統課程后，總有一種“霧里看花”的感覺，
　　
　　只是支離破碎地了解了一些操作系統局部知識，而很難將這些知識融會貫通，對于運用操作系統知識從事設計和應用更是無從談起。我們實驗課程設置的目的就是力圖解決上述問題。
　　1) 實驗設置。
　　課堂實驗將按以下兩個方面進行。
　　(1) 對常用的系統調用命令的使用方式有一個較熟練的掌握
　　(2) 對典型操作系統的編程基礎知識和機制進行學習和了解。
　　實驗內容如表1所示，操作系統的課內實驗共8個，根據具體上機條件和學時選做5～6個，其中實驗2、3中必選1個，實驗4～7中必選1個。由于所有實驗均在Linux環境下工作，用C語言編程，因此學生要具備一定的C語言編程能力。同時要在充分預習實驗中相關知識后，再進行實驗的上機環節，另外，由于操作+HJoIGyY+pDqKhc54830ZQ==系統實驗中有些題目具有一定的難度和規模，建議采用分組方式進行實驗。
　　
　　表1 課堂實驗設置
　　
　　2) 實驗報告。
　　實驗報告內容包括兩部分：一是對相關知識學習的書面總結，主要包括知識綜述和參考文獻；二是對本次實驗的分析報告，主要針對涉及算法的題目；三是包括本次實驗的上機結果(數據結構、程序框圖、源程序文檔和運行情況)以及實驗中的難點分析和心得體會。
　　3) 實驗平臺。
　　選用目前最為流行的操作系統Red Hat Linux 9.0作為實驗平臺，實驗內容以驗證性實驗為主，比如在講授操作系統原理第一章緒論時，我們設計了Red Hat Linux 9.0的安裝實驗，并介紹了操作系統的發展歷史，學生通過實驗環節深化和理解書本知識。
　　4) 多維度評價體系。
　　多維度不僅僅是指學習知識，它包括知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等方面，該評價體系打破以往以期末考試成績為主的成績評定方法，經過實踐與完善，為課程確立了多方面的考核因素和成績計算公式，內容如下：
　　總評成績=課程設計(20%)+實驗(20%)+預習報告(5%)+實驗報告(10%)+期末考試(45%)-考勤扣分。
　　由此可見，作為操作系統原理課程的重要學習內容，課程設計和實驗操作這兩部分在應考核方面力度加大，主張強化應用；另外，對預習報告和實驗報告的考核更能反映學生學習的態度及學習成果。
　　3 課程設計
　　對一個具體的設計來說，不同功能的實現都有專職的工作組。對于一個班級來講，50多人也不能都去完成同一個任務。我們應該根據設計的實際情況，將設計進行任務分解，同時將班級全體學生劃分成多個小組，每個小組完成一個設計。在分組培養模式下，學生的團隊協作精神將明顯提高，這既包括組內成員協調，也包括組間協調，既有技術性的，也有人事關系上的。在課程設計中，我們主要側重運用一些重要的系統調用編寫程序模塊，對操作系統中的一些重要概念和典型算法進行實現或驗證，根據實驗講義和課堂上學到的知識寫出程序，帶到實驗現場調試。主要內容如下。
　　1) 銀行加算法模擬。
　　2) 小型文件系統設計。
　　3) 頁面置換算法模擬。
　　4) 進程調度算法模擬。
　　5) 進程間通信模擬。
　　
　　6) Linux下USB驅動程序。
　　要求：對于一個課程設計題目，每個班級限2組選擇，每4個人一組。
　　
　　實驗結束后，由實驗指導教師根據實驗記錄給出成績。
　　4 結語
　　在教學中，我們始終堅持教師是主導、學生是主體的原則，使用多樣合理的教學方法，充分調動學生的主動性，通過加強實驗教學環節來提高學生解決問題及實踐動手的能力。操作系統原理課程實驗教學改革是一個復雜的系統工程，我們立足本校，從實驗教學方式、實驗教學內容以及實踐教學環節各個方面進行改革，取得了顯著的教學成果。
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1] 陳向群. 探索操作系統實踐教學[J]. 計算