計算機操作系統課程教學設計探討

　　摘要：針對高校計算機操作系統課程知識點多、理論性強、概念抽象、難度大的教學實際，文章在分析課程特點及教學對象的基礎上，結合計算機學院多個班級兩個學期的教學實踐，總結理論教學和實踐教學的經驗，整理出一套教學設計方案，在推進教學方式多樣化，樹立現代教育理念方面進行了嘗試，以期達到全面提高教學質量的目的。
　　關鍵詞：操作系統；教學設計；學習情境；類比
　　
　　計算機操作系統是計算機及相關專業的一門核心專業課程，其特點是知識點覆蓋面廣、跨度大、教學難度高。操作系統課程在計算機學科知識體系中處于硬件知識與軟件知識的結合點，對操作系統理論和方法的研究以及對操作系統的使用、分析、開發和設計，歷來是計算機領域最主要的課題及任務之一[1]。因此，操作系統課程對教師的教授和學生的學習都提出了較高的要求，這就迫切需要探求新的教學方法來獲取較好的教學效果。
　　1課程任務分析
　　操作系統課程是計算機及相關專業的重要必修課程之一，也是考研統考課之一。其先修課程包括計算機組成原理、高級程序設計語言、數據結構，預備知識還包括數據庫和軟件工程的基本知識。
　　操作系統課程的任務是：使學生掌握計算機操作系統的基本原理及組成，了解操作系統的發展歷程及其推動因素，理解操作系統的基本概念、理論和技術，學習操作系統的設計技巧和方法，對主流的計算機操作系統如Windows、Unix或Linux等能進行基本的操作和使用。
　　操作系統課程的目的是培養學生的邏輯思維和動手能力，使學生能夠通過學習操作系統基本原理、設計思路及方法，提高分析問題、解決問題的能力，能夠編寫高效的程序算法，并為后續課程如網絡操作系統、分布式操作系統等奠定堅實的基礎。
　　2教學目標分析
　　操作系統課程的教學目標分為知識目標、能力目標、情感目標三個方面。
　　2.1知識目標
　　知識目標分為基礎目標和提高目標兩個方面，前者要求掌握操作系統的基本概念、實現原理、設計方法和基本技巧；后者旨在通過課程學習，了解操作系統的發展是一個不斷發現問題、解決問題的過程，現代操作系統融合了面向對象的程序設計及現代軟件工程的先進思想。
　　2.2能力目標
　　能力目標分為學習能力、思維能力、觀察能力、動手能力四個方面。學習能力目標要求學生通過學習本課程提高對比、歸納總結的能力，提高自主學習能力；思維能力目標要求學生逐步培養較好的聯想力、理解力、分析力；觀察能力目標要求學生養成善于觀察的習慣，提高發現問題的能力；動手能力要求學生通過上機實驗，能夠親身體驗操作系統功能的設計和實現過程，培養學生運用操作系統知識的能力[2]，并提高程序設計及實現的能力。
　　2.3情感目標
　　情感目標要求學生能用自身的情感體驗主動參與學習，增強個人的自信心，激發學習的興趣，發掘學習的動力。可將學生分為若干個小組，課堂討論和上機實驗均以小組為單位，逐步培養學生的團隊合作精神，達到同學之間互幫互助、共同學習、共同進步的目的。
　　3教學對象分析
　　操作系統課程的教學對象主要是計算機及相關專業二、三年級的學生。教學對象已經具備一定的程序設計基礎。從課程特點來看，操作系統對學生的吸引力不如程序設計課程對學生的吸引力強，這就要求教師在操作系統的教學過程中做到深入淺出，盡量用生動、活潑的例子來闡述基本概念和原理，避免對晦澀、枯燥的專業術語做灌輸性的講解。
　　另一方面，我們的教學對象沒有足夠的編程積累，對程序算法的理解并不深刻，因此對操作系統課程中的一些經典算法如哲學家就餐問題等涉及到的程序代碼部分，應盡量避免直接講解代碼，可以先借助流程圖來分析算法思路，再引導學生閱讀代碼。
　　此外，大二、大三的學生處于本科學習階段的中部，他們已經適應了大學的學習環境及學習方式，并且不會在就業問題上分散較多精力，因此大都能保持端正的學習態度。這樣，教師只需強調課前預習、課后復習的重要性，學生大都能接受并按要求執行。另外在每次課的前幾分鐘，對上一次的知識點進行簡要的回顧，能加深學生對知識的理解和記憶；根據課程進度及時安排適量的作業，可以幫助學生鞏固知識，且學生大都能保質保量地完成作業。教學過程中教師需要對作業中出現的共性問題及時進行點評。
　　4教學策略分析
　　計算機操作系統課程的特點是概念多、涉及面廣、理論性強、跨度大、難度大，要求教師能由淺入深對易混淆的概念加以詳細說明，對每章的重點、難點作詳細介紹。學習操作系統要從宏觀和微觀兩方面把握。宏觀上，通過操作系統概論的講解，使學生首先了解到這門課程要學習的內容就是操作系統的五大功能及其實現，從而在總體上有一個清晰的認識；微觀上則要求教師詳細講解操作系統各個功能的具體實現原理，使學生從具體細節上掌握操作系統的概念、原理及技術[3]。操作系統是計算機技術與管理技術的結合，學習時可以聯想日常生活中熟悉的管理示例反復體會操作系統的管理方法，以加深對問題的理解[4]。
　　4.1教學方法分析
　　操作系統課程的教學可采用多媒體教學、比較法、算例分析和上機實驗相結合的方法，如圖1所示。
　　教學過程中，采用多媒體教學方法對操作系統的知識點進行詳細講解，可以利用動畫效果演繹操作系統中動態的處理過程；對易混難懂的知識點，可以利用生活中的實例進行類比，目的是由淺入深，加深學生對概念的理解和掌握(詳見下文學習情境分析部分)；對經典算法(如銀行家算法、各種進程調度算法等)的講解，需要設計合適的算例進行板書演算，使學生掌握算法的詳細計算步驟；對關鍵的問題和算法安排上機實驗課進行程序設計，通過設計和實現相關模擬程序如進程調度模擬程序、分區分配模擬程序、頁面置換算法模擬程序等，學生可深刻掌握操作系統理論知識并提高動手設計能力。一個頁面置換算法的模擬程序如圖2所示。
　　操作系統課程中有很多相似知識點，如FCFS，RR，SJF，HPF，HRN等調度算法，它們之間既相互聯系，又相互區別。對這些知識點的教學最好是采用對比歸納的方法，通過表格的方式將它們的異同點、優缺點等進行整理，達到理解深刻、便于記憶的目的。表1[1]對比和歸納了進程與程序的區別。
　　作業是鞏固操作系統知識的一個重要環節，因此，在教學中，教師應根據教學進度及時安排一定量的作業并及時批改，對作業中共同存在的問題及時進行點評。為方便教學，可以建立習題庫并講解一些與課時進度同步的歷年考研真題。
　　4.2教學評價分析
　　教學評價是依據教學目標對教學過程及結果進價值判斷并為教學決策服務的活動，一般包括對教師、學生、教學內容、教學方法手段、教學環境、教學管理諸因素的評價，但主要是對學生學習效果的評價和教師教學工作過程的評價[5]。
　　對學生學習效果的考察除了利用傳統的考試和測驗等手段，還應該做到全方位、多樣化?？疾鞎r需要照顧到全體學生，隨時針對學生的整體基礎把握其學習動態，及時獲取學生的反饋信息，對學生學習中的問題需要及時處理，避免問題積壓，并及時調整課程進度。以教學目標中的知識目標、能力目標、情感目標三個方面的要求來驗證學習效果，使學生能夠得到全面的發展。
　　另一方面，對教師的考核也需要充分參考學生的意見。考核內容包括課程講解的清晰度、條理性、趣味性、生動性如何，作業批改是否及時、是否認真，回答問題是否負責、是否有耐心等。
　　5學習情境分析
　　學習情境的創設應盡量符合活動性、生活性、真實性、復雜性、情感性、典型性、主體性等特點[6]。通過恰當的引導方式使學生進入學習情境。下面以講解單道批處理系統和多道批處理系統的兩個學習情境為例說明。
　　
　　5.1超市購物情境分析
　　大家去超市購物，一般都拿一個購物籃或推一輛購物車，然后選擇自己需要的商品，等選擇完所有需要的商品后，即可到收銀臺進行結算和付款。在整個購物過程中，沒有人會在超市拿一件商品付一次款，然后再去拿下一件商品并再次付款，而是等拿到一批自己需要的商品后再進行一次性付款。在結算過程中，每次都需要對商品進行條碼掃描，一次掃描一個商品，等這一批商品都掃描結束，得出總金額，完成付款即可。
　　幾個關鍵的操作是：收銀員在進行商品的結算之前，完全不用理會顧客如何選購商品；每次只能掃描一個(或處理一個)商品；等屬于某個顧客的所有商品都結算并付款結束，再為下一個顧客服務。類比超市購物與單道批處理系統如表2所示。
　　在教學過程中，可以有針對性地介紹計算機領域的前沿知識，開闊學生的視野。如講到超市購物情境時，針對一次只能掃描一件商品條碼的情況設想一下，是否可以使顧客購買的商品一次性同時計價，而不是一個個掃描計價？由此可以引導介紹RFID技術，并可拓展至物聯網技術。
　　5.2胸透體檢情境分析
　　一個集體(班級或院系)的同學集中去胸透，大家都在胸透室外面排隊。胸透前，每次選一隊同學進入胸透室(一般按排隊的先后順序)。這一隊同學在胸透室也排成一隊，胸透時，每次只能對一位同學進行胸透操作，直到胸透室內的每個同學都結束胸透，才打開胸透室，選擇下一隊同學進入。
　　類比：多道批處理系統中，用戶提交的作業都先存放在外存并排成一個隊列，稱為“后備隊列”；然后，由作業調度程序按照一定的算法從后備隊列中選擇若干個作業調入內存，使它們共享CPU和系統中的其他資源[7]。在單處理機系統中，一次只能處理一個作業。類比胸透體檢與多道批處理如表3所示。
　　6結語
　　通過分析操作系統課程的特點及其教學對象的特點，我們總結了一套教學設計方案。這套方案在計算機學院多個班級進行了實驗性的實施，結果表明其確實可以提高學生的學習興趣，加深其對課程知識的理解和記憶。這套方案可以為類似的理論性較強的課程提供參考和借鑒。
　　
　　參考文獻：
　　[1]