操作系統理論課程問題分析及解決

摘 要： 操作系統理論課程具有講、學兩難的特征，分析了操作系統課程學習的困難所在。總結了克服困難的一些經驗和措施，包括理論聯系實際、運用軟件工程思想分析復雜系統、加強學生解題訓練的規范性、分層抽象、避免整體與局部脫節、采用直觀表達形式描述對象、提高清晰性、避免單調性等。實踐證明，將理論與實踐結合，不僅提高了學生學習的趣味性，而且提高了學生的理解水平和應用水平。

關鍵詞： 操作系統； 理論； 軟件工程； 抽象； 規范性

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）11-72-02

0 引言

操作系統課程是計算機及相關專業的核心課程，是各層次學生的必修課和選拔考試的一門常考課程[1]。因此講好、學好操作系統事關各方切身利益。

然而操作系統課程卻是講之不易、學之困難的一門課程。究其原因，首先是操作系統軟件本身規模龐大，邏輯復雜，不易描述；其次是教材內容偏離學生興趣，理論與實際聯系不夠緊密，工程性不足，邏輯欠清晰，內容選材應試化等使得教材可讀性不強。本文根據多年操作系統課程教學經驗，并結合相關學科理論與實踐經驗，分析了操作系統課程存在的問題，總結了行之有效的應對措施。

1 操作系統課程的若干問題分析

1.1 理論性強

操作系統課程給人的第一印象就是理論性強[2，3]，其內容不具體、不直觀，教材篇章以文字敘述為主，層次結構較為隱蔽，不易把握邏輯脈絡。知識內容可操作性不強，難以設計實驗以驗證書本理論的正確性。與課程配套的訓練題目同樣難以理解，難以解答。

1.2 理論與實際脫節，整體與部分脫節

眾多學習人員具有使用某一種或幾種具體操作系統的經驗，但是對其內部構造和工作機制不甚了解，自然希望通過操作系統理論課程揭開心中之謎。但是課程內容有所答非所問、理論與實際需要脫節之嫌，學員關心的實際問題，如：操作系統是如何研制開發出來的，操作系統的整體結構是什么，其各個組成部分是如何聯接在一起的，它們是如何協作運行的等問題往往得不到明確解答。

理論與實際脫節、整體與部分脫節，使得雙方難以相互追溯、相互印證。似懂非懂的知識只會令人疑慮重重，增加課程的困難體驗。

1.3 課程的工程性、趣味性不足，應試化特征明顯

作為一種結構復雜、規模龐大的軟件系統，操作系統的研制離不開軟件工程技術的支持。操作系統技術代表了軟件工程的頂級應用技術，操作系統軟件的開發是軟件工程技術應用的一個重要范例。操作系統的資源抽象、資源虛化等技術思想符合軟件工程從抽象到具體、自頂向下、逐步細化的復雜問題求解原則，對于其他各類軟件的開發具有普遍的借鑒意義。

而以知識性為主、缺乏應用功能的教材內容脫離了操作系統自身的工程性，培養學生的工程興趣無從談起。缺乏工程性的內容學起來往往很枯燥。這樣，操作系統理論課程就容易淪落為選拔考試的工具，而不是充滿快樂的課程。

1.4 操作系統規模的龐大與學習時間及學習能力的有限性之間存在著尖銳的矛盾

源代碼是操作系統的第一手資料，分析源代碼有望了解最真實的操作系統。然而有限的學習時間和有限的學習能力使得源代碼分析很難實施。因為操作系統規模極為龐大，Windows2000達到了幾千萬行代碼，Linux2.2.20內核達到了幾百萬行以上代碼，即使是最低版本的Linux內核也達到了將近1萬行源程序代碼。如此龐大的軟件系統很難在一年半載時間內分析完畢和透徹理解。分析幾十萬行的操作系統源代碼幾乎需要耗盡人的畢生精力。最終，基于源代碼分析的操作系統學習方式對于很多人來說是可望而不可及的，他們或者無從下手，或者半途而廢。

因此，深入了解操作系統原理的現實途徑依然是操作系統理論專著的學習，即通過第二手資料進行間接學習和了解。

2 操作系統課程問題應對措施

根據上述分析，解決操作系統課程教學困難主要從教材建設、課堂講授和訓練三個環節采取相應的措施。

2.1 教材建設

既然教材仍然是操作系統課程學習的關鍵資源，提高教材質量就是解決教學困難問題的基本途徑。教材建設時，必須改造操作系統理論教材內容中不合理、不適應需要的部分，提高邏輯清晰度，尤其是要明確具體操作系統技術與相應概念理論之間的對應關系，避免有意無意的模糊論述。在闡述操作系統某一概念、知識、數據結構、操作或子系統等局部事物時，通過明確該事物與其他事物之間的關系和該事物在全局框架中所處的位置而避免知識孤立，正確引導人們了解事物全局面貌。

確保教材內容理論聯系實際的關鍵仍然是掌握和理解第一手資料，即透徹分析理解操作系統源代碼。鑒于操作系統的復雜龐大和學習時間的有限，可將待分析的源代碼限制在規模較小的低版本上，分析人員也僅限于教師等教材建設人員，對學生不作統一要求。

2.2 課堂講授

在教學環節，則要采取言簡意賅、清晰易懂、引人入勝的教學方式。充分運用直觀表達工具，控制學習強度，提高學習效率，避免學生過于疲勞。增強學習內容的邏輯清晰性和吸引力，提高學生解題訓練的規范性，培養學生邏輯思維能力和以理服人的習慣。

清晰是產生注意力和吸引力的前提，冗長枯燥的講解會令人倍感疲乏。只有清晰才能引導、啟發學生積極思考問題，參與課堂討論，提高學生學習積極性。

簡練是使學生保持注意力的另一舉措。過多的文字、密集的語言容易使人很快陷入疲勞。因此，應當盡量避免或減少文字使用量，增加圖表、動畫等較為直觀的表達形式，并運用美術色彩原理，將表示不同對象的幾何圖形涂上不同的背景及邊框顏色，使不同對象可以醒目、輕松地加以區分。幻燈片文字和圖表盡可能交替出現，避免單調感，以豐富多彩的形式直觀形象地解釋抽象的事物和含義。

2.3 解題訓練

在訓練階段，強調學生解題訓練的規范性。解題規范性包括：清晰簡明地給出解題步驟或解題示意圖，求解算法設計類、編程類題目如P、V操作[4]應用問題時，要按照軟件工程規范方法步驟，首先給出算法設計思想，然后給出算法實現，定義相關信號量和變量，并對變量和語句給出必要的、準確的注釋。解題過程要清晰表明自己答案的合理性，而不只是表明與某個標準答案相符合。

3 結束語

操作系統是一門復雜的課程，對教材、教學方法、訓練方法等均有較高要求。上述措施的采用已經獲得了良好的教學效果，原本抽象的內容變得容易明白了，學生對操作系統課程的興趣被激發起來，課堂討論積極，氣氛活躍，互動良好，學生分析問題、解決問題的能力大大提高。學生的理解水平和應用水平都大幅提高了，這不僅為他們繼續深造打下了深厚的理論基礎，而且為他們成為合格、優秀的卓越工程師也奠定了良好的實踐功底。

參考文獻：

[1] 符琦，李潤求，黃力.操作系統課程教學內容和方法的探討[J].當代教育理論與實踐，2011.3（2）：69-70

[2] 王洪豐.操作系統教學改革探析[J].計算機時代，2013.1：57-58

[3] 張旭，胡東華，韓麗.基于卓越軟件工程師培養的操作系統教學改革[J].中國電力教育，2012.8：79-80

[4] 賀玉珍，王文霞.操作系統中進程同步實現方法探討[J].計算機時代，2011.9：51-58