操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

　　文章編號(hào)：1672-5913(2011)17-0085-03 中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　摘 要：操作系統(tǒng)原理課程包含廣泛的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和較強(qiáng)的專業(yè)內(nèi)涵，抽象概念多，內(nèi)容更新快，因此該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要不斷更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。本文結(jié)合本校實(shí)際教學(xué)特點(diǎn)，從這門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)等方面探討了操作系統(tǒng)原理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革情況。
　　關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)
　　基金項(xiàng)目：廣東石油化工學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(204232)。
　　作者簡介：許波，男，美國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(ACM)會(huì)員，中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(CCF)會(huì)員，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算智能、云計(jì)算、數(shù)字媒體；代靜，女，西南大學(xué)碩士研究生，專業(yè)方向?yàn)閷W(xué)科教學(xué)。
　　1 背景介紹
　　各大高校在開展操作系統(tǒng)原理課程教學(xué)時(shí)，一般分為理論和實(shí)驗(yàn)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(shí)，再通過機(jī)房實(shí)驗(yàn)操作完成認(rèn)知和驗(yàn)證訓(xùn)練。在理論教學(xué)方面，由于各個(gè)院校非常重視并不斷進(jìn)行改革，已漸漸走向成熟與正規(guī)化，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于起步比較晚，教師與學(xué)生重視不夠，存在比較多的問題，例如[3-4]：1)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)非常薄弱，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置問題，幾乎沒有課程設(shè)計(jì)；2)大多數(shù)國內(nèi)實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容都陳舊[5]。這些問題使得教師需要不斷地更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法[6-7]。針對(duì)這些問題，并考慮到各個(gè)高等院校實(shí)際情況與教學(xué)條件的差異，我們從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的深度、廣度和重點(diǎn)、難點(diǎn)等多方面進(jìn)行改革，經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，探索出了一些行之有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，以滿足企業(yè)對(duì)人才的要求。
　　2 課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
　　2.1 編寫實(shí)驗(yàn)教材
　　選擇合適的實(shí)驗(yàn)教材對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)非常關(guān)鍵，目
　　
　　前市場(chǎng)上關(guān)于操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)教材種類少，質(zhì)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(nèi)自編實(shí)驗(yàn)教材，即國內(nèi)各大重點(diǎn)院校主講教師所編著，這類教材偏重于操作系統(tǒng)理論知識(shí)的講解，實(shí)踐性不強(qiáng)；第二類教材為國外具有權(quán)威性的英文原版實(shí)驗(yàn)教材，該類教材知識(shí)較新、實(shí)踐性很強(qiáng)，但是由于普通院校教師以及學(xué)生的專業(yè)英語水平有限，對(duì)教材大部分內(nèi)容無法很好地理解，難以得到全面實(shí)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(shù)教材，遵循課程教學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，針對(duì)本校學(xué)生的特點(diǎn)與水平，編寫了適合我校教學(xué)對(duì)象和要求的實(shí)驗(yàn)教材，綜合趣味性、可操作性和適當(dāng)?shù)碾y度，在保證實(shí)驗(yàn)可完成性的基礎(chǔ)上增加學(xué)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(jì)算機(jī)學(xué)科在這門課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中發(fā)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(xué)生的自身特點(diǎn)，做到因材施教、人盡其才。只有這樣，我們才能為社會(huì)輸送各種類型的人才，滿足不同層次的需要。針對(duì)學(xué)生的不同需求，教師可穿插講解難度不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生大致可以分為以下三種類型：一種為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的。一種為計(jì)算機(jī)專業(yè)的，而計(jì)算機(jī)專業(yè)的又可分為深造型和普通就業(yè)型。對(duì)于深造型，在授課過程中，教師列舉典型的考研實(shí)驗(yàn)題型，使學(xué)生能夠深入理解操作系統(tǒng)的原理和應(yīng)用，對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)以及網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)將來主要就業(yè)的學(xué)生或者考證的學(xué)生，強(qiáng)化實(shí)踐動(dòng)手能力，對(duì)實(shí)際操作系統(tǒng)，例如Linux，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，更多的是準(zhǔn)備參加計(jì)算機(jī)等級(jí)考試，在課堂上有針對(duì)性地梳理實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地加深操作系統(tǒng)原理知識(shí)的學(xué)習(xí)，針對(duì)學(xué)生的需要并結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱來授課，可以很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　2.3 課堂實(shí)驗(yàn)
　　作為操作系統(tǒng)課堂理論教學(xué)的輔助部分，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是加強(qiáng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)之一。由于操作系統(tǒng)自身的龐大和復(fù)雜，造成學(xué)生在學(xué)過操作系統(tǒng)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(tǒng)局部知識(shí)，而很難將這些知識(shí)融會(huì)貫通，對(duì)于運(yùn)用操作系統(tǒng)知識(shí)從事設(shè)計(jì)和應(yīng)用更是無從談起。我們實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的目的就是力圖解決上述問題。
　　1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)置。
　　課堂實(shí)驗(yàn)將按以下兩個(gè)方面進(jìn)行。
　　(1) 對(duì)常用的系統(tǒng)調(diào)用命令的使用方式有一個(gè)較熟練的掌握
　　(2) 對(duì)典型操作系統(tǒng)的編程基礎(chǔ)知識(shí)和機(jī)制進(jìn)行學(xué)習(xí)和了解。
　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1所示，操作系統(tǒng)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)共8個(gè)，根據(jù)具體上機(jī)條件和學(xué)時(shí)選做5～6個(gè)，其中實(shí)驗(yàn)2、3中必選1個(gè)，實(shí)驗(yàn)4～7中必選1個(gè)。由于所有實(shí)驗(yàn)均在Linux環(huán)境下工作，用C語言編程，因此學(xué)生要具備一定的C語言編程能力。同時(shí)要在充分預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)中相關(guān)知識(shí)后，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的上機(jī)環(huán)節(jié)，另外，由于操作+HJoIGyY+pDqKhc54830ZQ==系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中有些題目具有一定的難度和規(guī)模，建議采用分組方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
　　
　　表1 課堂實(shí)驗(yàn)設(shè)置
　　
　　2) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
　　實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括兩部分：一是對(duì)相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)的書面總結(jié)，主要包括知識(shí)綜述和參考文獻(xiàn)；二是對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的分析報(bào)告，主要針對(duì)涉及算法的題目；三是包括本次實(shí)驗(yàn)的上機(jī)結(jié)果(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序框圖、源程序文檔和運(yùn)行情況)以及實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)分析和心得體會(huì)。
　　3) 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　選用目前最為流行的操作系統(tǒng)Red Hat Linux 9.0作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，比如在講授操作系統(tǒng)原理第一章緒論時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)了Red Hat Linux 9.0的安裝實(shí)驗(yàn)，并介紹了操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)深化和理解書本知識(shí)。
　　4) 多維度評(píng)價(jià)體系。
　　多維度不僅僅是指學(xué)習(xí)知識(shí)，它包括知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面，該評(píng)價(jià)體系打破以往以期末考試成績?yōu)橹鞯某煽冊(cè)u(píng)定方法，經(jīng)過實(shí)踐與完善，為課程確立了多方面的考核因素和成績計(jì)算公式，內(nèi)容如下：
　　總評(píng)成績=課程設(shè)計(jì)(20%)+實(shí)驗(yàn)(20%)+預(yù)習(xí)報(bào)告(5%)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告(10%)+期末考試(45%)-考勤扣分。
　　由此可見，作為操作系統(tǒng)原理課程的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作這兩部分在應(yīng)考核方面力度加大，主張強(qiáng)化應(yīng)用；另外，對(duì)預(yù)習(xí)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考核更能反映學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度及學(xué)習(xí)成果。
　　3 課程設(shè)計(jì)
　　對(duì)一個(gè)具體的設(shè)計(jì)來說，不同功能的實(shí)現(xiàn)都有專職的工作組。對(duì)于一個(gè)班級(jí)來講，50多人也不能都去完成同一個(gè)任務(wù)。我們應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，將設(shè)計(jì)進(jìn)行任務(wù)分解，同時(shí)將班級(jí)全體學(xué)生劃分成多個(gè)小組，每個(gè)小組完成一個(gè)設(shè)計(jì)。在分組培養(yǎng)模式下，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神將明顯提高，這既包括組內(nèi)成員協(xié)調(diào)，也包括組間協(xié)調(diào)，既有技術(shù)性的，也有人事關(guān)系上的。在課程設(shè)計(jì)中，我們主要側(cè)重運(yùn)用一些重要的系統(tǒng)調(diào)用編寫程序模塊，對(duì)操作系統(tǒng)中的一些重要概念和典型算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)或驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義和課堂上學(xué)到的知識(shí)寫出程序，帶到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。主要內(nèi)容如下。
　　1) 銀行加算法模擬。
　　2) 小型文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
　　3) 頁面置換算法模擬。
　　4) 進(jìn)程調(diào)度算法模擬。
　　5) 進(jìn)程間通信模擬。
　　
　　6) Linux下USB驅(qū)動(dòng)程序。
　　要求：對(duì)于一個(gè)課程設(shè)計(jì)題目，每個(gè)班級(jí)限2組選擇，每4個(gè)人一組。
　　
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄給出成績。
　　4 結(jié)語
　　在教學(xué)中，我們始終堅(jiān)持教師是主導(dǎo)、學(xué)生是主體的原則，使用多樣合理的教學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，通過加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)來提高學(xué)生解決問題及實(shí)踐動(dòng)手的能力。操作系統(tǒng)原理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，我們立足本校，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)各個(gè)方面進(jìn)行改革，取得了顯著的教學(xué)成果。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 陳向群. 探索操作系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)[J]. 計(jì)算