高校操作系统课程教学改革的研究与实践

2016-07-04王业冯向萍李湘

电脑知识与技术 2016年15期

王业+冯向萍+李湘

摘要：针对高校操作系统课程知识点多、概念抽象、理论性强的教学实际，在分析课程教学现状的基础上，分别从教学方法、内容等方面进行改革，结合计算机学院不同民族及班级两个学期的教学实践，使得操作系统理论知识与实际应用有机结合，以期达到提高教学质量的目的。

关键词：操作系统；课程改革；教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）15-0168-02

操作系统作为硬件基础上的第一层扩充，是计算机系统中最重要的系统软件，起到承上启下的作用，是计算机软硬件资源的管理中心。《操作系统》课程是计算机学科的专业基础课程，是学生在课堂上了解和学习操作系统及其相关知识的一个窗口，并且它对于培养学生的程序设计能力，逻辑思维能力和系统分析与设计能力起到了重要的作用。这就使得学生在学习过程中，需要结合其先导课程（程序设计语言、数据结构、计算机组成原理和汇编语言等），作为学习这门课程的基石，通过理论与实践相结合，从而为后续的《计算机网络》、《数据库原理》和《编译原理》等课程的学习打下良好基础。

文中根据计算机学院操作系统课程教学实践过程的体会，对课程理论教学与实践教学的方式及方法作了一些有益的探讨和改进，以期不断提高操作系统课程的教学水平。

1 课程教学现状

1）操作系统课程是一门理论性和综合性较强的学科，在计算机专业所有专业基础课程中，其内容丰富而且概念较为抽象，学生理解起来比较困难。在教学过程中，往往随着内容不断深入和扩展，仅有少部分学生能够跟随教师的授课节奏，越来越多的学生失去了学习兴趣及积极性。所以造成学生认为操作系统原理课程只是学习了很多概念，不能把所学知识关联起来，甚至是通过背诵记忆通过考试，考试结果不够理想，并没有给学生带来更多实用的内容，更不要说为其他课程学习积淀基础。

2）随着IT技术不断发展，学校从传统黑板加粉笔的方式过渡到多媒体投影，架设课程教学网站，通过网络辅助学习的教学模式，尽管增加了信息的传递种类和方式，但只是把原有教学内容进行照搬堆砌，缺少互动，学生学习仍属于被动式学习，同样不能很好地调动起学生的学习积极性。

3）学生在学习操作系统课程初始，其实已经知道该课程的重要性，并具有一定的积极性。但此课程的重点及难点在于清晰讲解抽象的设计原理、概念、数据结构及算法，在课程讲授过程中，如果不能将实际应用和日常生活中熟悉的事物与枯燥、抽象的概念、基础理论进行有效的结合与描述[1]，则会降低学生对理论学习的理解程度及兴趣。

4）课程的特点决定了实践教学将成为学习过程中的一个重要环节[2]。为了加深理论教学的效果，课程改革过程中也增加了实践环节。但目前的实践教学存在内容单纯、形式呆板、缺少关联，学生只是以程序设计方式完成了教师所提供的算法，并没有自主进行分析与总结，加之实验环境的限制，实践教学没有充分发挥其应有的作用。

2 理论教学的改进

2.1 教学与前沿的结合

随着计算机、网络技术的迅速发展和应用需求的扩大，操作系统课程的内容也在不断充实及更新。在课程初始，就应抓住学生在课程学习初期的积极性。通常教师教授课程绪论部分内容时，都会占用2～4学时，讲述操作系统的发展过程与操作系统主要功能，此时引入目前流行的操作系统的发展状况作为学生课外作业，特别是现在移动终端设备、智能系统的发展，以实用、贴近生活角度使其主动了解目前操作系统发展背景及状况，并以报告、课堂讨论等方式进行总结反馈，不仅有益扩充了学生对该领域的知识面，同时容易激发学生的学习兴趣及动力，找到自己对课程内容的关注点。

2.2 教学层次的划分

新疆是少数民族聚居地区，学生类型划分为汉语言、双语（少数民族学生使用母语和汉语）、民考汉（少数民族学生使用汉语言）、民考民（少数民族学生使用母语）。尽管民语言学生通过预科学习汉语，但只有一年时间，对汉语的表达及理解程度上还有待提高。所以根据学生对汉语熟悉程度上，划分为两个教学层次，一个是将汉语言、双语、民考汉学生进行合班授课，总学时为68学时（理论课时48学时，实践课时20学时）；一个是以民考民学生进行合班授课，总学时为80学时（理论课时56学时，实践课时24学时）。

2.3 教学方法的改进

1）类比教学。将生活中常见的事例与抽象的概念、理论进行类比，从而辅助学生从生活周边的角度来直观的理解操作系统的理论知识，以降低教学内容的枯燥程度，提升教学效果。例如：将进程状态切换与医院挂号看病相结合，病人（进程）对医生（CPU）资源进行争抢。病人在诊断室排队时处于就绪状态，进入诊断室医生诊断时处于运行状态，抽血化验时为阻塞状态。病人在不同状态间进行切换，直到最后完成看病过程离开医院。

2）开放课堂。教师在讲授知识点的同时，抛出问题，鼓励学生自主思考，提出个人想法或解决方案，并以开放讨论形式由学生进行互评，分析比较，引导其进行归纳总结，从而培养其积极主动的学习态度。例如：在磁盘调度算法学习过程中，先提出先来先服务算法，评价其优劣之处，同时在不讲述其他算法的情况下抛出问题，然后由学生思考，自行提出合理的调度解决方案，并进行讨论。从而引导学生思考的方向，归纳总结学生群体思考讨论得出的结论，培养学生积极主动的学习态度[3]。

3）课程中心建设。利用课程中心网络平台环境构建知识体系，在教学过程中，将教学材料及作业发布在平台中，学生在规定的时间完成规定的预习或者复习材料，教师对作业进行批改并记入平时成绩，可以从学生的角度看学习状态，也可以从教学资料的角度监看学习状态。同时，开放学生交流原地，分享学习成果，提供师生间一对一指导，改善学生在原有网络教学环境中被动学习的状况。并设置教学调查，从各个角度随时了解学生对本课程的评价情况，从中发现平时授课过程中的优势和不足，更好地了解学生的学习状况。

2.4 实践教学的改进

2.4.1 实践场景的选择

校内公共实验机房设备的操作系统基本都采用的是Windows平台，主要考虑到学生较为熟悉、使用广泛、易于操作，但是 Windows 操作系统源代码不公开，以及内部结构和实现原理对用户透明，从而限制了学生对操作系统工作原理的理解和创新能力的培养[2]。据此，通过在windows平台上安装VMware或者VirtualBox等虚拟机软件，实践教学以 Linux 操作系统为主进行。

2.4.2 实践层次的划分

操作系统课程的实践性较强，应着眼于实践中学生对操作系统使用、对算法的分析、对问题的分析及解决能力上的培养。根据实践教学的进度和深度要求的不同，把实践教学环节划分为三个层次（基础应用、验证分析、综合设计），引导学生由浅入深地学习，加强学生系统编程与内核模块的设计能力，同时反馈理论教学。

1）基础应用

在教学前期适合做一些基础应用层次要求的实验，如安装虚拟机及操作系统、使用操作系统各功能、Shell语言、熟悉系统接口、编程环境等[4]。通过使用操作系统的各功能让学生对操作有全面的感性认识。基础应用部分占4-6学时。

2）验证分析

完成课程中各种原理技术及算法的模拟实现，使学生通过该类型题目的设计过程，掌握操作系统原理课程的各种算法思想。如进程调度模拟程序、读者-写者问题模拟、页面置换算法模拟、内存的分页管理模拟、小型文件系统的模拟等。教师先给出一种算法的结构，由学生参照实现，再针对知识点的其他算法进行设计实现，并对不同算法进行分析对比，反馈理论知识点的掌握情况，同时形成实验报告。验证分析部分占10-14学时。

3）综合设计

学生在掌握操作系统原理的整体运行机制及局部实现方法的同时，需要进一步提高综合分析问题和解决问题的能力。综合运用两种或以上的基本实践方法完成同一个实践，促使学生理解操作系统内核、应用模块设计，掌握技术设计和实现的方法与技巧。综合设计部分占6-8学时。具体实践教学时间划分如表1所示：

3 考核方式的改进

原有考核结果的构成是试卷成绩70%，实践成绩20%，考勤成绩10%。考虑到在课堂教学中学生的参与程度，以及在实践教学中学生应用分析能力的培养，将最终考核方式进行了改进，即试卷成绩50%，实践成绩30%，平时成绩15%，考勤成绩5%，从多方面综合考查学生对知识的掌握情况。

4 教学效果

通过2014年操作系统课程改革工作的开展，对2014、2015前后两年的学生考核成绩进行分析，可以看到，各类学生考试成绩在课程改革后均有所提高。如表2所示：

5 结语

通过对教学方法与实践教学的改革，可以在教学中有效地促进学生学习的兴趣和热情、提升教学效果，并且能够通过实践活动反馈理论教学，真正的让学生理解和接受原本枯燥抽象的理论知识，有效地激发和调动了学生的学习积极性和主动性，收到了良好的教学效果。

参考文献：

[1]滕艳平，王海珍，潘海珠.高校操作系统课程教学创新模式的研究与实践[J].计算机教育，2009（7）：101-103.

[2]张其亮，韩斌.操作系统课程实验教学改革探析[J].计算机教育，2010（7）：91-93.

[3]马晓慧.操作系统课程教学方法探索[J].计算机教育，2011（3）：75-77.