操作系統教學改革探析

王梅

摘要：操作系統是計算機相關專業的必修課程，在計算機教學體系中占有重要地位。本文針對以往操作系統教學中存在的問題，提出了操作系統教學內容和方法的改革，對操作系統實驗的設置和教學過程中多種教學方法的運用進行了探討。

關鍵詞：操作系統；教學；改革；實驗；方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0245-02

操作系統是計算機相關專業的必修課程，在計算機教學體系中占有重要地位，該課程在計算機各類專業考試中占有很大比重，尤其是09年被列為計算機科學與技術專業考研的統考科目。在計算機的課程體系中，操作系統起到承上啟下的作用，是硬件的進一步擴展，也是學好軟件課程的基礎。對于計算機專業的學生，能否學好操作系統課程，掌握操作系統的概念和原理、設計方法以及實現技術，對于今后的發展至關重要。但是一直以來操作系統的教學中存在很多問題，筆者經過多年教學實踐的探索，結合操作系統的教學現狀和本學院的學生狀況，就操作系統教學內容的改革和教學過程中多種教學方法運用的進行了探討。

一、操作系統目前教學現狀

1.教學內容抽象、枯燥，學生學習興趣不高。作為計算機專業的必修課程，操作系統是一門知識點多、概念性強、較為抽象的課程，多數學生在學習過程中感覺知識點零散雜亂，而像進程等一些重要概念和內部實現算法看不見摸不著，使得教學過程更加枯燥無味，導致學生學習興趣降低，學習效果差，單純為了應付考試而學習，最終只了解了“操作系統”的皮毛，沒能理解其真正的內涵。傳統的操作系統教學忽視了理論和實踐的結合，進一步加重了這種現象，使得操作系統變成了一門學生不愿學，老師不愿教的一門課程。

2.課程的內容陳舊，遠落后于該領域最新的研究成果。當代操作系統的發展速度日新月異，每隔一段時間就會有一種新的系統問世。大多課程教材只能反應操作系統的經典內容，無法體現當代操作系統的狀況和發展態勢。

3.課程實踐環節與理論學習嚴重脫節。由于課程內學時的限制，傳統的實驗環節往往是對主流操作系統的初步接觸與使用，而對操作系統內核本身沒有任何觸及，這樣學生在課堂中所學的操作系統原理以及概念流于形式，對以后從事這方面研究或系統開發工作的幫助十分有限。

二、教學改革

1.教學內容改革。基于以往操作系統課程教學中內容陳舊，實踐性不強的問題，筆者對該課程的教學內容進行全面改革，在以往只有操作系統基本原理教學的基礎上，增加了Linux系統的使用和編程內容。通過過Linux系統的使用和編程進一步加深對操作系統課程中介紹的一些思想和方法認識，提高學生的學習興趣。在實驗內容的設置上，考慮到學生的層次和實驗課時的不同，把實驗分為不同的層次。因此，增加的實驗內容可分成以下幾類：①操作驗證型實驗是最基本層次的實驗，其目的是讓學生通過簡單的驗證來熟悉所使用的系統，如系統的安裝、命令的使用等。②技術應用型實驗是讓學生理解各種算法、結構框架、功能實現等內容，使抽象與設計結合，與實際的操作系統相聯系。③綜合型實驗是高層次的實驗，是對學生綜合能力的訓練。主要促使學生理解操作系統內核、開源碼分析和應用模塊設計等，通過案例復現和模塊替換實驗等，掌握技術實現和模塊設計的方法與技巧。對于實驗課時少的專業，只要完成1類實驗就可以，課時多的專業，完成1類實驗和2類實驗，對于水平較高的學生可以指導完成3類實驗，不同層次的實驗為學生提供了一個由淺入深的實踐過程，通過Linux系統的使用和編程進一步加深對操作系統課程中介紹的一些思想和方法的認識。

2.教學方法改革。在教學中增加了Linux系統相關內容后，為了讓基本理論和實踐內容相輔相成，筆者對該課程的教學方法進行了進一步探索：①采用任務式教學法，培養學生的動手能力。任務式教學方法，是指教師把教學內容設計成一個或多個具體的任務，讓學生通過完成這些任務，掌握教學內容，達到教學目標。它是一種以學生主動學習，教師加以引導的教學方法。它打破了傳統教學方法中的教師一味的灌輸的狀況，以完成一個任務來驅動學生學習，通過探索問題來驅動和維持學生的學習興趣和動機，使學生成為學習的主體，有助于培養學生的創新能力和獨立分析問題、解決問題的能力。例如：每次上實驗課前，可提出幾個需要解決的問題，讓學生獨立思考，并上機實驗自己解決，當學生有問題時，引導學生查閱書籍或上網解決，在下次上課時，讓學生討論不同解決方案的解決效果，從而提高學生學習的積極性和主動性。②理論和實踐將結合。目前多數操作系統課程授課時只是簡單地對概念、原理和算法進行講解，教學課件也只是書中內容的羅列，教學手段比較單一，教學內容的枯燥與教學方法的滯后，使得學生學習興趣無法提高。為了幫助學生盡快地理解并掌握操作系統課程中的重要算法，使課堂變得生動活潑，可以讓學生編寫相關的進程同步和通信程序、對內存的管理程序，設備的驅動程序等，通過編程使學生既加深了對操作系統的管理方法的掌握程度，又增強了編程能力，可謂一舉兩得。也可以讓編程能力強的學生把這些做成可視化界面的效果，讓他們在課堂上講解并演示，從而讓課堂變得更加生動有趣，進一步提高學生參與課堂的積極性。③實例教學法。操作系統的知識點比較多，內容抽象，在講解的過程中應將抽象的問題實例化，即有針對性地選取課程中的重點難點，以例題的形式進行分分析，通過這種形象化具體化的方法，幫助學生理解課堂內容，加深印象，同時掌握課程的解題的思路，從而為各種考試奠定良好的基礎。④類比教學法。操作系統課程的重點和難點在于清晰講解經典和抽象的設計原理、概念、數據結構及算法。為此，在課堂講授中，將實際應用和生活中人們熟悉的事物與枯燥、抽象的操作系統概念、基礎理論進行類比，有助于學生直觀、形象地理解操作系統的理論知識，激發學生的學習興趣。例如，講進程調度算法時，把它和超市排隊結賬聯系起來，每一個正在結帳的用戶就相當于占有了CPU，購買物品多的顧客需要CPU的時間長，少的顧客需要CPU的時間短，這樣先來先服務、短作業優先等各種算法的優點缺點就顯而易見了。講到操作系統對于I/O設備的控制方式，把它和班主任對班級的管理聯系起來，班主任相當于CPU，要想讓班主任的管理效率高，不能什么事情都親力親為，應當把權力下放到每一個同學，但又不能不管，因此每個同學在處理事情到一定階段的時候，都要向班主任報告，不管班主任手頭處理著什么事情，有同學向他報告時，都要來處理，這就是中斷。如果想讓處理的效率更高，可以把做事情的流程寫下來，讓學生按照流程去做，全部做完后，再向他匯報，這就是通道。通過這樣一些類比的引入，豐富了課堂，也讓學生感覺教學不再枯燥。⑤啟發式教學。教學過程中，可以引導學生按照提出問題-分析問題-解決問題的思路，逐步開拓思維，找到問題的解決方法，并和書中的方法比較，看看在操作系統中是不是這樣解決的，從而達到深入淺出的效果。例如講解鎖機制時，可以讓學生結合類比教學法思考，比如有一間屋子，屋內只準一個人進入，怎樣達到這樣的保證呢？很顯然，進入屋子的人只要把門鎖上，其他想進入的人再推門就推不開了，屋內的人使用完畢后，把鎖打開，其他的人就可以進入了。找到生活中解決的問題的方法后再看鎖機制，就非常簡單了。接著考慮鎖機制的問題，在鎖機制中，進程使用循環反復測試能不能使用臨界資源，在此過程中始終占用CPU，處于忙等的狀態，就像上述例子中進入不到屋子的人反復推門是不是打開了一樣，很顯然，生活中這樣做法很傻，那么怎么解決呢？可以讓他在旁邊等著，那這時又怎樣知道里面的人出來沒出來呢，這時學生可以想到讓里面的人出來告訴門口等著的人一聲。說到這，我們生活中的問題解決了，那么操作系統中怎樣解決的呢，這就是進程間的通信，通信就是靠鎖機制基礎上建立起來的信號量機制來完成的。同時，當進入不到屋子的人在旁邊等著的時候，又出現了一種新的現象，可能在他等待的過程中，又有一個人想進入屋內，可是推門后發現門鎖著，他也不能進入，那么他怎么辦呢，也在旁邊等著，怎樣組織這些所有等待使用這間屋子的人呢，可以讓他們按照時間來排隊，這樣屋內的人出來之后只要通知隊首的人就行了。講到這里，信號量機制的結構，實現方法就都出來了。在此過程中，學生通過分析問題找到解決方法的過程，理解了信號量機制的實現原理。操作系統教學過程中多種方法的綜合運用，能夠有效地豐富課堂，使課堂變得生動有趣，使學生在實踐中掌握了操作系統的理論和方法，提高教學效率。

操作系統課程是計算機專業的核心課程，課程的教學改革的目的不僅在于讓學生認識到本課程與其他專業課程的緊密聯系，激發他們的學習興趣，最重要的是將專業基礎課程的知識與實踐相互結合，激發學生的學習熱情，有效地提高專業技能，為學生今后的職業規劃與長遠發展奠定基礎。

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