軟件技術(shù)專業(yè)《操作系統(tǒng)原理》教學(xué)改革探索與研究

金鳳

摘要：文章闡述了操作系統(tǒng)原理課程在軟件技術(shù)專業(yè)課程體系中的重要性，結(jié)合操作系統(tǒng)在實(shí)際工作中的應(yīng)用情況，指出在傳統(tǒng)理論教學(xué)中的不足。在此基礎(chǔ)上，筆者提出了對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革措施。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；任務(wù)啟發(fā)；進(jìn)程管理

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)運(yùn)行平臺(tái)。操作系統(tǒng)的性能決定了整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能；操作系統(tǒng)本身的安全可靠程度，決定了整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性和可靠性。因此，學(xué)習(xí)并掌握計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基本原理和操作方法，不僅對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和研究人員是必要的，而且對(duì)一般計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員也是非常有益的。

1操作系統(tǒng)課程在軟件技術(shù)專業(yè)課程體系中的重要性

軟件技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是面向IT行業(yè)，培養(yǎng)軟件開發(fā)、軟件測(cè)試、軟件實(shí)施等工作的技術(shù)應(yīng)用性人才。其中學(xué)生就業(yè)的一個(gè)主要方向是安卓開發(fā)，操作系統(tǒng)原理課程是學(xué)習(xí)LINUX操作系統(tǒng)和JAVA的前導(dǎo)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生理解并掌握操作系統(tǒng)的基本內(nèi)容，掌握實(shí)現(xiàn)進(jìn)程管理、處理機(jī)管理、文件系統(tǒng)和設(shè)備管理以及文件系統(tǒng)管理的各種原理和方法，掌握用戶接口的使用方法，熟悉LINUx操作系統(tǒng)命令的使用。掌握操作系統(tǒng)的原理，將為學(xué)生以后從事應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。

2傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的不足

2.1教學(xué)內(nèi)容缺乏在實(shí)踐中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容主要包括進(jìn)程管理、作業(yè)管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理和文件管理。本課程的前導(dǎo)課程為《C語言程序設(shè)計(jì)》和《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》，要求學(xué)生能讀懂程序，理解程序編寫思想。本課程的后續(xù)課程為《JAVA程序設(shè)計(jì)》《LINUX操作系統(tǒng)》，為2門課程奠定進(jìn)程、線程概念，有助于對(duì)操作系統(tǒng)控制命令的理解。

本課程主要側(cè)重于理論的講述，相對(duì)抽象，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握僅限于教材的范圍。由于缺乏實(shí)踐，學(xué)生普遍認(rèn)為本課程抽象難懂。對(duì)于教材中出現(xiàn)的算法，學(xué)生僅能讀懂，沒有機(jī)會(huì)實(shí)際動(dòng)手編寫并查看運(yùn)行過程。

2.2教學(xué)方式不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的教學(xué)方式采用課堂為主，多媒體或者板書授課的形式。教師講解每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生被動(dòng)地接受。本課程屬于理論性很強(qiáng)的課程，學(xué)生直接接受教學(xué)內(nèi)容有一定難度?？菰锏慕虒W(xué)方式?jīng)]有激發(fā)出學(xué)生自學(xué)和參與的熱情，對(duì)知識(shí)的理解能力也停留在表面。在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中，涉及操作系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)時(shí)無法正確地將其應(yīng)用在算法設(shè)計(jì)中。

3教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式改革

3.1設(shè)定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容

通過對(duì)近幾年本專業(yè)畢業(yè)生的走訪調(diào)查，軟件開發(fā)崗位中涉及硬件知識(shí)開發(fā)所占的比例逐年增加。近幾年操作系統(tǒng)技術(shù)不斷更新，這就要求操作系統(tǒng)課程的授課內(nèi)容也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)將理論知識(shí)與流行的操作系統(tǒng)相結(jié)合。課程教學(xué)中，讓學(xué)生明確本課程在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的重要作用。課程內(nèi)容的安排上注意與前導(dǎo)課程知識(shí)的銜接，培養(yǎng)學(xué)生閱讀編寫C語言算法的能力。在課程中引入現(xiàn)代操作系統(tǒng)的概念，結(jié)合軟件開發(fā)過程中應(yīng)用到的知識(shí)，如多線程、LINUX操作系統(tǒng)的思想和實(shí)現(xiàn)方法，為學(xué)生就業(yè)提供有用的、必須的知識(shí)積累。

3.2改革課堂教學(xué)的主體

傳統(tǒng)課堂教學(xué)以老師為主體，采用教師授課、學(xué)生參與討論的形式。采用這種方式授課，學(xué)生參與度小，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為增加學(xué)生對(duì)抽象理論知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情，課堂上應(yīng)轉(zhuǎn)變教師為主的教學(xué)方式，采用以學(xué)生為主體的教學(xué)方式。教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)，預(yù)先安排每節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過查資料、自學(xué)等方式完成對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的理解，課堂上由學(xué)生講解預(yù)留的任務(wù)。充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)和解決問題的能力。

3.3改革教學(xué)方法

操作系統(tǒng)原理的課程內(nèi)容性質(zhì)包括理論講授、算法執(zhí)行過程分析、計(jì)算過程模擬。授課方式不能采用單一的多媒體或者板書形式。

（1）采用多種形式相結(jié)合的授課形式。理論講授宜采取多媒體形式展示，電子教案制作過程中力求將抽象的理論采用豐富的頁面和動(dòng)畫效果展示出來。計(jì)算過程不適宜采用多媒體形式，應(yīng)結(jié)合板書，逐步推理出計(jì)算過程。算法部分需要提供運(yùn)行環(huán)境，將算法的執(zhí)行過程模擬出來。在授課過程中，應(yīng)將幾種授課方式有效地結(jié)合在一起。

（2）采用任務(wù)啟發(fā)式教學(xué)手段。為提高學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)中采用任務(wù)啟發(fā)式教學(xué)方法。根據(jù)課程內(nèi)容采用教師主講、師生討論、學(xué)生講解、教師學(xué)生講評(píng)等授課方式。

授課過程中選取貼近生活的典型實(shí)例，通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)例的分析，理解對(duì)應(yīng)的原理。如進(jìn)程調(diào)度部分內(nèi)容，可例舉如下實(shí)例：

一位有一手好廚藝的計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在為他的女兒烘制生日蛋糕。他有做生日蛋糕的食譜，廚房里有所需要的原料：面粉、雞蛋、糖和香草汁等。在這個(gè)過程中：做蛋糕的食譜就是程序；計(jì)算機(jī)科學(xué)家就是處理機(jī)（CPU）；做蛋糕的各種原料就是輸入數(shù)據(jù)。

科學(xué)家閱讀食譜、取來各種原料按照食譜的步驟烘培蛋糕的一系列動(dòng)作的總和就是進(jìn)程。進(jìn)程切換的比喻：現(xiàn)在科學(xué)家的兒子哭著跑進(jìn)來，說他的頭被蜜蜂蟄了，科學(xué)家記錄下其食譜做到哪兒了（保存進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)），然后拿出一本急救手冊(cè)，按照其中的救治步驟處理蟄傷。這里，我們看到處理機(jī)（科學(xué)家）從一個(gè)進(jìn)程（做蛋糕）切換到一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程（實(shí)施醫(yī)療救治），每個(gè)進(jìn)程擁有各自的程序（食譜和急救手冊(cè)）。蜜蜂蟄傷處理完成之后，這位計(jì)算機(jī)科學(xué)家又回來做蛋糕，從他離開時(shí)的那一步繼續(xù)做下去。

通過分析上述例子，引導(dǎo)學(xué)生找到其中包含哪幾個(gè)進(jìn)程；分析進(jìn)程的執(zhí)行順序與優(yōu)先級(jí)的關(guān)系；理解進(jìn)程調(diào)度中現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的意義。

進(jìn)程死鎖部分討論哲學(xué)家吃面問題和兩個(gè)人過獨(dú)木橋問題，通過討論資源的排他性使用、不可剝奪使用、部分分配使用和互相等待4個(gè)條件，讓學(xué)生充分理解進(jìn)程死鎖問題，并采用合理的方法解決。

（3）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學(xué)中，主要側(cè)重于理論知識(shí)和概念的講解，沒有一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境和實(shí)訓(xùn)體系，使理論教學(xué)與實(shí)訓(xùn)教學(xué)相脫節(jié)。大部分實(shí)踐教學(xué)側(cè)重于算法分析和運(yùn)行結(jié)果分析，沒有真正地培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，需要根據(jù)實(shí)際情況確定合理的實(shí)踐內(nèi)容和過程。在本課程之后開設(shè)LINUX操作系統(tǒng)課程，實(shí)踐課程的內(nèi)容可結(jié)合后續(xù)課程安排。確定操作系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)課程的兩極模式：一級(jí)為操作系統(tǒng)原理主要模塊的認(rèn)識(shí)階段，閱讀幾個(gè)主要功能模塊算法的思想并查看運(yùn)行結(jié)果。第二級(jí)結(jié)合LINUX課程，完成操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。在安排課程設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，不僅要加深學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)算法的認(rèn)識(shí)，同時(shí)要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

3.4改革考核方式

傳統(tǒng)的考核方式主要考核理論知識(shí)的理解，考試形式主要為試卷。結(jié)合課程的性質(zhì)，采取不同的考試形式，有利于對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力情況的全面考核。設(shè)置期末試卷、課堂主題討論和小論文3種形式的考核方法。試卷中分析題和論述題占主體，課堂主題討論采用教師和學(xué)生打分的形式，論文主要考查對(duì)知識(shí)的運(yùn)用和研究的前瞻性。

4結(jié)語

在《操作系統(tǒng)原理》授課過程中經(jīng)過課程改革，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力和創(chuàng)新能力，增強(qiáng)了算法分析和設(shè)計(jì)能力。在分組實(shí)踐過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和組織協(xié)作能力。多方面的考核方式，增加了考試的公平和客觀性，培養(yǎng)了學(xué)生去探索新知識(shí)的能力。