操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革和創(chuàng)新能力培養(yǎng)探析

武 巖，李 華

(長春理工大學(xué)計算機科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長春 130022)

操作系統(tǒng)是計算機科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的核心課程，也是一門理論性和綜合性較強的課程。本課程的教學(xué)目的，是使學(xué)生了解什么是操作系統(tǒng)，掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、實現(xiàn)機制和重要算法，加深對操作系統(tǒng)基本原理的理解和認識，為其今后在相關(guān)領(lǐng)域開展工作打下堅實的基礎(chǔ)。然而，在操作系統(tǒng)課程教學(xué)過程中我們體會到困難重重。首先，操作系統(tǒng)課程概念抽象、理論性強、理論與實際系統(tǒng)相脫離的現(xiàn)象，造成了講授起來比較枯燥，學(xué)生感到該課程難以理解。其次，實踐環(huán)節(jié)中學(xué)生都是在某一操作系統(tǒng)平臺下的，實驗內(nèi)容主要采用驗證性實驗，例如，作業(yè)調(diào)度實驗:編程模擬先來先服務(wù)，短作業(yè)優(yōu)先，高響應(yīng)比優(yōu)先調(diào)度算法等［1］;磁盤調(diào)度實驗:模擬短道優(yōu)先和電梯調(diào)度算法等。這些實驗很難使學(xué)生對系統(tǒng)模塊細節(jié)有所理解，更不用說結(jié)合多種實際系統(tǒng)的各自特點進行比較分析，靈活應(yīng)用。這就使得學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性受到影響，很難進行綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

針對上述現(xiàn)象，本文從“調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進教學(xué)方式方法，改變學(xué)生的實踐平臺，完善實踐內(nèi)容”4個方面對如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，培養(yǎng)多平臺操作系統(tǒng)技術(shù)與創(chuàng)新應(yīng)用型人才進行探討。

一、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，系統(tǒng)源碼分析引入基本理論

對于操作系統(tǒng)課程，很多同學(xué)能夠掌握基本理論知識，并且通過考試，但對于實際系統(tǒng)的具體細節(jié)并不清楚，“停留在書本”的現(xiàn)象比較嚴重。據(jù)此，應(yīng)從下面兩個方面給予重視:

1.操作系統(tǒng)基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。對于操作系統(tǒng)基礎(chǔ)內(nèi)容，必須為學(xué)生打下牢固的理論基礎(chǔ)，這會給學(xué)生實際操作時提供良好的保障，同時也為進一步深造學(xué)習(xí)奠定扎實的基礎(chǔ)。

2.操作系統(tǒng)應(yīng)用內(nèi)容的擴展。操作系統(tǒng)教學(xué)不僅要掌握基本原理，更需要讓學(xué)生熟悉系統(tǒng)提供的功能，并能在開源的系統(tǒng)環(huán)境下擴展系統(tǒng)功能。這就要求在應(yīng)用能力教學(xué)方面適當(dāng)加入系統(tǒng)源代碼分析，讓學(xué)生從本質(zhì)上了解系統(tǒng)，做到從實際系統(tǒng)出發(fā)，將實踐和理論相結(jié)合，二者相輔相成。

二、改進教學(xué)方式方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

1.采用多種教學(xué)方式，在利用板書幫助學(xué)生加強記憶的同時，采用多媒體的教學(xué)形式，增大學(xué)習(xí)的信息量。多媒體技術(shù)利用視覺化的畫面及生動的演示過程，可以有效地表述既抽象又無味的概念，可以使教學(xué)更易于被學(xué)生接受和掌握。對一些算法進行仿真和模擬，如在內(nèi)存管理方案中，演示內(nèi)存的分配和回收的動態(tài)變化過程，形象而生動，幫助學(xué)生對抽象的算法進行理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達到學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)。另外，還可以利用操作系統(tǒng)這門課本身的特點，以上課時用的電腦所安裝的操作系統(tǒng)為例講解相關(guān)知識點，比如對于進程的講解，可以結(jié)合系統(tǒng)任務(wù)管理器中的應(yīng)用程序、進程的實時變化情況生動形象地講授［2］，讓學(xué)生對枯燥抽象的概念具體化形象化，以幫助其理解。

2.采用教學(xué)－示范－實踐－討論教學(xué)模式，課堂教學(xué)與實踐培養(yǎng)相結(jié)合。在講授每部分重點知識時，要結(jié)合實際系統(tǒng)分析，變抽象為形象，加強學(xué)生的理解。還要加強學(xué)生的求知欲望，讓他們也參與到教學(xué)中來，互相討論，相互分享，加強對知識的理解。尤其是在實踐環(huán)節(jié)，將學(xué)生實驗中完成較好的設(shè)計，演示給學(xué)生觀摩，并請實驗設(shè)計者本人講述其設(shè)計思想，回答同學(xué)提出的問題，這對設(shè)計者和其他同學(xué)而言，都是相互學(xué)習(xí)的好機會［3］。

3.針對性教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程時，由于學(xué)習(xí)能力或者以后就業(yè)方向的傾向不同，學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握能力或想要達到的目標(biāo)也就不同。為了能夠使每個學(xué)生都能有較大進步，把學(xué)習(xí)能力強的學(xué)生組成興趣小組，在實踐教學(xué)中讓他們多涉及一些探索性、綜合性強的題目;對于學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生，通過耐心的講解和指導(dǎo)，使其盡快掌握知識內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法。

4.創(chuàng)新思維融入教學(xué)。教師在講授操作系統(tǒng)課程過程中，根據(jù)所講授知識的相關(guān)內(nèi)容，找準(zhǔn)創(chuàng)新教育的關(guān)鍵點，適時融入，合理拓展，如:在講授頁面置換算法［4］時，可以讓學(xué)生發(fā)散思維思考各種置換算法的特點、優(yōu)劣，允許學(xué)生提出自己的算法思想，闡述其所設(shè)計的算法的合理性。并可以在實驗課時讓學(xué)生設(shè)計實現(xiàn)自己認為合理的置換算法，從而使學(xué)生敢想、敢說、敢做，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識。

三、改變實踐教學(xué)平臺，搭建多平臺操作系統(tǒng)環(huán)境

傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)實踐環(huán)境是基于Windows的，實驗題目大都是一些算法的模擬，脫離實際系統(tǒng)使用，或者是基于API的系統(tǒng)功能調(diào)用，達到使用系統(tǒng)的目的，但功能的具體細節(jié)并不清楚。近些年，一些院校的實驗環(huán)境采用Linux系統(tǒng)平臺，涉及的實驗題目是關(guān)于Linux系統(tǒng)的，如linux系統(tǒng)的常用命令，shell編程或linux系統(tǒng)調(diào)用編程等，可這又摒棄了Windows系統(tǒng)所具有的特點。若能將幾種流行的操作系統(tǒng)結(jié)合在一起，采用多平臺的操作系統(tǒng)環(huán)境，既有利于學(xué)生對多種系統(tǒng)的了解、使用，又有利于學(xué)生根據(jù)自己需要選擇合適的系統(tǒng)平臺。然而，在傳統(tǒng)的PC環(huán)境中只能有一種操作系統(tǒng)，多種操作系統(tǒng)是不能共存的。但隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和“云”技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中程序處理正發(fā)生著巨大的變化，這給操作系統(tǒng)平臺革新提供了契機。因此，我們對傳統(tǒng)的實踐平臺做了如下改革:

(1)改造傳統(tǒng)的PC－PC架構(gòu)平臺，以VMware虛擬化軟件為新平臺模式，使PC從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)在桌面遷移到數(shù)據(jù)中心。

(2)VMware虛擬化軟件平臺允許多個用戶桌面以虛擬機的形式獨立運行，同時共享 CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)連接和存儲器等底層物理硬件資源。這種架構(gòu)將用戶彼此隔離開來，使每位用戶都擁有自己的操作系統(tǒng)。采用這種操作平臺，上操作系統(tǒng)實踐課時，學(xué)生可根據(jù)自己需求選擇合適的操作系統(tǒng)為實驗平臺，相互不受影響，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主動性。

(3)通過先進的虛擬化平臺構(gòu)架，打破局限，從傳統(tǒng)的PC逐漸過渡到以云平臺為核心載體的“云”。

這種基于網(wǎng)絡(luò)的“云”技術(shù)將Windows、Linux和Unix操作系統(tǒng)集于一身的多平臺系統(tǒng)，給學(xué)生提供了一個靈活的操作平臺，在操作系統(tǒng)實踐課程中更充分地體現(xiàn)出它的優(yōu)越性，既有利于方便學(xué)生對各系統(tǒng)的了解、使用，又有利于學(xué)生對各系統(tǒng)的特點進行比較，可以更加有效地幫助學(xué)生對各種操作系統(tǒng)的掌握與應(yīng)用。

四、完善實踐內(nèi)容，發(fā)揮多平臺操作系統(tǒng)特色

實踐平臺的進一步改革，要求實踐內(nèi)容也需進一步完善。實踐內(nèi)容既可以包括經(jīng)典算法驗證，如銀行家算法、頁面置換算法的模擬實現(xiàn)等，也可以包括基于Windows系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)或Unix系統(tǒng)的功能調(diào)用，如進程創(chuàng)建、進程通信［5］等，還可以包括基于Linux系統(tǒng)對功能模塊的進一步開發(fā)，對真實操作系統(tǒng)內(nèi)核的操作，制作自己的操作系統(tǒng)，對于學(xué)生來說可擴展和創(chuàng)新的空間較大，有利于創(chuàng)新應(yīng)用能力的培養(yǎng)。也可針對同一題目采用不同的操作系統(tǒng)平臺完成，將其實現(xiàn)的過程、實現(xiàn)的方法進行對比，分析不同系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點，進而實現(xiàn)對系統(tǒng)的靈活掌握能力。此外，還可根據(jù)多平臺操作系統(tǒng)的特點引入一些探索性、開放性、綜合性的課題，給學(xué)生多提供自主學(xué)習(xí)的機會，培養(yǎng)學(xué)生研究和探索的精神，加強學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用能力。

五、結(jié)束語

隨著計算機開發(fā)向縱深方向發(fā)展，操作系統(tǒng)課程越來越體現(xiàn)出它的重要性，然而傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學(xué)模式存在種種弊端，操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革勢在必行。通過對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)平臺、實踐內(nèi)容的調(diào)整與改善，不僅打破了傳統(tǒng)單一的系統(tǒng)實踐平臺，完善了學(xué)生的編程環(huán)境，更促進了學(xué)生對多種系統(tǒng)的了解，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的多種實際系統(tǒng)操作能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，打造創(chuàng)新應(yīng)用型人才是至關(guān)重要的。

［1］湯小丹，梁紅兵.計算機操作系統(tǒng)［M］.3版.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2007:91－95.

［2］張其亮，韓斌.計算機操作系統(tǒng)實驗教學(xué)改革探析［J］.計算機教育，2010(7):91 －93.

［3］楊有利，唐麗文，田中青.優(yōu)化實驗分組法改善教學(xué)效果［J］.重慶與世界:學(xué)術(shù)版，2013(2).

［4］張紅光，李福才.操作系統(tǒng)原理與設(shè)計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009:127－131.

［5］張麗芬，劉昕.操作系統(tǒng)實驗教程及Linux和Windows系統(tǒng)調(diào)用編程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010:177－198.