操作系統(tǒng)課程教學(xué)與學(xué)生能力培養(yǎng)

摘要：本文介紹了我院在操作系統(tǒng)教學(xué)過程中通過改進教學(xué)方法、引入任務(wù)驅(qū)動和加強實踐環(huán)節(jié)，對學(xué)生的思考能力、學(xué)習(xí)能力和實踐動手能力進行培養(yǎng)的一些經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；學(xué)生能力培養(yǎng)；教學(xué)改革；課程建設(shè)

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

1引言

對學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)是教育教學(xué)工作的主要目標，也是高等教育的重要課題。本科學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括這樣幾個方面：認知能力，包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思考能力等；專業(yè)能力，包括專業(yè)知識結(jié)構(gòu)、實踐能力、職業(yè)能力、科研能力、創(chuàng)新能力等；學(xué)習(xí)能力，包括自學(xué)能力、獲取信息能力、分析和解決問題能力等；人際交往能力，包括溝通能力、組織能力、合作能力等。培養(yǎng)目標的差異、課程教學(xué)內(nèi)容的差異、學(xué)生之間的差異、教師自身的差異、教學(xué)方法和手段的差異對學(xué)生能力的培養(yǎng)有著很大的影響。

操作系統(tǒng)是計算機及相關(guān)專業(yè)的重要的主干課程，在計算機科學(xué)的知識體系結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要的地位。掌握計算機操作系統(tǒng)的基本原理，是計算機專業(yè)學(xué)生深入學(xué)習(xí)其他課程和進行深入研究的必備知識基礎(chǔ)。本門課程以操作系統(tǒng)中經(jīng)典的算法和成熟的設(shè)計思想為核心教學(xué)內(nèi)容，具有內(nèi)容豐富、涉及面廣、理論性強、原理和方法內(nèi)容抽象、理論和實踐相結(jié)合等特點。對于操作系統(tǒng)這類理論性比較強的課程來說，如何對學(xué)生的素質(zhì)和能力進行有針對性地培養(yǎng)，是需要我們在教學(xué)過程中不斷探索和研究的問題。通過多年的教學(xué)實踐，我們總結(jié)了在操作系統(tǒng)課程中通過引入多元化教學(xué)方法、任務(wù)驅(qū)動機制、加強實踐環(huán)節(jié)教學(xué)等手段，對學(xué)生的綜合素質(zhì)能力進行培養(yǎng)的一些經(jīng)驗。

2改進教學(xué)方法培養(yǎng)學(xué)生思考能力

對于操作系統(tǒng)這類理論性比較強的課程來說，當(dāng)前教學(xué)中面臨的主要問題集中在兩個方面，一方面理論教學(xué)學(xué)時的壓縮制約了知識講解的深度；另一方面，學(xué)生面對理論課程所產(chǎn)生的興趣問題和信心問題。這就要求我們在教學(xué)工作中要注意精心選擇教學(xué)內(nèi)容，同時改進教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，增強學(xué)生的信心和參與意識。

在教學(xué)方法上，我們提倡采用多元化的教學(xué)方法，如互動式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)方法等，針對不同的教學(xué)內(nèi)容，選擇不同的教學(xué)方法，要善于為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情境，積極引導(dǎo)學(xué)生思考，在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的思考能力。

例如，進程同步機制在操作系統(tǒng)課程中是十分重要的教學(xué)內(nèi)容，在引入同步問題時，通常以“生產(chǎn)者-消費者”這一經(jīng)典的同步問題為例的，在介紹完一個生產(chǎn)者和一個消費者以相互匹配的速度共用一個緩沖區(qū)的情況后，可以向?qū)W生提出生產(chǎn)者速度快于消費者或消費者速度快于生產(chǎn)者時會出現(xiàn)情況等問題。通過在講解過程中為學(xué)生設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生討論，啟發(fā)學(xué)生思考，增強學(xué)生的參與意識和興趣，然后再逐步引入同步問題。學(xué)生在了解了同步問題的根源在于進程的異步性導(dǎo)致合作進程的速度的不可預(yù)知之后，再引導(dǎo)學(xué)生思考如何協(xié)調(diào)和控制進程間的相互速度，這時大多數(shù)學(xué)生往往會自然地從系統(tǒng)管理的角度提出加鎖機制或類似的機制，然后再引導(dǎo)學(xué)生討論加鎖機制的問題，就很容易地引入信號量機制。

在采用啟發(fā)式教學(xué)方法中，創(chuàng)設(shè)適宜的問題情境，要求教師熟悉教材內(nèi)容、掌握教材知識體系結(jié)構(gòu)、了解新舊知識之間的內(nèi)在聯(lián)系、了解學(xué)生已有的認知結(jié)構(gòu)和良好的課堂控制能力，這樣才能創(chuàng)設(shè)難度適宜的問題情境，才能逐步啟發(fā)學(xué)生思考并掌握教學(xué)內(nèi)容。

另外，教學(xué)過程中還要注意本課程教學(xué)內(nèi)容的上下關(guān)聯(lián)以及本門課程與其他課程的相互關(guān)聯(lián)，充分利用學(xué)生以往學(xué)習(xí)中的經(jīng)驗對教學(xué)內(nèi)容的影響，即學(xué)習(xí)遷移。實踐證明，學(xué)習(xí)遷移對原理性、技能性知識的學(xué)習(xí)是非常重要的，是貫穿在整個教學(xué)過程中的。在計算機學(xué)科知識體系結(jié)構(gòu)中，很多概念和原理在多門課程中都有很重要的地位，如虛擬、緩沖機制、分層體系結(jié)構(gòu)、霍夫曼原理、常見調(diào)度算法等。引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識系統(tǒng)化，有助于學(xué)生知識結(jié)構(gòu)遷移，使學(xué)生很容易利用已有知識理解所學(xué)內(nèi)容，也有助于學(xué)生思考能力的培養(yǎng)，對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高也是十分重要的。

3利用任務(wù)驅(qū)動培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力

學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)應(yīng)該從學(xué)習(xí)動機和自學(xué)意識的培養(yǎng)入手，以提高學(xué)生自學(xué)能力為主要目標。學(xué)生學(xué)習(xí)的動機來源于兩個方面：外在動機和內(nèi)在動機。外在動機主要來自于教師、家長、就業(yè)等方面施加給學(xué)生的壓力，而內(nèi)在動機來源于學(xué)生的興趣和自我提高的內(nèi)驅(qū)力，其中內(nèi)在動機是主要因素。

在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中，要注意避免單一的介紹方式進行講授，否則會使學(xué)生感到理論教學(xué)的枯燥乏味。因此在采用啟發(fā)式教學(xué)方法由淺入深進行講解同時，注意加強學(xué)生的自信心。靈活運用比喻是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、避免灌輸理論的有效方法。

例如，進程是操作系統(tǒng)中最重要的基本概念之一，理解進程的概念和特點對后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)具有十分重要的意義，對比進程和程序之間的區(qū)別是使學(xué)生理解進程的概念的重要內(nèi)容。在教學(xué)中，如果簡單的將進程和程序的特點進行對比介紹，學(xué)生不易理解且會感覺很乏味。如果采用比喻法，例如可以將程序比作一門課程的教學(xué)大綱，進程就是授課過程。類似這樣的比喻，可以使學(xué)生很容易理解進城和程序的區(qū)別，以及進程的概念，也很容易使學(xué)生產(chǎn)生興趣。

在本門課程教學(xué)過程中，我們引入了任務(wù)驅(qū)動的方法，通過給學(xué)生布置學(xué)習(xí)任務(wù)，并要求學(xué)生通過論文的形式完成任務(wù)，并將每次任務(wù)，都作為成績考核的一部分，以督促學(xué)生自我完成學(xué)習(xí)任務(wù)。例如，哲學(xué)家就餐問題是著名的進程間通信問題，涉及異步進程的同步機制和死鎖處理，解決該問題的方法非常多，教學(xué)過程和教材中所介紹的僅僅是一部分，可以將哲學(xué)家就餐問題作為一個大作業(yè)布置給學(xué)生，要求學(xué)生自己去查詢、收集和整理有關(guān)該問題的解決算法，并以論文的形式完成。在這個過程中，培養(yǎng)了學(xué)生查詢、收集和利用資料的能力，培養(yǎng)了學(xué)生寫作能力和自學(xué)能力。

4加強實驗環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生實踐能力

操作系統(tǒng)課程對學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)主要集中在實驗課程中。操作系統(tǒng)是偏重理論教學(xué)的課程，受學(xué)時數(shù)限制，不能安排較多的實驗學(xué)時。為了在有限的實驗教學(xué)時數(shù)中，保證學(xué)生通過實驗加深對操作系統(tǒng)工作機制的理解，同時培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，我們精心選擇了實驗內(nèi)容和實驗平臺。

本課程實驗內(nèi)容以Linux操作系統(tǒng)的案例分析為主。在理論教學(xué)中，操作系統(tǒng)各子系統(tǒng)的工作機理都是圍繞Linux操作系統(tǒng)進行講解和分析，然后在實驗課中通過教師對Linux操作系統(tǒng)中進程間通信、處理機調(diào)度和存儲管理等相關(guān)代碼進行閱讀和分析，學(xué)生通過自己動手修改和實現(xiàn)代碼，來進一步理解Linux操作系統(tǒng)的工作機制，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。

5結(jié)束語

對學(xué)生能力的培養(yǎng)是需要在教學(xué)計劃中各門課程和各個教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中，通過長期的潛移默化的影響做到的。僅僅憑借操作系統(tǒng)一門課程，是無法完成對學(xué)生綜合素質(zhì)的全面培養(yǎng)的。我們在操作系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中，通過改進教學(xué)方法、任務(wù)驅(qū)動機制和加強實驗環(huán)節(jié)對學(xué)生的思考能力、學(xué)習(xí)能力和實踐動手能力方面進行培養(yǎng)所獲得的經(jīng)驗，對教學(xué)計劃中的同類課程具有借鑒意義。

Teaching “Operating System” Course and Building Capability of Student

WANG Zhi-fei， LUO Qiu-bin， Shi Yan

(Harbin University， School of Mathematics and Computer Science， Harbin150086)

Abstract: In this paper， some practical experiences in teaching “Operating System” course was introduced. We have implemented some useful exploration on thinking ability， learning ability and practical skills of student， by updating teaching method， adopting Task-driven method and strengthening training of practice.

Keywords: operating system， building capability of student， teaching reform， the building of courses

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