操作系统教学改革探析

摘 要： 计算机操作系统课程是计算机专业的核心课程,针对该课程理论性强,过程抽象,不易理解,教学效果不理想等问题,探讨了如何通过有效的教学手段来提高教学质量.从更新教学观念、改革教学内容、丰富教学方法和强化教学成效考评等方面,提出了该课程教学改革的基本思路和方法.

关 键 词 ： 操作系统； 教学手段； 教学观念； 教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）01-57-02

Discussion on reform of operating system education

Wang Hongfeng

（Computer Department of Dezhou University, Dezhou, Shandong 253023, China）

Abstract： The curriculum of puter operating system is a core course of puter science. This curriculum has many characteristics, such as considerable theoretical concepts, abstract process, and unsatiactory teaching quality. How to enhance teaching quality by an efficient teaching method is discussed. The basic idea and method of course reform are proposed, from the aspects of teaching idea, teaching content, teaching method and teaching effect evaluation.

Key words： operating system； teaching method； teaching concept； teaching reform

0 引言

操作系统是现代计算机系统中必不可少的系统软件,计算机系统越复杂,操作系统的作用和地位就越重要[1].操作系统是计算机科学与技术专业学生必须学习的专业课程,该课程为计算机应用人员深入了解和使用计算机提供了必备知识,为设计人员提供进行系统软件开发的基础理论知识,因此它是计算机专业的一门理论性较强的主干课程,同时它又是一门实践性很强的课程[2].操作系统是计算机专业学生全面理解和掌握系统软件、应用软件设计方法和技术、了解计算机硬件和软件之间关系必不可少的综合课程.

1.操作系统现状分析

操作系统课程是一门重要的计算机专业基础课,长期以来,该课程的内容较为固定,授课方法较为单一.操作系统难学难教,有其课程自身的特点,归纳为以下几个方面[3,4].

⑴ 教学内容比较陈旧

长期以来,操作系统课程的内容较为固定,授课方法较为单一,课程设置偏向理论,教材上的知识更新很缓慢,与前沿技术结合不紧密,与现实也脱节.

⑵ 应用性不强

操作系统首先谈的是管理方法,其次是实现方法,即算法；这一点不同于程序语言类课程或者数据结构等课程,可以直接当工具来使用,操作系统的应用不如其他课程来的直接；大多数应用型本科生学习目的是掌握实现方法,而对于其管理方法的分析与设计,一是还没有形成足够的认识,二是还没有到达综合系统分析和管理的层次.所以大多数学生的体会是学了难用上,故而兴趣不大.

⑶ 实践难度大

操作系统作为最底层的软件,内核的编译和调试很困难,稍有不慎就可能使系统崩溃了,需要重装操作系统,费时费力；尽管目前多采用虚拟机做实验的方式,但涉及环境变化,部分实验与在真实平台下有差别,实验效果打了折扣.

⑷ 课程比较独立,延续性学习不够

学生目前训练较多的是基于某平台上的二次开发,涉及到系统的底层开发很少,这样导致操作系统的后续学习训练不够,与其他课程联系不够,显得比较独立.实际上,操作系统作为软硬件课程的纽带,应该对其他课程起到积极的引导促进作用.

基于上述分析,对操作系统教学改革提出了更高的希望和要求.本文对操作系统教学的现状及存在的问题进行了归纳总结,并提出了对操作系统课程教学改革的几点建议,供大家参考.

2.操作系统课程教学改革的对策

2.1 更新教学观念

学生有无进步或发展是教学有没有效益的惟一指标.传统教学方式重演绎、推理、按部就班,教师在整个教学过程中起主导作用.这样的教学会使学生的独立思考能力和创造能力被严重束缚.现今教学中的“应试教育”倾向其实也源于传统教学模式,即：教师讲,学生听；教师写,学生看；教师要求学生做；口头强调“启发式”教育,实际施行的却是“满堂灌”,教学中“费时低效”的现象还不同程度地存在,教学效益低下.教学不应该只是一个教与学的过程,还应该是一个师生互动的过程.在实际教学过程中,要以学生为中心,多采用启发式、讨论式、研究式教学,增加学生实践机会、自学机会和创新机会,充分发挥其个性和特长,以利于他们素质和能力的综合提高.

2.2 改革教学内容

目前,社会对嵌入式软硬件开发人才的需求很迫切,需求量也很大.作为应用型本科院校,有责任培养社会急需的工程类专业人才,学生也非常迫切地希望能够系统地学习嵌入式技术,得到规范的指导和训练,以获得更多的就业机会.因此,在确定操作系统原理授课内容时,我们跟踪操作系统原理和相关技术的教材,同时注重嵌入式知识的讲授,嵌入式技术是软硬件技术的高度耦合,涉及到的前期课程有：数字电路、电路分析、微机原理与接口、C语言程序设计、操作系统原理等.笔者提出在前导课程中有意识地加入嵌入式技术的知识和实践训练,做好铺垫,不仅有利于嵌入式人才的培养,构建新学科体系,还能提升专业基础课的教学质量,使老课程保持技术进步,达到学以致用的教学目的. 结合我院“创新性应用型特色名校”的发展目标,我们设计操作系统课内实验项目覆盖了进程控制、进程通信、线程（或者进程）同步和调度,存储器管理、系统调用,文件系统等方面.我系自主开发了基于μCOS操作系统原理实验教学平台.该系统由主机和目标机构成,目标机运行μCOS-II系统,主机上运行QT应用软件,μCOS-II通过串口将数据传递给QT动画程序,QT动画程序将实时显示目标机的运行状态,并附有文字说明来帮助学生理解操作系统运行过程.

此外,积极引导学生参加科技竞赛活动,鼓励他们参加“博创杯”嵌入式设计大赛和齐鲁软件大赛等竞赛项目.通过科技创新活动,达到培养学生学习的兴趣和解决问题的能力.

2.3 丰富教学方法

围绕操作系统课程的教学目的,我们利用了多种教学方法,提高学生的学习能力.

采取课内教学与课外辅导相结合的形式.课内学习主要教师为中心,讲授操作系统的设计原理,实现的技术,以及在具体的操作系统中是如何实现的,主要采用启发式教学；课外辅导,以学生为中心,通过我院建立的课程网站,在开放性实验室进行自主学习和网络讨论,教师通过课程网站与学生交流学习心得.

课内实验与课外实验相结合.我们把操作系统的实验设计分成两部分,课内实验与课外实验.课内实验选择自编的《计算机操作系统实验指导书》中的几个项目,要求这些实验项在windows环境下,由教师指导,每个学生独立完成.通过此训练,使学生初步能用所学的软件设计技术和程序设计语言知识,解决操作系统设计原理中的一些关键问题,如：进程控制、进程通信、线程（或者进程）同步和调度,存储器管理等,既巩固了所学的操作系统设计原理知识、检查学习效果的作用,通过利用实验过程中解决所遇到的问题,也加深对操作系统原理知识的理解.我们把μCOS内核剖析作为学生课外实验[5,6].我们的具体的做法是：把学生分成若干组,每组布置一个实验题目,同学能过自学习完成,形成实验报告.然后把各组同学组织在一起讲解自己的实验项目.这样培养了学生的动手能力和创造能力,扩大了学生的知识视野.

2.4 加强教学成效考评

教学考评是衡量教学效果的重要措施,是促进教学的一种有效手段.这里仅讨论对学生学习成效考评,其考评目标是衡量学生掌握知识的情况,评价学生分析问题和解决问题的能力.因此,考核的项目、内容、方式与标准应据此而定,做到合理、公平地评估学生的学习成绩,并建立相应试题库.根据操作系统课程内容庞杂、涉及面广、理论性、实践性强、技术发展快的特点,我们确定采用了动态的过程考评和静态的课程结业考评相结合的方式.动态的过程考评包括平时的课内作业、课外学习完成的大作业、课内实验、课外实验；静态的课程结业考评包括课程结业的理论笔试和实验测试两项,其中课外布置的大作业和课外实验采用报告、答辩、演示的方式.

3.结束语

操作系统课程的教学工作是一个复杂的系统工程,为适应信息社会加速发展的需要,必须对传统式的、灌输式的教学方式进行改革.针对目前操作系统原理的教学现状以及整个计算机科学的教育改革形势,本文提出了应更新教学观念,以学生为中心,多采用启发式、讨论式、研究式教学；在加强基础知识、基本方法、基本技能的基础上,优化和更新教学内容；丰富教学方法,坚持课内实验与课外实验相结合；通过动态的过程考评和静态的课程结业考评相结合等方式强化教学成效考评.为适应信息社会快速发展的需要,今后还应加大操作系统课程的改革力度和步伐,尽其所能,把学生培养成二十一世纪的合格人才.