“操作系統(tǒng)原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)置初探

張然

摘 要 “操作系統(tǒng)原理”是一門(mén)理論和概念都比較抽象的課程。為了讓學(xué)員更好地理解操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的開(kāi)設(shè)顯得尤為重要。本文以“操作系統(tǒng)原理”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)作為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行了探討和實(shí)踐，提出了優(yōu)化課堂效果的教學(xué)方法，為相關(guān)課程教學(xué)的改革提供參考。

關(guān)鍵詞 操作系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，是對(duì)硬件系統(tǒng)的首次擴(kuò)充，其它系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件都依賴于最下層操作系統(tǒng)的支持，所以它是最重要的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，其基本原理和技術(shù)是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)。與其相關(guān)的《操作系統(tǒng)原理》課程則是高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)骨干課程。該課程的教學(xué)目的在于使學(xué)員掌握操作系統(tǒng)的基本概念、原理、方法和技術(shù)，為其它專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

但是，“操作系統(tǒng)原理”的理論性和概念性都很強(qiáng)，造成學(xué)員在學(xué)習(xí)過(guò)程中總是總是覺(jué)得似懂非懂，很難做到融會(huì)貫通，因此，在課程的整體規(guī)劃中應(yīng)增設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，盡可能提高學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，幫助學(xué)生進(jìn)一步了解操作系統(tǒng)的概念和理論，從而加深對(duì)現(xiàn)代操作系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，熟悉操作系統(tǒng)的安裝和環(huán)境、進(jìn)程描述、控制和調(diào)度、存儲(chǔ)管理、輸入/ 輸出管理、文件系統(tǒng)等。培養(yǎng)他們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

筆者在長(zhǎng)期的實(shí)際教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程存在著各種各樣的問(wèn)題，有些問(wèn)題在各個(gè)高校都較為普遍，這引發(fā)了筆者對(duì)于這門(mén)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深入思考。本文從實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容層面劃分、內(nèi)容設(shè)置和實(shí)施過(guò)程三個(gè)方面對(duì)“操作系統(tǒng)原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行分析，并提出自己的看法。

1“操作系統(tǒng)原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容層面劃分

操作系統(tǒng)涉及的內(nèi)容較多，相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)層面有深也有淺，主要有以下四個(gè)層面，各層面依次由淺到深遞進(jìn)。

1.1觀察與使用層面

選擇一個(gè)實(shí)際的操作系統(tǒng)（一般為 Windows操作系統(tǒng)）作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)員觀察操作系統(tǒng)運(yùn)行某個(gè)功能的具體現(xiàn)象，來(lái)體會(huì)操作系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì)內(nèi)容。這種方式只能看到系統(tǒng)的外部運(yùn)行情況。為了讓學(xué)員真正理解操作系統(tǒng)的內(nèi)在原理，可以在使用層面的基礎(chǔ)上增加部分編程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

1.2算法模擬層面

選取課程中一些典型算法，如進(jìn)程并發(fā)、頁(yè)面置換等，讓學(xué)員在理解該算法的基礎(chǔ)上使用編程語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。此類(lèi)實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)員加深對(duì)操作系統(tǒng)理論的理解，但體會(huì)不到實(shí)際操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)硬件之間的交互。

1.3源碼閱讀級(jí)層面

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有操作系統(tǒng)部分內(nèi)核源代碼的閱讀，深入理解操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理。

1.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面

這個(gè)層面主要用于國(guó)內(nèi)一流高校，如清華、人大等研究型大學(xué)，主要方法是讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)一些小型操作系統(tǒng)，進(jìn)行擴(kuò)展型實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)方式可以提高學(xué)員的自主能動(dòng)性，但其工作量與難度很難把握，可能導(dǎo)致大部分學(xué)員無(wú)法完成而影響教學(xué)效果。

2“操作系統(tǒng)原理”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容設(shè)置

我院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)選擇在學(xué)員大四上學(xué)期開(kāi)設(shè)“操作系統(tǒng)原理”課程，共50課時(shí)。選用的教材是西安電子科技大學(xué)出版社出版的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》（第四版），該教材主要側(cè)重基本概念及原理，以課堂教學(xué)為主。為了加深學(xué)員對(duì)課程的理解和掌握，我們?cè)O(shè)置了大約8到10個(gè)課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課。以往的實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置主要集中在利用 Windows 操作系統(tǒng)提供的接口進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用編程以及算法模擬，經(jīng)過(guò)多輪教學(xué)之后發(fā)現(xiàn)，效果并不理想。只有少部分真正感興趣的學(xué)員能夠?qū)W到東西，大多數(shù)學(xué)員反饋回來(lái)的信息是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于零散、抽象，學(xué)員希望能夠把這些零散的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合到一個(gè)完整的操作系統(tǒng)中。因此，我們對(duì)該門(mén)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，對(duì)具體內(nèi)容做了調(diào)整。在最新的設(shè)置中，充分考慮了知識(shí)體系的關(guān)聯(lián)性與完整性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也遞進(jìn)的展開(kāi)。

通過(guò)理論課與實(shí)踐課的結(jié)合，學(xué)員先學(xué)習(xí)理論知識(shí)，進(jìn)而模擬實(shí)現(xiàn)其中的算法，最后，進(jìn)行完整操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了“抽象理解—感性認(rèn)識(shí)—理性理解”的學(xué)習(xí)認(rèn)知過(guò)程。

3實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施過(guò)程

在實(shí)驗(yàn)實(shí)施前，教員要先確定本次實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容，并收集整理相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)素材；其次，按照具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，指導(dǎo)學(xué)員如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，并將相關(guān)代碼發(fā)給學(xué)員；然后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)介紹，指導(dǎo)學(xué)員理解實(shí)驗(yàn)所需的相關(guān)知識(shí)并完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)；最后，教員驗(yàn)收學(xué)員實(shí)驗(yàn)成果。

在此過(guò)程中，值得注意的是，在學(xué)員實(shí)驗(yàn)期間，需要教員積極引導(dǎo)其進(jìn)行閱讀和思考。令外，在每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)學(xué)員的實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將其實(shí)驗(yàn)成績(jī)體現(xiàn)在學(xué)員的最終成績(jī)中。

4結(jié)語(yǔ)

“操作系統(tǒng)原理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)置，不僅加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，還進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)員對(duì)操作系統(tǒng)知識(shí)的理解與掌握，提高了學(xué)員解決問(wèn)題及實(shí)踐動(dòng)手能力。

我們結(jié)合學(xué)院學(xué)員的特點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)置的層次、內(nèi)容以及實(shí)施過(guò)程等方面進(jìn)行論述，旨在充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)有的作用。

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