操作系统课程教学方法的探索.pdf

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1、第2 6 卷第1 期2 0 1 0 年3 月金陵科技学院学报J O I i N A I，O F：忆小GI N S l】肌丌EO FT E C H N O L O G YV 0 1 2 6，N o 1M a r，2 0 1 0操作系统课程教学方法的探索李莉(金陵科技学院信息技术学院，江苏南京2 1 1 1 6 9)摘要：围绕操作系统课程特点，针对目前该课程教学所面临的问题在多年教学实践的基础上，对如何改进教学方法提高教学质量进行了理论阐述和要点归纳。关键词：操作系统；教学方法；类比；互动中图分类号：G 6 4 2 o文献标识码：A文章编号：1 6 7 2 7 5 5 X(2 0 1 0)0 1

2、0 0 2 7 0 4T e a c h i n gM e t h o d so ft h eO p e r a t i n gS y s t e mC o u r s e sL IL i(J i n l i n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y，N a n j i n g2 1 1 1 6 9，C h i n a)A b s t r a c t：B a s e do nt h ef e a t u r e so ft h eo p e r a t i n gs y s t e mc o u r s e sa n dt e a c h i n g

3、p r a c t i c ef o rm a n yy e a r s，t h ep a p e re l a b o r a t e so nt h ep r o b l e m si nc u r r e n tt e a c h i n ga n dh o wt oi m p r o v et e a c h i n gm e t h o d sS Oa st oe n h a n c et e a c h i n gq u a l i t y K e yw o r d s：t h eo p e r a t i n gs y s t e m；t e a c h i n gm e t h

4、 o d s；a n a l o g y；i n t e r a c t i v e教学方法是限制教学效果的决定因素。本文从操作系统的教学现状出发，结合应用型本科人才培养目标，根据学生的实际和本人的教学实践，介绍了针对课程特点自己对教学方法所做的一些改进和探索，旨在激发学生学习兴趣，改善教学效果。1 操作系统课程特点操作系统是计算机专业的一门重要的核心课程，从2 0 0 9 年起已被教育部列为该专业研究生入学考试的四门必考科目之一。近年来，随着嵌入式技术的兴起，操作系统已经成为进行嵌入式开发必备的理论和技术基础。操作系统作为掌控计算机运行的核心系统软件，它既看不到又摸不到，处在不断地发展变化中

5、，其理论和技术十分复杂。虽然目前国内操作系统的本科教学仍然以讲述设计原理和实现方法为主，不涉及具体的实现细节，但因为该课程具有专业知识集成度高，难度跨度大，内容繁杂，理论性强，概念抽象，实践困难等特点，历来被看作计算机类专业最难的课程之一。2操作系统教学所面临的问题计算机技术的飞速发展和操作系统在计算机系统中的特殊地位，使得这门课程的讲授难度较大，学生不易理解和掌握，再加上受高等教育的大众化及社会对人才需求的影响，操作系统课程传统的教学模式中已存的一些问题，在应用型本科院校的教学活动中则更加突显，“教师难教，学生难学”的问题普遍存在，主要体现在以下几个方面：教学组织不够灵活，讲解方法较单一，形

6、成“灌输式”教学模式，学生缺乏兴趣；内收稿日期：2 0 1 0 0 2 1 9；修回日期：2 0 1 0 0 3 2 6作者简介：李莉(1 9 7 5 一)，女，河北枣强人，讲师，研究方向：操作系统，嵌入式软件技术。万方数据金陵科技学院学报第2 6 卷容抽象，知识点多，理论性强，缺乏与实际联系；实践环节薄弱，可操作性差，动手能力培养困难；教材内容较陈旧，缺乏与前沿技术的结合；教学目的和社会实际需求不相适应等。在这种情况下，改进教学方法，提高教学质量，使学生能很好地理解并掌握操作系统的相关内容，以适应社会对计算机专业人才需求的变化，对任课教师来说是一项具有挑战性的任务。3 教学方法的探索与实践3

7、 1 结合实例，深入浅出，多法并用，特色鲜明课堂教学最重要的一点是启发和引导。操作系统原理对只使用过W i n d o w s 操作系统的学生而言既陌生又抽象，教师首先要做的是缩小课程与学生的距离，可以从讲解隐含在操作系统中的哲学原理人手，把操作系统看作管家，看做是人的行为，运用多种方法来讲述它是通过何种策略，以何种方式来进行管理的 2 。操作系统的概念可以找到生活中很多事物来类比，如进程同步与生活中的约会类似；死锁问题与路口堵车问题类似；缓冲区与超市类似；系统架构与建筑结构类似等等。在与实例的对比分析中，学生体会到其管理方法就源自于人的思维，有效降低了学习难度，抽象的理论也因此变得亲切易懂。

8、为突出学生的主体地位，针对操作系统中一些关键问题(如死锁、内存碎片、内存的扩充等)，抓住学生的好奇心和求知欲，教师先不急于讲解，而是因势利导，利用“悬疑法”，引导学生去思考和探究；或者试着提出几种解决的办法，然后请学生去论证可行性并评价优劣，由“满堂灌”代之以师生对问题的共同的探索和求解，在教与学环环相扣的互动中，点播并启发学生的思路，极大地活跃了课堂氛围，锻炼了学生的思维能力。高度提炼操作系统的学习策略和研究方法，形成特色鲜明的观点和理念，如操作系统以系统和用户“双赢”为目标，学习操作系统原理需要跟随历史发展的角度去发现问题、分析问题，寻找策略，解决矛盾，还经常需要变换视角如微观和宏观或转换

9、角色来考虑问题，告诉学生操作系统有多种研究的观点但要以资源的管理为主线，而资源的管理就带来了资源的抽象、资源的特质、资源的扩充等问题，这样的归纳总结不但能吸引学生注意，还能让学生感觉听课很有收获，很受启发，愿意听老师讲解，事半而功倍。3 2 引导点拨，加强互动，及时复习，提高效率操作系统课程各章内容的组织独立性强，关系相对较松散。每学完一章内容，就应让学生及时复习，以免出现学完了也忘的差不多了，以死记硬背应付考试的现象。笔者先让学生按照给定的框架自己动手，整理知识，然后安排十分钟课堂提问时间，让学生围绕相关的内容提出问题、疑惑以及教学建议等，教师则以点盖面从问题的由来、意义、理论依据和应用背景

10、等方面加以答疑和补充，引导学生领悟问题的本质和内涵，为学生提供一个基于课堂的复习答疑和反馈的环节。最后教师对全章内容进行总结归纳，把书“由厚读薄”，学生消除了疑问，把握了重点，“温故而知新”。如复习处理机管理一章时，对难度较大的进程同步问题，学生反映上课能听懂，可做起题来要么无从下手，要么照猫画虎错误百出，笔者就从学生的问题和困难人手，教给学生理清多种逻辑层次关系的方法，培养学生从问题情景中提炼制约关系的能力，在归纳出问题的模型和解题思路的基础上，再列举多个同类而不同的题目，让学生彻底弄明白信号量机制的关键所在。这样互动式的复习不但调动了学生的主动性，及时巩固了教学成果，而且有利于教师能尽早发

11、现问题并及时改进自己的教学方法，深受学生欢迎。做题是复习备考的必要环节，学生往往为了应试而去做题，以会做、做对为目的，教师则不应局限于教会学生求解的方法，还要发挥好“指路人”的作用，引领学生进行进一步的思考和探索，以培养学生良好的思维习惯，提高对问题的洞察能力。如缺页中断率的计算是操作系统中一类经典问题，出题者的意图绝不只是让学生去计算出一个数据，而在于在给定的问题情景中再现相关的策略和算法。笔者在确认学生的解答之后，就导引学生做进一步思考，让学生体会：虚拟内存技术下运行程序只需少量的页面装入内存即可；物理内存很紧张，系统是很仔细地进行分配的；而高达8 0 以上的缺页率必定需要高效的异常处理程

12、序的支持；分配同样的页面数，程序设计的不同缺页率就会不同等等，一方面用实例和数据诠释并验证了理论，另一方面培养了学生的探究精神，真正达到了做题的目的。3 3 揭示实质，提炼思想，授人以渔，提升素养基于对计算机学科理解的深度，在课程的初始阶段笔者就统领全书，指导学生建立起良好的思维和学万方数据第1 期李莉：操作系统课程教学方法的探索2 9习方式，把课程特点，学习方法，研究的观点，以及同其他课程之间的交叉衔接关系介绍给学生，使学生对操作系统研究范围及发展方向了然于胸，以便为后续内容的学习打下一个良好的开端。由于目前的很多教材侧重于从理论上阐述操作系统对各类软硬件资源的管理，内容的组织上分割了内核的

13、各个部分，从而掩盖了内在的必然联系，不利于揭示操作系统在为用户完成任务时各个模块之间的工作流程和组织方式，如进程的并发与同步问题是在进程管理中介绍的，但后续的存储管理、设备管理及文件管理等各个部分也都涉及到进程的并发和同步等问题，书中就没有提到了，因此在课程快结束时，要提醒学生站在系统的高度，以进程的观点来把握操作系统是如何控制资源、组织工作流程的，又提供了哪些接口以方便用户使用的，从而给学生一个完整的操作系统的印象，帮助学生把所学知识融会贯通，而不致于学完了以后，仍然是一个个独立成章的知识模块。计算机技术的发展日新月异使得操作系统成为整个计算机科学中最活跃、发展最迅速的分支之一，学习并掌握课

14、程的内容只是一个基础，而面向应用型本科教学的目标在于培养学生综合运用知识解决实际问题的能力。“教的最终目的是为了不教”，操作系统中包含的很多重要的设计策略、处理机制和实现算法无疑是最本质最有价值的知识，是教学的精髓。笔者除了让学生掌握课程主体内容之外，还为学生提炼并揭示一些最本质的思想方法，如操作系统设计中问题的提出与定义、问题解决思路的选择、操作系统体系结构的规划、不同操作系统模块之间的关系和相互作用等，这对提高学生的系统分析设计能力，提升整体专业素养，大有裨益，也能为日后从事内核研究、内核开发打下一个良好的基础 3 。3。4 联系实际，引入实例，开扩视野，关注前沿理论教学有“纸上谈兵”之嫌

15、，因此要使学生能很好地理解并掌握操作系统的原理，必须联系实际，为学生揭示理论在实际的操作系统中到底是如何实现并服务于应用的，从而增加感性认识，消除“隔靴搔痒”的感觉，促进学生对理论的消化与吸收。操作系统的实例类型极为丰富，笔者选取了当代流行的操作系统，女f l W i n d o w s 2 0 0 0、L i n u x 等穿插在教学中，让学生在实践中结合现象深化对理论的理解和掌握，如I。i n u x 多用户的概念、文件的权限与访问控制、用户接口等问题，有效避免了随着课堂的深入学生越学越抽象，越学越没兴趣的问题发生。如在讲解利用S P O O l。i n g 技术实现设备的虚拟化时，让学生

16、上机查看W i n d o w s 2 0 0 0系统的S y s t e m 3 2 文件夹，其中包含有S P O O l。文件夹，其子文件夹P R I N T E R S 在打印机没有打印任务时为空，而把两篇文档提交给打印机打印后，就看到有两个文件了，这个例子可以让学生体会W i n d o w s 操作系统确实是在磁盘分区中设置了“输出并”，然后由守护进程对这类独占设备迸行共享使用的。此外，还通过对实际系统中典型模块的研究分析，如D O S 源码中外设的管理程序，讲解U N I X 最为成功的文件系统的实现技术，阅读L i n u x 中进程控制的核心算法等途径，完善了学生的知识结构，拓

17、展了学习的广度和深度。飞速发展的计算机软硬件技术推动着操作系统的发展和更新，而教材和教学计划变化很小，内容相对滞后，使理论与实际相脱节。“给学生一杯水，教师就要有一桶水”。注重知识的更新，从提高自身出发，业余不断学习钻研，深入掌握设计原理与实现技术，跟踪操作系统学科在当代的发展变化，关注前沿技术信息，及时修订教学大纲，优化课程内容，把新观点、新技术、新理论，如内核线程技术、微内核及其发展、多核处理技术、L i n u x 2 6 内核的调度算法等，不断充实到课堂，从而开扩了学生的视野，激发了学生的求知欲：引。3 5 结合方向，优化内容，贴近需求，加强应用目前多样化教学手段的实施使得课堂知识容量

18、相比传统的讲授+板书模式扩大了许多，课程教学网站的建立与使用，也大大提高了教学效率，教师就可以结合实际需求，针对不同专业方向，各有侧重地扩大教学的面，增强教学的广度，补充一些实用的内容，以完善学生的知识结构，突出应用型本科特色。如我校的计算机科学与技术专业有三个不同方向：针对软件工程方向，可以补充一些操作系统编程接口(A P I)方面的内容，或者选取操作系统中的经典技术，如解决进程同步的信号量机制，避免死锁的银行家算法等，指导学生进行编码实现，以此来锻炼学生软件设计与编程能力；对嵌入式系统方向补充介绍嵌入式操作系统，实时调度算法，1 i n u x 模块机制等知识，为后续的嵌入式应用开发课程打

19、下一个良好的基万方数据3 0金陵科技学院学报第2 6 卷础；对于网络方向则补充网络通信协议及其核心实现原理，使学生易于掌握网络通信编程的关键技术。有些内容，如L i n u x 进程与线程的实现，进程间通信，文件系统及其相关系统调用，以及基于中断机制的病毒工作原理的分析，对所有方向都是有益且重要的，因为这些内容不但验证并深化了操作系统中的原理与概念，为将来进行系统级编程做了一定的知识储备，更重要的是让学生知道学习操作系统对程序设计能力的提高有很大的帮助，从而提高了学生的学习热情，加强了运用所学知识解决实际问题的能力。3 6 循序渐进，加强实践，提高技能，学以致用实践是学生认知的重要环节，更是验

20、证理论，学有所用的必经途径。操作系统课程实践性强，但其实践教学的组织和开展历来较困难。以往的验证性实验，项目陈旧，涉及知识面单一，缺少综合性，学生实验兴趣不大，效果较差I s 。为培养学生的实践综合能力，以贴近社会的实际需求，笔者从提高自身水平做起，积极开展产学研合作，参与相关教学科研项目，参加学术交流，不断丰富和提高工程实践能力，在此基础上，对实践教学大纲做了一些调整和优化，精心设计并编写了一套基于L i n u x 操作系统的较为详细的实验指导书，根据实践内容循序渐进、由基础到综合地把实验分为五个层次，即：使用级、观察级、系统管理级、源码阅读级和系统实现级 6 。前三类难度不大分配的学时较

21、少，主要为学生的自主学习实践而设计，教师只是起到实验环节的答疑、管理和考核的作用。学生在实验指导书的帮助下，发挥自己的主观能动性，从使用L i n u x 操作系统入手，在对系统环境和工作过程有了切身感受的基础上，重点完成对L i n u x 系统的配置和管理。实践证明学生的实验兴趣明显提高，动手能力也得到了锻炼。后两类是具有一定复杂性的综合项目，笔者先让学生查阅相关资料，做好“学以致用”的准备，然后集中在机房进行详细讲解与指导，带领学生去分析、验证，以便实现重要的算法，有效避免了上机时的盲目性，改善了实践效果。课余操作系统的开放实验项目中，笔者还选取部分学有余力的学生实行差异化教学，以帮助有

22、兴趣的学生进行更深入地创新实践活动，如使用模拟平台N a c h o s 进行内核模块设计，编写简单的L i n u x 设备驱动等，为这些同学点拨思路，提供参考书目和资料，进行细节化指导，并把其前导、后续的课程进行有机融合，进而作为毕业设计的选题，把学习实践延伸至毕业设计阶段，真正提高了学生的自学能力、知识运用能力和实践创新能力。4结语教学是门科学，对操作系统这门课程，必需根据它的特点，放开思路，积极探索，学习研究适应其特点的教学思路，并不断改进教学方法，才能提高教学质量，达到预期的培养目标。参考文献：1 莫晓辉，张漪计算机操作系统课程改革与研究 J 金陵科技学院学报，2 0 0 7，2 3

23、(4)：1 1 2 2 3 邹恒明计算机的心智操作系统之哲学原理 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 9：9 一l o 3 3 史广顺，韩维桓，袁晓洁南开大学“操作系统”课程建设的思考 J 3 计算机教育，2 0 0 6(7)：2 1-2 4 4 郭玉华，王小林操作系统原理课程教学内容体系研究 J 安徽工业大学学报，2 0 0 8，2 5(6)：1 4 0 一1 4 1 5 周洪成C 语言程序设计教学实践建设浅淡 J 金陵科技学院学报，2 0 0 9，2 5(3)：4 0 6 3 陈晓红浅谈操作系统课程改革E J 安徽教育学院学报，2 0 0 5，2 3(3)：5 4万方数据操作系统课程教学

24、方法的探索操作系统课程教学方法的探索作者：李莉，LI Li作者单位：金陵科技学院信息技术学院,江苏南京,211169刊名：金陵科技学院学报英文刊名：JOURNAL OF JINLING INSTITUTE OF TECHNOLOGY年，卷(期)：2010,26(1)参考文献(6条)参考文献(6条)1.陈晓红 浅谈课程改革 2005(03)2.周洪成 C语言程序设计教学实践建设浅淡 2009(03)3.郭玉华;王小林 操作系统原理课程教学内容体系研究期刊论文-安徽工业大学学报 2008(06)4.史广顺;韩维桓;袁晓洁 南开大学操作系统课程建设的思考期刊论文-计算机教育 2006(07)5.邹恒明 计算机的心智操作系统之哲学原理 20096.莫晓辉;张漪 计算机操作系统课程改革与研究期刊论文-金陵科技学院学报 2007(04)本文链接：http:/