操作系統課程有效教學淺析

蔣俊鋒+夏宏雷

摘 要：《操作系統》課程作為計算機科學與技術專業的一門專業必修課程在計算機專業教學領域占有很重要的位置。本文從教學內容和方法出發探討教學中存在的問題，并對教學內容和教學方法的有效教學進行探討。

關鍵字：操作系統；教學方法；有效教學

Abstract： The computer operating system course as a major in computer science and technology occupies a very important position in the field of computer science teaching. This paper describes the problems of teaching content and methods in the teaching progress， and then the effectiveness of teaching content and teaching methods are discussed.

Key words： operating system； teaching method； effective teaching

操作系統不僅是計算機科學與計算專業的一門專業必修課程，也是其他與計算機相關專業的必修課。它涉及的知識抽象而又全面，學生必須要在了解相關計算機硬件知識的基礎上再利用軟件實現和鞏固所學知識，因此需要較強的理論理解能力和實際的動手能力。操作系統在計算機軟硬件課程中起著承上啟下的作用，因此教學過程中好的教學方法就尤為重要。

1 實際教學現狀

現代教育以培養應用型人才為主，注重學生的學習與實踐相結合，而操作系統是一門理論性較強，實際應用較難的一門課程，且涉及的知識面廣、專業知識深，使得學生對學習這門課程索然無味，缺乏學習興趣，忽略了它的重要性。為了滿足培養應用型人才的需求，在應用型本科課程培養方案的設定中操作系統的課時設置較以前減少，但課程重點內容和難度并未降低。在操作系統理論教學方面教學方法主要以講授為主的強灌式教學，教學方法單一，達不到預期教學效果。另外，在操作系統課程課內實驗教學方面由于實驗條件環境的限制，需要合理的安排實驗內容與實驗教學的方法[1]。要使學生更投入更專注的學好這門課程，便對教學方法提出了新的要求。

2 理論教學內容與方法

2.1 設置有效的課程教學內容

現代計算機技術發展迅速，操作系統也更替較快，一些新的概念與算法原理在操作系統被更替的過程中也體現出來。第一是在現今的教學過程中選擇的教材不但要跟上時代步伐，且滿足基本知識面涵蓋齊全的原則，選擇針對當今主流操作系統Windows、Unix和Linux的教材[2]。第二是以培養應用型人才為目的制定教學大綱和教案，摒棄或少講應用不廣泛的技術，對于應用性強且多的技術應加多課時量進行講解，如信箱通信和段式管理方式就要少講，而線程的概念與多線程技術在計算機專業中應用廣泛，應該加大課時量講解。第三，教學內容應以操作系統四大系統資源為主，全程圍繞這四類資源的各自運作與相互關聯進行講解。

2.2 采用類比教學

此處類比教學方法是將難以理解的內容類比為大家所熟悉的事物，然后展開教學的方法。由于操作系統很多概念比較抽象，學生理解較難，在教學過程中盡可能多的采用類比式教學方法把新事物類比為熟悉的事物來建立知識體系培養學生創造性思維能力。例如在講解進程和線程的關系時，進程可以創建線程，進程在執行時需要向系統申請資源，進程中可以包含若干個線程，它們可以利用進程所擁有的資源，我們可以如下圖1所示進行類比： 計算機的核心是CPU，它是一個時刻在運行的工廠，計算機里的多個進程是各個用途不同的車間，但工廠電力有限每次只能給一個車間供電，那么每次只能有一個車間處于運行之中，別的車間得不到電就處于非運行態，一個車間里可以有很多工人，每個工人都是一個線程，他們協同完成一個任務，車間的資源是工人們所共享的，每個人都可以使用，但有些資源每次只能讓一個人使用，如廁所，必須等某工人使用完后另一個工人才可以使用，這就是互斥，有些資源可以讓多個工人同時使用，如休息區，但休息區每次只能容納5個人，當休息區滿了5個人后只能排隊等待別人出來后才可以進去，這就是信號量。

2.3 采用啟發式教學

啟發式教學模式近年已在高等院校教學中已得到廣泛認可。和傳統教學方式相比啟發式教學更突出了學生的主體性，增強了學生的課堂投入力，鍛煉了學生的思維能力和創造力。操作系統教學中也應多使用這種教學方式來驅除教學過程中的乏味，如在講解處理機調度這個內容時可先利用類比法將進程類比為病人、處理機類比為醫生，然后引出病人輪流看醫生就稱為處理機調度。再激發學生思考病人看病應遵循什么原則才合理與公平，此時學生就會提出排隊策略，那么教師就根據排隊策略講解先來先服務調度算法，接著反問學生如果某些病人是上午看過病的病人，下午拿著檢查單來看醫生此時應該作如何處理，或者軍人來看病又應該如何處理，來引導學生在進程調度中提出優先級的概念。

2.4 采用實例教學方法

注重選擇實例式教學，在講完原理知識后要選擇一個適當的實例來進行分析。如講解PV操作時要引入具體代碼實例進行講解何時進行P操作與何時進行V操作，增強代碼理解和編碼能力為實踐打下基礎；講解進程的創建時詳細講解CreateProcess命令，參數與返回值的分析和每個語句的作用，再利用啟發式教學引導學生分析并完成進程的撤銷實例。

3 實驗教學改革

3.1 實驗內容的設置

目前操作系統本科教材都是從用戶與操作系統接口、進程管理、處理機調度、存儲管理、文件系統和設備管理這幾方面來進行教學。在實驗課程中應圍繞理論教學內容進行展開，又因實驗課時有限可設置對應的5個基本實驗項目[3]。在對實驗內容進行設置時應結合現今操作系統的特性，不能像傳統一樣只做Windows平臺下的實驗，應結合Unix/Linux。因此實驗室應同時具備兩種操作環境，可以根據需要選擇Windows或Unix/Linux進行實驗教學。因操作系統每項實驗涉及的高級語言知識較多，且實驗時間有限，可選擇部分實驗采取解讀代碼與分析原理并推理結果的方式進行，這樣可以開闊學生的思維、增強代碼閱讀與理解能力和建立學生的興趣，再選取一次或二次實驗進行簡單系統模擬。實驗項目的設置可參考如下表1所示。

3.2 翻轉課堂教學方法

在以往操作系統實驗教學中，實驗課堂多以課前老師布置任務課后收集作業的方式進行。教師對于學生是如何完成實驗以及實驗完成有效率與實驗雷同率掌握的不夠，或出現部分學生不提交實驗報告的現象。部分原因在于操作系統實驗難以在課堂時間內完成，當在課后做時又缺乏老師指導。因此，對于難度較大時間較長的實驗可以采取翻轉課堂教學的方法。教師在講授完理論知識后，就將對應的實驗任務與資料下發給學生，學生利用課后時間到指定實驗室去自主完成實驗，此期間教師通過QQ群或微信群聊方式來指導學生，學生間也可以相互討論完成實驗，在實驗課上學生分享自己的實驗成果并由教師進行點評，最終學生總結實驗報告并提交[4]。翻轉課堂教學方法一方面可以學生刺激學生去學習減少懶惰的現象，另一方面也增強課堂氛圍讓學習更有興趣，使每位學生都有效的參與到課堂中來。

4 結束語

操作系統課程理論較多內容抽象，學生難以理解，在理論教學時設置好教學內容并采用有效的類比教學與啟發式教學方法來簡化理論原理與提高課堂效率，使教學達到好的效果。要合理安排各個實驗項目，并設計實驗內容，部分實驗采取閱讀代碼、分析原理和推理結果的形式，部分實驗采取設計算法或模擬簡單系統的形式，對于略難時間跨度較大的實驗項目采取翻轉課堂教學方法，采用教師輔導、學生互動、刺激與鼓勵學生自主學習，再分享實驗成果的方式進行教學。

參考文獻

[1]盧加元.《操作系統》課程教學改革的研究與探討[J].電腦知識與技術：學術交流， 2006（35）：195-195.

[2]林欣.試談操作系統教學改革[J].電腦編程技巧與維護， 2010（24）：151-152.

[3]杜萍，范輝，謝青松，等.應用型本科操作系統實驗教學初探[J]. 計算機教育， 2008（16）：31-32.

[4]李丹，趙艷芹，范大鵬.操作系統教學改革探討[J]. 經濟研究導刊， 2011（25）：284-285.