操作系統實驗教學方法的研究與探討

梁寶華 鄭尚志 汪世義

（巢湖學院，安徽 巢湖 238000）

計算機操作系統是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件系統的首次擴充[1]。它既涉及到對硬件和軟件資源的有效管理，同時又為高層軟件的運行提供良好的工作環境，在很多方面起到橋梁的作用。《操作系統》課程就是重點介紹其基本原理和實現技術，那么這門課程的理論性、綜合性可想而知了。學習這門課程，不僅注重學生的專業素質培養、工程實踐能力的培養，更重要的是可以培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生創新能力，以及系統分析、設計和實踐的能力。但在實際教學過程中，往往存在重理論輕實踐的現象，不能很好地培養學生的能力。為避免這種理論脫離實踐現象的發生，以下重點討論實踐教學中的要求和教學方法，以提升教學效果。

1 “操作系統”課程實踐教學的現狀

“操作系統”課程實踐教學目標是：

（1）培養學生的動手能力。在理解操作系統原理的基礎上，用相關技術去實現這些原理，實現對學生專業基礎知識的綜合與提升。

（2）提高學生的綜合素質。操作系統是個大型的系統軟件，要用系統的、工程的思想去理解。要學好這門課程，要求學生從深層次了解操作系統的組成、結構、功能和應用，增強學生大型系統軟件的開發能力，不斷提高學生專業素養，為學生以后參與系統軟件分析和開發奠定基礎。同時還培養了學生的獨立處理問題的能力及與別人的溝通的能力，提高學生將來的就業競爭力。

要達到上述目標，須避免“操作系統”實踐課目前存在的問題：

（1）教師專業素質欠缺。有的教師對“操作系統”部分內核知識自己都弄不明白，所以不可能解析得清楚，教給學生的知識也就有限了。

（2）實驗操作平臺的選擇不當。目前還有很多院校使用Windows傻瓜式的平臺作為操作系統實驗課的操作平臺[2]，不能夠深入操作系統的真實內涵。

（3）課程實踐與實際應用脫節。傳統的實驗環節通常是操作系統原理和實現方法的模擬或驗證，主要考察學生對所學內容的理解。大部分屬于驗證型的實驗，缺少設計性、綜合性實驗，更談不上項目設計，忽略了對學生創新能力和工程實踐能力的培養。

（4）教學方法的單一。很多二本院校均采用代碼閱讀式，教師將代碼背景介紹后故意將某算法的代碼設置幾個錯誤，學生根據要求修改完，也就完成任務了，沒有真正得到能力的培養。

（5）實驗效果的考核標準。對實驗效果的考核一般通過實驗報告的方式，學生還要花費大量時間去填寫，且有的實驗過程無法用報告的形式呈現出來。

2 實踐教學方法的探索

2.1 教師隊伍素質的提高

CDIO作為當今國際高等工程教育的一種創新模式，集多國工程教育精英耗資三千萬美元所建立的一整套工程教育理念和實施體系，這種模式更注重扎實的工程基礎理論和專業知識的培養，并通過貫穿于整個人才培養過程團隊設計和創新實踐環節的訓練[3]。CDIO教育模式的最佳實踐工作方法中有兩項關于教師能力方面的標準要求[4]：

（1）教師的CDIO能力，包括教師加強個人、團隊合作、創新、溝通、專業工程實踐中的開發等能力。

（2）教師的教學能力，包括集成化學習經驗、主動學習方法、評價學生成績等能力。

目前，在國內有很多院校的工科教師缺乏企業的工程經驗，對于教學能力可能沒問題，但教師個人的CDIO能力就明顯表現不足，空有一身理論知識。為緩解這一現狀，很多高校在招聘教師時，要求應聘人員有企業經驗。筆者認為要提高教師的CDIO能力，應從以下幾方面著手：

（1）定期的或利用學術假期派專業教師去工業界工作或學習。因為操作系統是代表先進技術，所以也是不斷更新變化的，要使教師的理論知識不過時、落后，有必要去工業界提高自身實踐能力，吸取新技術的精華。

（2）學校要與企業在科研和教學項目中大力合作。這樣企業可提供學校一些可操作平臺，教師也可將自己的知識專業為產品，同時可提高教師項目管理與研發能力。

（3）把工程經驗作為聘用和提升教師的條件，這樣可促進教師不斷提高自身素質。

（4）條件允許的情況下，學校開辦一些有針對性專業的校辦工廠。這樣不論是學生還是教師都有得到鍛煉的機會，在實踐中提高。

2.2 正確選擇操作平臺，精心設計實驗內容

實驗過程中，平臺的選擇也是非常重要的環節。Windows操作系統似乎是傻瓜式的，但它的代碼是一般用戶是透明的，我們只能知道它能完成什么任務，至于怎么做，用戶就無權知道了。所以，Windows內部的核心內容我們無法研究。相反，Linux是開放式的，其源代碼向社會公布，而且，它的最新版本在網上都可自由免費下載。這樣，普通用戶可研究其代碼，深入其精髓，還能夠借鑒他人的思想。有了好的平臺，我們就不怕英雄無用武之地了。

“操作系統”教學中，理論與實際脫節現象嚴重，教師選擇實驗內容時沒有很好把握，大多采用驗證型的實驗，缺少設計性、綜合性實驗，對于教師來說很容易完成任務，但對學生的創新能力和工程實驗能力得不到很好的培養。在設計實驗內容時，可從趣味性、真實性、設計性、綜合性、工程性等方面考慮。如用銀行系統、火車站的售票系統來實現進程并發操作的實驗，體現實現的趣味性和貼近生活的真實性。對于進程調度算法、頁面置換算法、磁盤調度算法，可以模擬實現，并對同類的算法進行效率比較、總結，加深對算法的理解。對學習成績好的學生，要求其能夠改進算法，這樣可達到設計性的效果，培養學生創新意識。

對于文件管理內容，可要求學生設計一小型的操作系統，能夠實現文件的基本管理，這又體現了綜合性和工程性，培養學生的獨立思考問題的能力、分析問題并解決問題的能力、工程實踐的能力。

2.3 合理的實踐教學方法

目前，我國本科院校大體可分為教學型、教學研究型、研究型三大類[4]，針對不同類的學生，他們的授受能力也有差異，在實驗教學時應采用的方式也應有所不同。常用的實踐教學方式有代碼閱讀式、功能模擬式、內核擴展式、獨立設計式[5]。我們學校是普通教學型的大學，理應在實驗教學時以代碼閱讀式為主，但為了提高學生的動手能力，為了適應新世紀對人才的需求，我們在實際教學時也采用多元化教學方式，使不同層次的學生找到適合自己、提高自己的有效方法。根據教學內容的不同、學生層次的不同，本著以學生為本的原則，我們采用不同的教學策略。

（1）實例引導。選擇較貼近生活的一實例來激發學生的興趣，通過現有一些開放源代碼的系統，引導學生進行“代碼閱讀”，理解后進行“功能模擬”，在可能的基礎上可以改進功能。對于不同層次的學生要求不同，悟性不高的學生可規定達到功能模擬這步，對能力強的學生可要求達到改進系統功能，甚至可獨立設計這一步，這樣使學生學習有個循序漸進的過程。

（2）分組實驗。每次實驗人數太多，影響實驗效果，所以有必要將全班分成幾個小組，每組5~6個人。再將學生按實踐能力分為差、中、良、優四類。每組中的學生宜好差搭配，當然每組最好安排多于一個良以上的學生，以便實驗過程的討論。將最終的實驗效果，通過這樣的分組實驗，可使先進生帶動后進生，培養學生團結合作的能力。

（3）用項目驅動方式。每次實踐之前，教師可以給定項目要完成的任務以及最終要達到的效果給學生明示，從項目研發的經驗、常用方法等引導學生。實驗時要制定計劃、分工和進度表，學生要嚴格按要求去完成。經過項目研發的過程，可培養獲取知識的能力（自學）、運用知識的能力（解決問題）、共享知識的能力（團隊合作）、發現知識的能力（創新）、傳播知識的能力、工程管理的能力以及社會交往的能力，為以后步入社會打下良好的基礎。

（4）建立統一的交流平臺。一般借助于互聯網，建設一交流平臺，使學生在實驗過程中能夠將經驗相互交流、遇到的問題相互探討、處理問題的方式等信息與大家共享。

（5）開放的實驗環境及課外適當輔導。有的項目僅靠上課時間是解決不了的，采取開放的實驗環境既可提高實驗室資源的利用率，又可充分利用學生的課外時間。可培養學生創新精神、實踐能力，提高社會就業競爭力。適當的課外輔導可使教師對學生有及時的、正確的引導，教師也可動態掌握學生信息，適當調整教學方法，使教學效果達到最佳，同時在此過程中，教師也在不斷地學習，不斷地提高。

2.4 有效的實驗考核方式

目前，大多數還是以實驗報告作為考核實驗效果的唯一方式，不能客觀反應學生的實驗過程。通過這幾年的教學深入改革，我們對學生的考核從開始實驗準備到最終完成的每個環節進行全面的考核記錄。每組的總評成績按其項目的難度系數、組內與組間打分以及完成的效果綜合評分。組內成員按其在項目中承擔的任務、完成的情況、思考問題和解決問題能力、與他人的溝通合作能力等綜合地、動態地評定實驗和課程設計的成績。培養學生“能做事”和“做成事”的能力；培養團結合作的能力；培養創新意識；培養工程管理的能力；培養與社會交往的能力；使其綜合素質得到提高。

3 總結

通過“操作系統”實驗課程的改革，提高了學生學習的主動性，培養了學生的“能做事”和“做成事”的能力。要教好學生，教師首先要提高自身素質。要增強學生的動手能力和創新意識，就要采用項目驅動方式教學。在綜合評分時，通過組內與組間成員比較打分，對學生產生了無形的動力。通過實驗教學方法的試點，研究教學中學生創新能力培養模式，進一步完善培養體系，并將培養模式推廣到其他課程的教學中，全面提高學生綜合素質。

[1]湯子瀛，哲鳳屏，湯小丹.計算機操作系統[M].西安:西安電子科技大學出版社，1996:1~25.

[2]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.

[3]楊柳,胡志剛，等.面向CDIO的“操作系統”教學改革探討與實踐[EB/OL] [2009-9-3]http://www.zhonghualunwen.com/article/sort04/sort067/info-25235.html

[4]孫自廣，唐培和，等.操作系統課程的實踐教學模式探討[J].計算機教育，2010，（8）:146~148.

[5]孫微微，劉才興.研究型大學操作系統課程實習項目的設計[J].農業網絡信息，2006，（5）:105~107.