高校操作系统课程教学创新模式的研究与实践

2009-06-15滕艳平王海珍潘海珠

计算机教育 2009年7期

关键词：操作系统教学创新实验教学

滕艳平　王海珍　潘海珠

文章编号：1672-5913(2009)07-0101-03

摘要：本文就高校操作系统课程教学中存在的问题，分别从优化教学内容、改革教学方法以及强化实验教学等方面入手，提出该课程教学创新模式的一些构想，使得操作系统理论知识与实际应用有机结合，从而提高操作系统课程的教育教学质量。

关键词：操作系统；教学创新；教学方法；实验教学

中图分类号：G642

文献标识码：B

1操作系统课程教学现状

操作系统是计算机学科最重要的专业基础课程，其内容涉及理论、算法、技术、实现和应用等多个方面，主要介绍操作系统的基本原理和实现技术，是理解计算机系统工作、用户与计算机系统交互和设计开发应用系统等知识结构的重要途径。传统操作系统教材大多是以抽象的原理叙述为主，缺乏理论与实际应用的融通，使得学生学完该课程后，难于把所学的知识与目前常用的操作系统联系起来；授课教师也因此普遍反映操作系统课程难教。此外，随着计算机技术、设备的迅速发展和应用需求的扩大，计算机操作系统课程的内容需要不断充实更新。

2构建先进的课程内容体系

按照教育部确定高等学校计算机基础理论教育的三个层次(内容取材、体系科学、突出知识点)教学体系的要求，应将国内外流行的操作系统Linux编入教材中，做到遵循教育和学习规律，优先注重内容在应用上的层次性，适当兼顾整体在理论上的系统性。以操作系统原理为核心，结合现代计算机系统软件构架的教学理念，将该课程拓展到其他相关课程中，形成多层次、多类型的教学，并与实践环节相互配合，使理论教学和实践教学做到有机的结合。

在本课程内容组织上，依据操作系统的资源管理功能，应将操作系统看作计算机软硬件资源的管理器。因此，课程组织在宏观上规划为CPU类计算资源对象、内存资源对象、设备资源对象和文件资源对象。其中每项内容的学习目标又包括基本概念、基本原理、数据结构、算法和综合性问题几个方面。教师应该首先帮助学生大致认识操作系统的总体结构，然后再介绍各部分的内容。以计算资源内容组织为例：①基本概念：进程、线程、对换技术、响应时间、周转时间、截止时间、同步与互斥、死锁；②数据结构：PCB、进程队列、信号量结构；③算法：各种进程调度算法(FCFS、RR、SPF、HPF、HRP、FB)和实时调度算法(EDF、LLF)、避免死锁的银行家算法。如果在教学中能确定这样一条线路，学生的学习将更具有明确的方向性和目的性，学习效果会有明显提高；同时，也使整个教学内容的组织更加注重引导学生探讨各种知识的内在联系，技术的引入背景，使学生更加注重对知识的理解，而非简单的记忆。操作系统的理论课程体系结构见表1所示。

3教学方法和教学手段的改革与创新

操作系统课程教学创新模式的研究中应注重改进教学方式、实验方式、教学辅导方式，实现课程教学多媒体化(多媒体课堂)、课程辅导网络化(校园教学网)的教学方式，保障对该课程教学的需求，提高教学质量。

(1) 多媒体教学方法。从传统的“粉笔+黑板”模式为主过渡到“计算机+大屏幕”为主的授课模式。授课的电子教案从静态文字为主的幻灯片方式到动态算法演示为主的多媒体课件，用形象的动画在大屏幕上展示各种抽象原理和算法的执行过程，例如，进程状态的转换过程、分页的地址变换等，辅之以板书交流，进而增加了从教师到学生传递的信息量和信息种类，有助于建立从感性到理性的认识以及相关技术的掌握。另外，在多媒体教学课件制作中，要融入新的教学理念，与教学内容相匹配，与教师讲解相呼应。采用动态网页方式框架，充分考虑网络方式下超连接使用的接口，有利于发挥立体化教材的作用。

(2) 类比教学法。操作系统课程的重点和难点在于清晰讲解经典和抽象的设计原理、概念、数据结构及算法。为此，在课堂讲授中，将实际应用和生活中人们熟悉的事物与枯燥、抽象的操作系统概念、基础理论进行类比，有助于学生直观、形象地理解操作系统的理论知识，激发学生的学习兴趣。例如，将进程死锁与交通阻塞联系起来，将进程调度与超市排队结账联系起来，将信号量方法与交通灯联系起来等等，以便收到好的教学效果。

(3) 自学探究教学法。由于传统的操作系统课程教学强调的教学方法是讲练结合，忽视学生自主性学习能力的培养，压抑学生的主动性和积极性，忽视学生课堂学习的主体地位，因此该课程的教学应采用自学探究教学法。学生的学习应该是研究性学习、探究性学习、协作性学习和自主性学习等多种学习方法的整合，通过这种学习可达到掌握知识、发展能力、陶冶情操目的。操作系统的教学中更应该贯穿能力本位的思想，目的不在于给学生灌输了多少知识，而在于对学生创新能力的培养。

(4) 网络教学法。操作系统课程网络教学为学生的自主学习和教师的教学辅导提供一个完善的网络教学环境，它包括学生学习平台，教师的教学和教学管理平台等，提供在线课堂和视频交流，即用于教师实时授课和组织实时讨论交流提供虚拟课堂，在特定的时间段中，学生和教师同时在线讨论。在线课堂提供授课模式和自由发言模式，可由教师选择控制，在期末复习辅导时采用这种在线课堂的形式效果很好，师生互动的复习、答疑和讨论，使学生积极主动参与对整个课程学习内容的总结和提炼，从整体上建立清晰的知识结构框架。教学网络平台是一项充分发挥现代信息技术，拓宽教学资源使用和学生受益范围的举措。也是让学生能更大程度地获得需要的信息和知识，了解整个课程教学过程，并参与到教学中来，形成师生共建、共促质量的模式。

(5) 案例教学法。在操作系统教学中，要涉及大量的算法实例，这些实例执行情况若以动态方式进行演示，可以收到好的教学效果，为此，要构建典型的案例库，结合课程实验和综合实践加强学生系统编程与内核模块设计的能力。例如，系统内核调用、内核模块替换、操作系统补丁等。这些案例既可用作教学，也可以供学生自行设计，学生设计的优秀案例可收入案例库，使学生能即学即用，及时发现和解决问题，对抽象概念通过实践环节理解，拓展深层次思考，以培养学生的创新能力。

4实践教学中的创新模式

操作系统课程是实践性较强的课程，在实践中应着重培养学生熟练使用操作系统，以及在维护操作系统工作中的分析问题和解决问题的能力。本课程的实践教学环节包括三大部分，即课程实验、应用实验和综合实验。并分成高、中、低几个层次。

“课程实验”主要解决操作系统学习后对原理、算法的理解和设计能力。课程实验主要通过五个典型的题目来完成。第一个实验是进程管理(要求在Linux环境)，对于大多数只熟悉Windows操作系统的学生来说，这个实验对认识操作系统中进程的并发、同步、通信是很有帮助的。第二至第五个实验分别是单处理机的进程调度、存储器管理、设备管理和文件管理模块设计，这些实验侧重于实践技能训练和各种算法的模拟编程，加深对理论知识的学习和掌握。

“应用实验”主要介绍现代主流的操作系统(如UNIX/Linux等)及其系统编程技术。训练学生在操作系统平台下的动手能力，并与IBM公司大型主机操作系统的认证考试相联系。鼓励学生参加专业认证培训，并能取得专业认证证书。

“综合实验”(含课程设计)主要促使学生理解操作系统内核、开源码分析和应用模块设计等，通过案例复现和模块替换实验等，掌握技术实现和模块设计的方法与技巧。具体分为四种不同层次与难度的子项，参见图1所示。

在综合实验中，通过分类型和分阶段的实践过程，加强学生系统编程与内核模块设计能力，使学生对课程的重点和难点都有清晰的认识。