百色學(xué)院操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究與實踐

1、 百色學(xué)院操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究與實踐 1引言計算機操作系統(tǒng)課是計算機及其相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是計算機及其相關(guān)專業(yè)的主干課程之一。幾乎所有高校的計算機專業(yè)都開設(shè)有操作系統(tǒng)課，并且自2009年開始，全國碩士研究生統(tǒng)一入學(xué)考試中，操作系統(tǒng)課程被列為計算機學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合的必考科目之一，因此教師教好操作系統(tǒng)這門課及學(xué)生學(xué)好這門課的重要性是不言而喻的。百色學(xué)院于2006年經(jīng)國家教育部批準由廣西右江民族師范高等?？茖W(xué)校升格成本科院校。在?？齐A段我院計算機專業(yè)也開設(shè)有操作系統(tǒng)課程，但由于課時及知識結(jié)構(gòu)等原因的限制，我們在開設(shè)該課程時，只有理論課時，沒有實踐課時，缺乏理論與實際應(yīng)用的融通，學(xué)

2、生普遍反映該課程比較抽象，不容易掌握。因此在本科階段，我們在開設(shè)操作系統(tǒng)這門課程時，如何在課程設(shè)置、教學(xué)方法及手段等方面進行改革，以達到更好的教學(xué)效果，已是迫在眉睫的事情，通過改革使學(xué)生更好的掌握這門課的知識，為考研復(fù)習(xí)或后繼課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。為此百色學(xué)院數(shù)學(xué)與計算機信息工程系針對操作系統(tǒng)這門課，由幾位專業(yè)教師組成了一個課程組，負責(zé)我院操作系統(tǒng)課程改革的研究和實現(xiàn)。2操作系統(tǒng)理論課程改革的方法及手段2.1 選擇高質(zhì)量的優(yōu)秀教材教材是知識積累和傳播的載體，教材的選定非常重要，因為選定一本好的教材對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性的調(diào)動非常重要。一本優(yōu)秀的教材不僅能涵蓋到知識的主要方面，還更應(yīng)該做到

3、新知識和老知識的兼顧。因為計算機硬件的更新?lián)Q代很快，與之相應(yīng)的操作系統(tǒng)的也會隨之更新。目前有關(guān)操作系統(tǒng)課程的教材很多，但大多數(shù)的教材盡管其新版本不斷的推出，但里面的內(nèi)容還是舊的知識，并沒有體現(xiàn)新的操作系統(tǒng)的特點。比如現(xiàn)在大多數(shù)用戶已在使用多核的計算機，但很多教材對處理機的調(diào)度算法的闡述仍是基于單核的，很少提到多處理機的調(diào)度算法，這樣的教材由于知識陳舊，學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候雖然能學(xué)到一些經(jīng)典算法和原理，但很難學(xué)到新的知識。因此我們在選擇教材的時候應(yīng)該選用那些具有特色，條理清晰，而又貼近實際運用的主流操作系統(tǒng)進行教學(xué)和實踐。經(jīng)過幾年實踐，我們的課程組選擇西安電子科技大學(xué)出版社湯子嬴等人主編的計算機操作

4、系統(tǒng)作為課程的主教材，清華大學(xué)出版社張堯?qū)W等人主編的計算機操作系統(tǒng)教程、高等教育出版社鄭扣跟翻譯的操作系統(tǒng)概念作為主要的參考教材。這些教材普遍能體現(xiàn)在操作系統(tǒng)領(lǐng)域的多年來的教學(xué)經(jīng)驗和研究成果，同時具有一些經(jīng)典的實驗及算法，不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還能增進學(xué)生動手實踐的創(chuàng)新熱情。2.2 采用多元化的教學(xué)方法和手段操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分，是計算機硬件功能的首次擴充，鑒于操作系統(tǒng)本身的特性及其在計算機系統(tǒng)中的地位，在計算機專業(yè)軟、硬件課程的設(shè)置中操作系統(tǒng)課程有著承上啟下的作用。因此其課程特點表現(xiàn)為內(nèi)容龐雜、涉及面廣、知識點難度跨度大。為此我們在操作系統(tǒng)課程改革的研究中，應(yīng)

5、該注重改進教學(xué)方法、實驗方式、教學(xué)輔導(dǎo)方式，實現(xiàn)課程教學(xué)多媒體化、課程輔導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)方式，保障對該課程教學(xué)的需求，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。（1）多媒體教學(xué)法。傳統(tǒng)的教學(xué)模式為“粉筆+黑板”的形式，我們課程組的老師在多年的教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)“粉筆+黑板”的教學(xué)模式雖然也能將教學(xué)順利進行，但是該課程在授課的過程當(dāng)中有很多知識點的講授如進程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、分頁地址的變換等需要一些輔助的圖示才能講解清楚，而這些圖在黑板上用手畫出來將占用比較多的課堂時間，為此，我們將操作系統(tǒng)這門課的授課模式從“粉筆+黑板”轉(zhuǎn)換為“計算機+大屏幕”多媒體授課模式。電子教案也力求從靜態(tài)為主的幻燈片方式變?yōu)閯討B(tài)

6、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抽象的原理和算法的實現(xiàn)過程，既能提高課堂效率，又能吸引學(xué)生的注意力。（2）類比教學(xué)法。操作系統(tǒng)這門課的特點是內(nèi)容龐雜而且抽象，如果我們只按教材的內(nèi)容去授課，將不易于學(xué)生理解和接受，為此在課堂講授中，可以將實際應(yīng)用和生活中人們熟悉的事物與枯燥、抽象的操作系統(tǒng)概念、基礎(chǔ)理論進行類比，有助于學(xué)生直觀、形象地理解操作系統(tǒng)的理論知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如在進程概念這一章中，有一個知識點是關(guān)于程序和進程的區(qū)別的，若直接按教材歸納出來的幾點講，學(xué)生可能不容易理解，而且也不容易記住，但如果我們做個比喻，將程序比作菜單，將廚師照著菜單炒菜比作進程，就非常的形

7、象，效果就會好很多。此外，在操作系統(tǒng)課程中，還有很多可以這樣應(yīng)用類比的地方，如將進程死鎖和交通阻塞聯(lián)系起來，將進程調(diào)度和銀行排隊服務(wù)聯(lián)系起來，將信號量與交通燈聯(lián)系起來等等。（3）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)法。提高教學(xué)質(zhì)量不僅要充分利用上課時間，而且也要發(fā)揮現(xiàn)有課外資源讓課堂效果持續(xù)增長。這方面我們主要利用學(xué)校提供的網(wǎng)上教學(xué)平臺，我們的課程組在2008年申請了院級項目“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)課件建設(shè)”，并組建了我院操作系統(tǒng)課程的網(wǎng)絡(luò)平臺，包括電子課件、在線測試、學(xué)習(xí)論壇、資料下載等幾個模塊。我們課程組的老師將一些精心準備的參考資料上傳到該平臺上，以方便學(xué)生下載來學(xué)習(xí)。教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺讓學(xué)生能更大程度地獲得需要的信息和知識，

8、了解整個課程教學(xué)過程，并參與到教學(xué)中來，形成師生共建、共促質(zhì)量的模式。（4）案例教學(xué)法。在操作系統(tǒng)教學(xué)中，要涉及大量的算法實例，如：各種調(diào)度算法的實現(xiàn)、請求頁式管理的置換算法、地址變換等，這些實例執(zhí)行情況如果用動畫方式進行演示，將收到很好的教學(xué)效果，為此，我們可以構(gòu)建一個案例庫，方便在教學(xué)中使用。有些案例我們甚至可以布置給學(xué)生去設(shè)計和完成，讓他們在對案例的設(shè)計過程中，加深對理論部分的理解。例如：在我們的“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)課件建設(shè)”項目中有很多算法動畫的實現(xiàn)是分配給不同的學(xué)生做的，既培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，又使他們加深了對本門課程理論的理解。3操作系統(tǒng)實踐教學(xué)的設(shè)計操作系統(tǒng)處于整個計算機系統(tǒng)軟件的最

9、低層，抽象而不易理解，如果僅僅在課堂教學(xué)中講解操作系統(tǒng)的原理，往往不易理解，甚至使學(xué)生感到枯燥乏味。在幾年的教學(xué)實踐中我們深刻地體會到，只有教學(xué)和實踐相結(jié)合，理論和實踐并重才能取得良好的教學(xué)效果，為此，我們開設(shè)了相應(yīng)的實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。實踐環(huán)節(jié)有以下幾方面的內(nèi)容：（1）進程調(diào)度算法實現(xiàn)，要求：設(shè)計進程控制塊；完成進程隊列的創(chuàng)建，并模擬進程調(diào)度算法，包括：先來先服務(wù)調(diào)度算法、優(yōu)先級調(diào)度算法和輪轉(zhuǎn)算法。（2）以分區(qū)策略為主的內(nèi)存分配算法實現(xiàn)，要求：建立模擬的內(nèi)存分區(qū)、分區(qū)表和空閑隊列等；實現(xiàn)最先適應(yīng)算法、最佳適應(yīng)算法和最壞適應(yīng)算法。（3）存儲器命中率計算問題，要求：設(shè)計描述頁面的數(shù)

10、據(jù)結(jié)構(gòu)和管理內(nèi)存頁面的鏈表，實現(xiàn)fifo和lru算法并研究它們的命中率。（4）spooling系統(tǒng)的模擬，要求：設(shè)計pcb和pcb隊列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，模擬現(xiàn)實spooling算法，使用初始數(shù)據(jù)進行模擬，并分析模擬結(jié)果。（5）文件系統(tǒng)中操作命令的實現(xiàn)，要求：設(shè)計兩級目錄結(jié)構(gòu)及設(shè)計文件的保護措施，實現(xiàn)文件操作命令：create、del、open、close、read和write等，運行初始數(shù)據(jù)，并分析運行結(jié)果。實驗參考書可選清華大學(xué)出版社徐虹的操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo)基于linux內(nèi)核、清華大學(xué)出版社張麗芬的操作系統(tǒng)實驗教程、機械工業(yè)出版社陳向群的windows內(nèi)核實驗教程、高等教育出版社孟靜的操作系統(tǒng)教程題解與實驗指導(dǎo)、清華大學(xué)出版社任愛華的操作系統(tǒng)實驗指導(dǎo)等。由于可選的參考書很多，可以不統(tǒng)一訂購，教師只需提供參考書目，讓學(xué)生根據(jù)實驗情況靈活選擇。上機實驗時以分組的方式組織課程設(shè)計，即按照一定的方式進行分組，每組負責(zé)一個課程設(shè)計任務(wù)，并且每組選一個人作為組長負責(zé)實驗內(nèi)容的總體設(shè)計和組內(nèi)任務(wù)分工，這樣使得組內(nèi)成員之間既是一種相互獨立的關(guān)系，又是一種相互協(xié)作的關(guān)系。通過實驗課程不僅可以使學(xué)生深入理解和掌握操作系統(tǒng)的知識和運用這些知識的能力，還可以深化學(xué)生對主流操作系統(tǒng)的理解、培養(yǎng)學(xué)生良好的理論與實際相結(jié)合的意識、提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。4結(jié)束語操作