高校操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐

王業(yè)+馮向萍+李湘

摘要：針對高校操作系統(tǒng)課程知識點(diǎn)多、概念抽象、理論性強(qiáng)的教學(xué)實(shí)際，在分析課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分別從教學(xué)方法、內(nèi)容等方面進(jìn)行改革，結(jié)合計(jì)算機(jī)學(xué)院不同民族及班級兩個學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，使得操作系統(tǒng)理論知識與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，以期達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；課程改革；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）15-0168-02

操作系統(tǒng)作為硬件基礎(chǔ)上的第一層擴(kuò)充，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)軟件，起到承上啟下的作用，是計(jì)算機(jī)軟硬件資源的管理中心?！恫僮飨到y(tǒng)》課程是計(jì)算機(jī)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生在課堂上了解和學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)及其相關(guān)知識的一個窗口，并且它對于培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力，邏輯思維能力和系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力起到了重要的作用。這就使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，需要結(jié)合其先導(dǎo)課程（程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理和匯編語言等），作為學(xué)習(xí)這門課程的基石，通過理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而為后續(xù)的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》、《數(shù)據(jù)庫原理》和《編譯原理》等課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

文中根據(jù)計(jì)算機(jī)學(xué)院操作系統(tǒng)課程教學(xué)實(shí)踐過程的體會，對課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的方式及方法作了一些有益的探討和改進(jìn)，以期不斷提高操作系統(tǒng)課程的教學(xué)水平。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

1）操作系統(tǒng)課程是一門理論性和綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，在計(jì)算機(jī)專業(yè)所有專業(yè)基礎(chǔ)課程中，其內(nèi)容豐富而且概念較為抽象，學(xué)生理解起來比較困難。在教學(xué)過程中，往往隨著內(nèi)容不斷深入和擴(kuò)展，僅有少部分學(xué)生能夠跟隨教師的授課節(jié)奏，越來越多的學(xué)生失去了學(xué)習(xí)興趣及積極性。所以造成學(xué)生認(rèn)為操作系統(tǒng)原理課程只是學(xué)習(xí)了很多概念，不能把所學(xué)知識關(guān)聯(lián)起來，甚至是通過背誦記憶通過考試，考試結(jié)果不夠理想，并沒有給學(xué)生帶來更多實(shí)用的內(nèi)容，更不要說為其他課程學(xué)習(xí)積淀基礎(chǔ)。

2）隨著IT技術(shù)不斷發(fā)展，學(xué)校從傳統(tǒng)黑板加粉筆的方式過渡到多媒體投影，架設(shè)課程教學(xué)網(wǎng)站，通過網(wǎng)絡(luò)輔助學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，盡管增加了信息的傳遞種類和方式，但只是把原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行照搬堆砌，缺少互動，學(xué)生學(xué)習(xí)仍屬于被動式學(xué)習(xí)，同樣不能很好地調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3）學(xué)生在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程初始，其實(shí)已經(jīng)知道該課程的重要性，并具有一定的積極性。但此課程的重點(diǎn)及難點(diǎn)在于清晰講解抽象的設(shè)計(jì)原理、概念、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法，在課程講授過程中，如果不能將實(shí)際應(yīng)用和日常生活中熟悉的事物與枯燥、抽象的概念、基礎(chǔ)理論進(jìn)行有效的結(jié)合與描述[1]，則會降低學(xué)生對理論學(xué)習(xí)的理解程度及興趣。

4）課程的特點(diǎn)決定了實(shí)踐教學(xué)將成為學(xué)習(xí)過程中的一個重要環(huán)節(jié)[2]。為了加深理論教學(xué)的效果，課程改革過程中也增加了實(shí)踐環(huán)節(jié)。但目前的實(shí)踐教學(xué)存在內(nèi)容單純、形式呆板、缺少關(guān)聯(lián)，學(xué)生只是以程序設(shè)計(jì)方式完成了教師所提供的算法，并沒有自主進(jìn)行分析與總結(jié)，加之實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，實(shí)踐教學(xué)沒有充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

2 理論教學(xué)的改進(jìn)

2.1 教學(xué)與前沿的結(jié)合

隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用需求的擴(kuò)大，操作系統(tǒng)課程的內(nèi)容也在不斷充實(shí)及更新。在課程初始，就應(yīng)抓住學(xué)生在課程學(xué)習(xí)初期的積極性。通常教師教授課程緒論部分內(nèi)容時(shí)，都會占用2～4學(xué)時(shí)，講述操作系統(tǒng)的發(fā)展過程與操作系統(tǒng)主要功能，此時(shí)引入目前流行的操作系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r作為學(xué)生課外作業(yè)，特別是現(xiàn)在移動終端設(shè)備、智能系統(tǒng)的發(fā)展，以實(shí)用、貼近生活角度使其主動了解目前操作系統(tǒng)發(fā)展背景及狀況，并以報(bào)告、課堂討論等方式進(jìn)行總結(jié)反饋，不僅有益擴(kuò)充了學(xué)生對該領(lǐng)域的知識面，同時(shí)容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及動力，找到自己對課程內(nèi)容的關(guān)注點(diǎn)。

2.2 教學(xué)層次的劃分

新疆是少數(shù)民族聚居地區(qū)，學(xué)生類型劃分為漢語言、雙語（少數(shù)民族學(xué)生使用母語和漢語）、民考漢（少數(shù)民族學(xué)生使用漢語言）、民考民（少數(shù)民族學(xué)生使用母語）。盡管民語言學(xué)生通過預(yù)科學(xué)習(xí)漢語，但只有一年時(shí)間，對漢語的表達(dá)及理解程度上還有待提高。所以根據(jù)學(xué)生對漢語熟悉程度上，劃分為兩個教學(xué)層次，一個是將漢語言、雙語、民考漢學(xué)生進(jìn)行合班授課，總學(xué)時(shí)為68學(xué)時(shí)（理論課時(shí)48學(xué)時(shí)，實(shí)踐課時(shí)20學(xué)時(shí)）；一個是以民考民學(xué)生進(jìn)行合班授課，總學(xué)時(shí)為80學(xué)時(shí)（理論課時(shí)56學(xué)時(shí)，實(shí)踐課時(shí)24學(xué)時(shí)）。

2.3 教學(xué)方法的改進(jìn)

1）類比教學(xué)。將生活中常見的事例與抽象的概念、理論進(jìn)行類比，從而輔助學(xué)生從生活周邊的角度來直觀的理解操作系統(tǒng)的理論知識，以降低教學(xué)內(nèi)容的枯燥程度，提升教學(xué)效果。例如：將進(jìn)程狀態(tài)切換與醫(yī)院掛號看病相結(jié)合，病人（進(jìn)程）對醫(yī)生（CPU）資源進(jìn)行爭搶。病人在診斷室排隊(duì)時(shí)處于就緒狀態(tài)，進(jìn)入診斷室醫(yī)生診斷時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，抽血化驗(yàn)時(shí)為阻塞狀態(tài)。病人在不同狀態(tài)間進(jìn)行切換，直到最后完成看病過程離開醫(yī)院。

2）開放課堂。教師在講授知識點(diǎn)的同時(shí)，拋出問題，鼓勵學(xué)生自主思考，提出個人想法或解決方案，并以開放討論形式由學(xué)生進(jìn)行互評，分析比較，引導(dǎo)其進(jìn)行歸納總結(jié)，從而培養(yǎng)其積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度。例如：在磁盤調(diào)度算法學(xué)習(xí)過程中，先提出先來先服務(wù)算法，評價(jià)其優(yōu)劣之處，同時(shí)在不講述其他算法的情況下拋出問題，然后由學(xué)生思考，自行提出合理的調(diào)度解決方案，并進(jìn)行討論。從而引導(dǎo)學(xué)生思考的方向，歸納總結(jié)學(xué)生群體思考討論得出的結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度[3]。

3）課程中心建設(shè)。利用課程中心網(wǎng)絡(luò)平臺環(huán)境構(gòu)建知識體系，在教學(xué)過程中，將教學(xué)材料及作業(yè)發(fā)布在平臺中，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間完成規(guī)定的預(yù)習(xí)或者復(fù)習(xí)材料，教師對作業(yè)進(jìn)行批改并記入平時(shí)成績，可以從學(xué)生的角度看學(xué)習(xí)狀態(tài)，也可以從教學(xué)資料的角度監(jiān)看學(xué)習(xí)狀態(tài)。同時(shí)，開放學(xué)生交流原地，分享學(xué)習(xí)成果，提供師生間一對一指導(dǎo)，改善學(xué)生在原有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境中被動學(xué)習(xí)的狀況。并設(shè)置教學(xué)調(diào)查，從各個角度隨時(shí)了解學(xué)生對本課程的評價(jià)情況，從中發(fā)現(xiàn)平時(shí)授課過程中的優(yōu)勢和不足，更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。

2.4 實(shí)踐教學(xué)的改進(jìn)

2.4.1 實(shí)踐場景的選擇

校內(nèi)公共實(shí)驗(yàn)機(jī)房設(shè)備的操作系統(tǒng)基本都采用的是Windows平臺，主要考慮到學(xué)生較為熟悉、使用廣泛、易于操作，但是 Windows 操作系統(tǒng)源代碼不公開，以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理對用戶透明，從而限制了學(xué)生對操作系統(tǒng)工作原理的理解和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2]。據(jù)此，通過在windows平臺上安裝VMware或者VirtualBox等虛擬機(jī)軟件，實(shí)踐教學(xué)以 Linux 操作系統(tǒng)為主進(jìn)行。

2.4.2 實(shí)踐層次的劃分

操作系統(tǒng)課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，應(yīng)著眼于實(shí)踐中學(xué)生對操作系統(tǒng)使用、對算法的分析、對問題的分析及解決能力上的培養(yǎng)。根據(jù)實(shí)踐教學(xué)的進(jìn)度和深度要求的不同，把實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)劃分為三個層次（基礎(chǔ)應(yīng)用、驗(yàn)證分析、綜合設(shè)計(jì)），引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生系統(tǒng)編程與內(nèi)核模塊的設(shè)計(jì)能力，同時(shí)反饋理論教學(xué)。

1）基礎(chǔ)應(yīng)用

在教學(xué)前期適合做一些基礎(chǔ)應(yīng)用層次要求的實(shí)驗(yàn)，如安裝虛擬機(jī)及操作系統(tǒng)、使用操作系統(tǒng)各功能、Shell語言、熟悉系統(tǒng)接口、編程環(huán)境等[4]。通過使用操作系統(tǒng)的各功能讓學(xué)生對操作有全面的感性認(rèn)識?；A(chǔ)應(yīng)用部分占4-6學(xué)時(shí)。

2）驗(yàn)證分析

完成課程中各種原理技術(shù)及算法的模擬實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生通過該類型題目的設(shè)計(jì)過程，掌握操作系統(tǒng)原理課程的各種算法思想。如進(jìn)程調(diào)度模擬程序、讀者-寫者問題模擬、頁面置換算法模擬、內(nèi)存的分頁管理模擬、小型文件系統(tǒng)的模擬等。教師先給出一種算法的結(jié)構(gòu)，由學(xué)生參照實(shí)現(xiàn)，再針對知識點(diǎn)的其他算法進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并對不同算法進(jìn)行分析對比，反饋理論知識點(diǎn)的掌握情況，同時(shí)形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。驗(yàn)證分析部分占10-14學(xué)時(shí)。

3）綜合設(shè)計(jì)

學(xué)生在掌握操作系統(tǒng)原理的整體運(yùn)行機(jī)制及局部實(shí)現(xiàn)方法的同時(shí)，需要進(jìn)一步提高綜合分析問題和解決問題的能力。綜合運(yùn)用兩種或以上的基本實(shí)踐方法完成同一個實(shí)踐，促使學(xué)生理解操作系統(tǒng)內(nèi)核、應(yīng)用模塊設(shè)計(jì)，掌握技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的方法與技巧。綜合設(shè)計(jì)部分占6-8學(xué)時(shí)。具體實(shí)踐教學(xué)時(shí)間劃分如表1所示：

3 考核方式的改進(jìn)

原有考核結(jié)果的構(gòu)成是試卷成績70%，實(shí)踐成績20%，考勤成績10%?？紤]到在課堂教學(xué)中學(xué)生的參與程度，以及在實(shí)踐教學(xué)中學(xué)生應(yīng)用分析能力的培養(yǎng)，將最終考核方式進(jìn)行了改進(jìn)，即試卷成績50%，實(shí)踐成績30%，平時(shí)成績15%，考勤成績5%，從多方面綜合考查學(xué)生對知識的掌握情況。

4 教學(xué)效果

通過2014年操作系統(tǒng)課程改革工作的開展，對2014、2015前后兩年的學(xué)生考核成績進(jìn)行分析，可以看到，各類學(xué)生考試成績在課程改革后均有所提高。如表2所示：

5 結(jié)語

通過對教學(xué)方法與實(shí)踐教學(xué)的改革，可以在教學(xué)中有效地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情、提升教學(xué)效果，并且能夠通過實(shí)踐活動反饋理論教學(xué)，真正的讓學(xué)生理解和接受原本枯燥抽象的理論知識，有效地激發(fā)和調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，收到了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]滕艷平，王海珍，潘海珠.高校操作系統(tǒng)課程教學(xué)創(chuàng)新模式的研究與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2009（7）：101-103.

[2]張其亮，韓斌.操作系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探析[J].計(jì)算機(jī)教育，2010（7）：91-93.

[3]馬曉慧.操作系統(tǒng)課程教學(xué)方法探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2011（3）：75-77.

[4]李海蕓.《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探討[J].科技信息，2010（35）：218，117.