操作系統實踐教學研究

蘭美輝　徐堅+李紅林　劉昆

【摘 要】針對目前操作系統實驗教學狀況，本文對分層教學、分層實驗內容、實踐教學方法和實踐考核方式進行了探索研究。實踐表明，該方法能激發學生的學習興趣，提高學生的動手能力和創新意識，教學效果顯著提高。

【關鍵詞】操作系統；實踐教學；分層教學

操作系統是計算機專業的一門核心基礎課，課程內容涉及理論、算法、技術、實現和應用，知識體系繁雜，概念和原理抽象，是一門理論性和實踐性都很強的課程。實驗教學是“操作系統”必不可少的的環節，我們不僅要設置實驗，而且要重視實驗，使其很好的輔助我們的課堂教學。實踐教學的質量直接影響著學生的就業機會和工程實踐能力[1]。但目前，國內操作系統課程設置多偏向于理論學習，課程實驗很少。學生普遍反映，通過該門課程的學習，只能掌握一些抽象理論知識，不能深刻理解操作系統的核心，更不能解決一些實際問題。中國和國外教學工作的差距主要體現在實踐教學環節上，重視實驗與實踐教育是各國高等教育的發展潮流[2]。

1 實驗教學現狀及存在問題

1.1 教師專業素質缺乏。很多教師根本沒有工程實踐經驗，對操作系統內核知識可能自己都沒弄明白，所以教給學生的知識也就有限了。

1.2 操作系統的后續學習課程，比如：計算機網絡、網絡操作系統等，都是學生比較感興趣的，所以學生在學習操作系統初都是非常認真的，主觀上都有強烈的想學好該門課程的愿望，但是隨著課程的日益深入，由于課程理論較深較抽象，課程特征不斷顯露，特別是該門課程的實驗內容對前導課程（比如：數據結構，程序設計語言，計算機組成原理）的依賴很大，實驗中打擊了一部分學生學習熱情，甚至有一部分學生因前導課程沒有學好而放棄了操作系統實驗的完成。

1.3 教學內容與實踐內容脫節。傳統的操作系統教學中，側重于操作系統理論知識和基本概念的講解，同時又沒有一個功能強大而逼真的操作系統實驗教學環境，從而使理論教學和實踐教學脫節。

1.4 開設了實驗課的，課程實驗只停留在驗證性實驗和模擬性實驗，設計性實驗、綜合性實驗很少或者沒有，更談不上項目設計、工程設計。部分學校操作系統課時較少，只讓學生了解操作系統用戶界面、用戶接口和操作實現方式，做一些觀察性的實驗[3]；部分學校受師資、教學環境，學會素質與能力等方面的影響，操作系統實驗室只是對一些具體的算法進行模擬實驗，做一些模擬實驗。而且實驗課時又偏少，學生只接觸到一些皮毛，根本達不到培養學生的工程實踐能力的目標。

1.5 教學方法單一，缺乏實驗考核標準。實驗教學，很多學校采用代碼閱讀方式，教師帶著學生分析實驗和實驗代碼，然后讓學生編譯運行通過，這樣就算完成任務了，根據沒有真正得到能力的培養。實驗考核就是看學生程序代碼是否調試通過和實驗報告的方式，學生用大量的時間去填寫實驗報告，而且有的實驗是無法用報告的形式呈現的。

2 提高實驗教學效果的對策

2.1 提高教師素質

目前，國內很多工科教師都缺乏工程經驗，所以在指導學生實驗時力不從心。針對這種狀況，可從以下幾個方面著手[4]：（1）定期的或利用學術假期派專業老師去工業界工作或學習。（2）學校要和企業在科研和教學項目中大力合作。這樣企業可為學校提供操作平臺，教師也將自己的知識轉化為生產力，同時提高教師項目管理與研發能力。（3）把工程經驗作為平庸和提升教師的條件，這樣可促進教師不斷提高自身素質。

2.2 分層教學

分層教學就是根據學生的不同發展水平和發展速度，確立相應的教學層次，以適應學生最近發展區和最佳發展期的教學。之所以要開展分層教學，是因為學生是發展中的人，學生之間存在著事實上的差距。[5]

操作系統實驗可按照學生的學習能力進行分組實驗。每個小組人數5-6人，不宜太多，小組成員優、良、中、差適宜搭配，有一個小組長，以便帶領實驗過程的討論。好的學生帶動差的學生，調動所以學生的積極性。

2.3 精心設計實驗內容

分層次設計實驗內容，把實驗分為易、中、難三個層次。容易的是驗證性實驗，通過驗證性實驗，學生理解操作系統的基本原理，簡單的分析操作系統的功能，不要求寫復雜的代碼來模擬操作系統的功能；處于中間的是模擬實驗，通過模擬作業調度、進程調度、內存空間分配與回收、虛擬存儲管理中的地址轉換和缺頁中斷等，使學生加深理解操作系統算法；難的是設計性、綜合性實驗，對學生要求較高[6]。在設計實驗內容時，還可從趣味性、真實性、綜合性、工程性等方面考慮，從而使學生的創新能力和工程能力得到培養。

2.4 合理的實踐教學方法和實踐考核方式

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[7]。為了適應新世紀人才培養目標，在實際教學中可采用多元化教學方式，使不同層次的學生找到適合自己的、提高自己的有效方法。操作系統實驗中，根據不同的實驗內容、學生層次的不同，可采用不同的教學方法。比如：（1）項目驅動的方式。每次實驗前，教師給定要完成的任務和最終要達到的效果，并從項目研發的經驗、常用的方法等引導學生。（2）實例引導。選擇一些貼近實際的實例來激發學生的學習興趣，通過 “代碼閱讀”現有的一些開放源代碼系統，理解后進行功能模擬，在可能的基礎上進行改進。

由于實驗采用了分組實驗，每次實驗教師選取設計和實現做的好的小組進行匯報答辯，給予加分。每組的總評成績按其設計的項目難度系數、組內、組間、教師打分進行綜合評分。組內成員按其在項目中擔任的任務、所做的貢獻，小組長給予評分。

3 小結

實驗教學是“操作系統”必不可少的的環節。本文分析了操作系統實驗的教學現狀及存在的問題，對分層教學、分層實驗內容、實踐教學方法和實踐考核方式進行了探索研究。作為高校教師，應對實驗、實踐課提高重視，積極探索更好的實驗及實踐教學方法，培養出高素質、高實踐、高創新的人才。

【參考文獻】

[1]郭觀七，周細義，張可.應用型本科計算機專業實踐教學改革[J].計算機教育，2009（12）：85-87.

[2]Abraham Silberschatz.操作系統概念[M].6版.鄭扣根，譯.北京：高等教育出版社，2008：10-60.

[3]梁寶華，鄭尙志，汪世義.操作系統實驗教學方法的研究與探討[J].2012，14（6）：144-146

[4]吳強.基于系統實驗的操作系統教學方法研究[J].紹興文理學院學報，2008，28（10）：44-46

[5]黃忠敬.分層教學：為學生提供不同的“支架”[N].中國教育報，2013-1-4.

[6]孫述和，謝青松，董付國，杜萍.操作系統實驗教學研究與探索[J].計算機教育，2010（1）：93-96.

[7]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.

[責任編輯：周娜]