高校操作系統課程教學創新模式的研究與實踐

滕艷平　王海珍　潘海珠

文章編號：1672-5913(2009)07-0101-03

摘要：本文就高校操作系統課程教學中存在的問題，分別從優化教學內容、改革教學方法以及強化實驗教學等方面入手，提出該課程教學創新模式的一些構想，使得操作系統理論知識與實際應用有機結合，從而提高操作系統課程的教育教學質量。

關鍵詞：操作系統；教學創新；教學方法；實驗教學

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

1操作系統課程教學現狀

操作系統是計算機學科最重要的專業基礎課程，其內容涉及理論、算法、技術、實現和應用等多個方面，主要介紹操作系統的基本原理和實現技術，是理解計算機系統工作、用戶與計算機系統交互和設計開發應用系統等知識結構的重要途徑。傳統操作系統教材大多是以抽象的原理敘述為主，缺乏理論與實際應用的融通，使得學生學完該課程后，難于把所學的知識與目前常用的操作系統聯系起來；授課教師也因此普遍反映操作系統課程難教。此外，隨著計算機技術、設備的迅速發展和應用需求的擴大，計算機操作系統課程的內容需要不斷充實更新。

2構建先進的課程內容體系

按照教育部確定高等學校計算機基礎理論教育的三個層次(內容取材、體系科學、突出知識點)教學體系的要求，應將國內外流行的操作系統Linux編入教材中，做到遵循教育和學習規律，優先注重內容在應用上的層次性，適當兼顧整體在理論上的系統性。以操作系統原理為核心，結合現代計算機系統軟件構架的教學理念，將該課程拓展到其他相關課程中，形成多層次、多類型的教學，并與實踐環節相互配合，使理論教學和實踐教學做到有機的結合。

在本課程內容組織上，依據操作系統的資源管理功能，應將操作系統看作計算機軟硬件資源的管理器。因此，課程組織在宏觀上規劃為CPU類計算資源對象、內存資源對象、設備資源對象和文件資源對象。其中每項內容的學習目標又包括基本概念、基本原理、數據結構、算法和綜合性問題幾個方面。教師應該首先幫助學生大致認識操作系統的總體結構，然后再介紹各部分的內容。以計算資源內容組織為例：①基本概念：進程、線程、對換技術、響應時間、周轉時間、截止時間、同步與互斥、死鎖；②數據結構：PCB、進程隊列、信號量結構；③算法：各種進程調度算法(FCFS、RR、SPF、HPF、HRP、FB)和實時調度算法(EDF、LLF)、避免死鎖的銀行家算法。如果在教學中能確定這樣一條線路，學生的學習將更具有明確的方向性和目的性，學習效果會有明顯提高；同時，也使整個教學內容的組織更加注重引導學生探討各種知識的內在聯系，技術的引入背景，使學生更加注重對知識的理解，而非簡單的記憶。操作系統的理論課程體系結構見表1所示。

3教學方法和教學手段的改革與創新

操作系統課程教學創新模式的研究中應注重改進教學方式、實驗方式、教學輔導方式，實現課程教學多媒體化(多媒體課堂)、課程輔導網絡化(校園教學網)的教學方式，保障對該課程教學的需求，提高教學質量。

(1) 多媒體教學方法。從傳統的“粉筆+黑板”模式為主過渡到“計算機+大屏幕”為主的授課模式。授課的電子教案從靜態文字為主的幻燈片方式到動態算法演示為主的多媒體課件，用形象的動畫在大屏幕上展示各種抽象原理和算法的執行過程，例如，進程狀態的轉換過程、分頁的地址變換等，輔之以板書交流，進而增加了從教師到學生傳遞的信息量和信息種類，有助于建立從感性到理性的認識以及相關技術的掌握。另外，在多媒體教學課件制作中，要融入新的教學理念，與教學內容相匹配，與教師講解相呼應。采用動態網頁方式框架，充分考慮網絡方式下超連接使用的接口，有利于發揮立體化教材的作用。

(2) 類比教學法。操作系統課程的重點和難點在于清晰講解經典和抽象的設計原理、概念、數據結構及算法。為此，在課堂講授中，將實際應用和生活中人們熟悉的事物與枯燥、抽象的操作系統概念、基礎理論進行類比，有助于學生直觀、形象地理解操作系統的理論知識，激發學生的學習興趣。例如，將進程死鎖與交通阻塞聯系起來，將進程調度與超市排隊結賬聯系起來，將信號量方法與交通燈聯系起來等等，以便收到好的教學效果。

(3) 自學探究教學法。由于傳統的操作系統課程教學強調的教學方法是講練結合，忽視學生自主性學習能力的培養，壓抑學生的主動性和積極性，忽視學生課堂學習的主體地位，因此該課程的教學應采用自學探究教學法。學生的學習應該是研究性學習、探究性學習、協作性學習和自主性學習等多種學習方法的整合，通過這種學習可達到掌握知識、發展能力、陶冶情操目的。操作系統的教學中更應該貫穿能力本位的思想，目的不在于給學生灌輸了多少知識，而在于對學生創新能力的培養。

(4) 網絡教學法。操作系統課程網絡教學為學生的自主學習和教師的教學輔導提供一個完善的網絡教學環境，它包括學生學習平臺，教師的教學和教學管理平臺等，提供在線課堂和視頻交流，即用于教師實時授課和組織實時討論交流提供虛擬課堂，在特定的時間段中，學生和教師同時在線討論。在線課堂提供授課模式和自由發言模式，可由教師選擇控制，在期末復習輔導時采用這種在線課堂的形式效果很好，師生互動的復習、答疑和討論，使學生積極主動參與對整個課程學習內容的總結和提煉，從整體上建立清晰的知識結構框架。教學網絡平臺是一項充分發揮現代信息技術，拓寬教學資源使用和學生受益范圍的舉措。也是讓學生能更大程度地獲得需要的信息和知識，了解整個課程教學過程，并參與到教學中來，形成師生共建、共促質量的模式。

(5) 案例教學法。在操作系統教學中，要涉及大量的算法實例，這些實例執行情況若以動態方式進行演示，可以收到好的教學效果，為此，要構建典型的案例庫，結合課程實驗和綜合實踐加強學生系統編程與內核模塊設計的能力。例如，系統內核調用、內核模塊替換、操作系統補丁等。這些案例既可用作教學，也可以供學生自行設計，學生設計的優秀案例可收入案例庫，使學生能即學即用，及時發現和解決問題，對抽象概念通過實踐環節理解，拓展深層次思考，以培養學生的創新能力。

4實踐教學中的創新模式

操作系統課程是實踐性較強的課程，在實踐中應著重培養學生熟練使用操作系統，以及在維護操作系統工作中的分析問題和解決問題的能力。本課程的實踐教學環節包括三大部分，即課程實驗、應用實驗和綜合實驗。并分成高、中、低幾個層次。

“課程實驗”主要解決操作系統學習后對原理、算法的理解和設計能力。課程實驗主要通過五個典型的題目來完成。第一個實驗是進程管理(要求在Linux環境)，對于大多數只熟悉Windows操作系統的學生來說，這個實驗對認識操作系統中進程的并發、同步、通信是很有幫助的。第二至第五個實驗分別是單處理機的進程調度、存儲器管理、設備管理和文件管理模塊設計，這些實驗側重于實踐技能訓練和各種算法的模擬編程，加深對理論知識的學習和掌握。

“應用實驗”主要介紹現代主流的操作系統(如UNIX/Linux等)及其系統編程技術。訓練學生在操作系統平臺下的動手能力，并與IBM公司大型主機操作系統的認證考試相聯系。鼓勵學生參加專業認證培訓，并能取得專業認證證書。

“綜合實驗”(含課程設計)主要促使學生理解操作系統內核、開源碼分析和應用模塊設計等，通過案例復現和模塊替換實驗等，掌握技術實現和模塊設計的方法與技巧。具體分為四種不同層次與難度的子項，參見圖1所示。

在綜合實驗中，通過分類型和分階段的實踐過程，加強學生系統編程與內核模塊設計能力，使學生對課程的重點和難點都有清晰的認識。

參考文獻：

[1] 劉乃琦等. 電子科技大學“計算機操作系統”精品課程建設[J]. 計算機教育,2006,(7).

[2] 滕艷平等.計算機操作系統[M]. 黑龍江:哈爾濱工業大學出版社,2008.

[3] 陳長海. 關于創新教學的幾點思考[J]. 計算機教育,2004,(04).

[4] 傅彥等. 計算機專業主干課程與教學改革[J]. 電子科技大學學報,2003,(4).

[5] 王庭之. 計算機“自學探究”教學模式的實踐和思考[J]. 黑龍江教育,2007,(5).

[6] 劉彥保. 計算機網絡課程教學改革與實踐[J]. 黑龍江高教研究,2006,(2).

[7] 田杰等. 計算機專業課教學研究[J]. 黑龍江教育,2007,(4).