操作系统教学改革探析

王梅

摘要：操作系统是计算机相关专业的必修课程，在计算机教学体系中占有重要地位。本文针对以往操作系统教学中存在的问题，提出了操作系统教学内容和方法的改革，对操作系统实验的设置和教学过程中多种教学方法的运用进行了探讨。

关键词：操作系统；教学；改革；实验；方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）41-0245-02

操作系统是计算机相关专业的必修课程，在计算机教学体系中占有重要地位，该课程在计算机各类专业考试中占有很大比重，尤其是09年被列为计算机科学与技术专业考研的统考科目。在计算机的课程体系中，操作系统起到承上启下的作用，是硬件的进一步扩展，也是学好软件课程的基础。对于计算机专业的学生，能否学好操作系统课程，掌握操作系统的概念和原理、设计方法以及实现技术，对于今后的发展至关重要。但是一直以来操作系统的教学中存在很多问题，笔者经过多年教学实践的探索，结合操作系统的教学现状和本学院的学生状况，就操作系统教学内容的改革和教学过程中多种教学方法运用的进行了探讨。

一、操作系统目前教学现状

1.教学内容抽象、枯燥，学生学习兴趣不高。作为计算机专业的必修课程，操作系统是一门知识点多、概念性强、较为抽象的课程，多数学生在学习过程中感觉知识点零散杂乱，而像进程等一些重要概念和内部实现算法看不见摸不着，使得教学过程更加枯燥无味，导致学生学习兴趣降低，学习效果差，单纯为了应付考试而学习，最终只了解了“操作系统”的皮毛，没能理解其真正的内涵。传统的操作系统教学忽视了理论和实践的结合，进一步加重了这种现象，使得操作系统变成了一门学生不愿学，老师不愿教的一门课程。

2.课程的内容陈旧，远落后于该领域最新的研究成果。当代操作系统的发展速度日新月异，每隔一段时间就会有一种新的系统问世。大多课程教材只能反应操作系统的经典内容，无法体现当代操作系统的状况和发展态势。

3.课程实践环节与理论学习严重脱节。由于课程内学时的限制，传统的实验环节往往是对主流操作系统的初步接触与使用，而对操作系统内核本身没有任何触及，这样学生在课堂中所学的操作系统原理以及概念流于形式，对以后从事这方面研究或系统开发工作的帮助十分有限。

二、教学改革

1.教学内容改革。基于以往操作系统课程教学中内容陈旧，实践性不强的问题，笔者对该课程的教学内容进行全面改革，在以往只有操作系统基本原理教学的基础上，增加了Linux系统的使用和编程内容。通过过Linux系统的使用和编程进一步加深对操作系统课程中介绍的一些思想和方法认识，提高学生的学习兴趣。在实验内容的设置上，考虑到学生的层次和实验课时的不同，把实验分为不同的层次。因此，增加的实验内容可分成以下几类：①操作验证型实验是最基本层次的实验，其目的是让学生通过简单的验证来熟悉所使用的系统，如系统的安装、命令的使用等。②技术应用型实验是让学生理解各种算法、结构框架、功能实现等内容，使抽象与设计结合，与实际的操作系统相联系。③综合型实验是高层次的实验，是对学生综合能力的训练。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。对于实验课时少的专业，只要完成1类实验就可以，课时多的专业，完成1类实验和2类实验，对于水平较高的学生可以指导完成3类实验，不同层次的实验为学生提供了一个由浅入深的实践过程，通过Linux系统的使用和编程进一步加深对操作系统课程中介绍的一些思想和方法的认识。

2.教学方法改革。在教学中增加了Linux系统相关内容后，为了让基本理论和实践内容相辅相成，笔者对该课程的教学方法进行了进一步探索：①采用任务式教学法，培养学生的动手能力。任务式教学方法，是指教师把教学内容设计成一个或多个具体的任务，让学生通过完成这些任务，掌握教学内容，达到教学目标。它是一种以学生主动学习，教师加以引导的教学方法。它打破了传统教学方法中的教师一味的灌输的状况，以完成一个任务来驱动学生学习，通过探索问题来驱动和维持学生的学习兴趣和动机，使学生成为学习的主体，有助于培养学生的创新能力和独立分析问题、解决问题的能力。例如：每次上实验课前，可提出几个需要解决的问题，让学生独立思考，并上机实验自己解决，当学生有问题时，引导学生查阅书籍或上网解决，在下次上课时，让学生讨论不同解决方案的解决效果，从而提高学生学习的积极性和主动性。②理论和实践将结合。目前多数操作系统课程授课时只是简单地对概念、原理和算法进行讲解，教学课件也只是书中内容的罗列，教学手段比较单一，教学内容的枯燥与教学方法的滞后，使得学生学习兴趣无法提高。为了帮助学生尽快地理解并掌握操作系统课程中的重要算法，使课堂变得生动活泼，可以让学生编写相关的进程同步和通信程序、对内存的管理程序，设备的驱动程序等，通过编程使学生既加深了对操作系统的管理方法的掌握程度，又增强了编程能力，可谓一举两得。也可以让编程能力强的学生把这些做成可视化界面的效果，让他们在课堂上讲解并演示，从而让课堂变得更加生动有趣，进一步提高学生参与课堂的积极性。③实例教学法。操作系统的知识点比较多，内容抽象，在讲解的过程中应将抽象的问题实例化，即有针对性地选取课程中的重点难点，以例题的形式进行分分析，通过这种形象化具体化的方法，帮助学生理解课堂内容，加深印象，同时掌握课程的解题的思路，从而为各种考试奠定良好的基础。④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，讲进程调度算法时，把它和超市排队结账联系起来，每一个正在结帐的用户就相当于占有了CPU，购买物品多的顾客需要CPU的时间长，少的顾客需要CPU的时间短，这样先来先服务、短作业优先等各种算法的优点缺点就显而易见了。讲到操作系统对于I/O设备的控制方式，把它和班主任对班级的管理联系起来，班主任相当于CPU，要想让班主任的管理效率高，不能什么事情都亲力亲为，应当把权力下放到每一个同学，但又不能不管，因此每个同学在处理事情到一定阶段的时候，都要向班主任报告，不管班主任手头处理着什么事情，有同学向他报告时，都要来处理，这就是中断。如果想让处理的效率更高，可以把做事情的流程写下来，让学生按照流程去做，全部做完后，再向他汇报，这就是通道。通过这样一些类比的引入，丰富了课堂，也让学生感觉教学不再枯燥。⑤启发式教学。教学过程中，可以引导学生按照提出问题-分析问题-解决问题的思路，逐步开拓思维，找到问题的解决方法，并和书中的方法比较，看看在操作系统中是不是这样解决的，从而达到深入浅出的效果。例如讲解锁机制时，可以让学生结合类比教学法思考，比如有一间屋子，屋内只准一个人进入，怎样达到这样的保证呢？很显然，进入屋子的人只要把门锁上，其他想进入的人再推门就推不开了，屋内的人使用完毕后，把锁打开，其他的人就可以进入了。找到生活中解决的问题的方法后再看锁机制，就非常简单了。接着考虑锁机制的问题，在锁机制中，进程使用循环反复测试能不能使用临界资源，在此过程中始终占用CPU，处于忙等的状态，就像上述例子中进入不到屋子的人反复推门是不是打开了一样，很显然，生活中这样做法很傻，那么怎么解决呢？可以让他在旁边等着，那这时又怎样知道里面的人出来没出来呢，这时学生可以想到让里面的人出来告诉门口等着的人一声。说到这，我们生活中的问题解决了，那么操作系统中怎样解决的呢，这就是进程间的通信，通信就是靠锁机制基础上建立起来的信号量机制来完成的。同时，当进入不到屋子的人在旁边等着的时候，又出现了一种新的现象，可能在他等待的过程中，又有一个人想进入屋内，可是推门后发现门锁着，他也不能进入，那么他怎么办呢，也在旁边等着，怎样组织这些所有等待使用这间屋子的人呢，可以让他们按照时间来排队，这样屋内的人出来之后只要通知队首的人就行了。讲到这里，信号量机制的结构，实现方法就都出来了。在此过程中，学生通过分析问题找到解决方法的过程，理解了信号量机制的实现原理。操作系统教学过程中多种方法的综合运用，能够有效地丰富课堂，使课堂变得生动有趣，使学生在实践中掌握了操作系统的理论和方法，提高教学效率。

操作系统课程是计算机专业的核心课程，课程的教学改革的目的不仅在于让学生认识到本课程与其他专业课程的紧密联系，激发他们的学习兴趣，最重要的是将专业基础课程的知识与实践相互结合，激发学生的学习热情，有效地提高专业技能，为学生今后的职业规划与长远发展奠定基础。

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