操作系统教学中的教学方法改进

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摘 要:操作系统作为管理计算机硬件与软件资源的系统程序,在计算机系统中占有重要的地位,也是计算机及相关专业的专业主干课程之一,同时操作系统也是一门理论和实践并重的课程,具有概念抽象、原理性强等特点.对当前操作系统教学中存在的问题及其原因进行了分析,并探讨了几点改进措施.

关 键 词:操作系统;教学方法;实验教学

中图分类号:G434文献标识码:A文章编号:16727800(2013)004020002

0引言

操作系统是一门理论性、实践性并重的核心课程,在计算机系统中占有十分重要的地位,一方面是因为它与计算机的硬件和其它软件关系十分密切,另一方面它也是用户与计算机的接口\[12\],由此可以看出操作系统在计算机专业中的重要地位,因此,学好操作系统这门课程对于计算机系统其它课程的学习及以后的工作都有重要意义,同时,它又具有概念抽象、原理性强等特点,这又使它成为专业教学中的难点.

1操作系统教学现状

1.1学生学习兴趣不高

虽然大家都知道操作系统的重要性,并且在最近的研究生入学考试中被列为计算机专业课统考课程之一,但却没有很大的兴趣去学,造成了一种被动的学习,当然也就学不好了,即使勉强掌握了一些基本概念、基本理论,但还是不能灵活运用,究其原因主要有这样几个方面:一是操作系统不像其它一些课程,学了之后可以立即看到效果,如学习C语言后就可以编写一些简单的应用程序,学习了网页设计以后马上就可以发挥自己的想象力去设计精美的页面.而操作系统就不一样,即使吃透书中的原理也很难设计出一个现实意义的操作系统,再加上现在的学生学习起来都有很强的现实性,他们在学一门课程之前总会想到:学这门课程有哪些用途,对以后的工作有何帮助等问题,一旦看不到很直接的效果,则学习的积极性就锐减,而操作系统这门课程的特点决定了它不能像其它课程那样在实用性方面有明显显现.

1.2实践环节难于开展

操作系统是一门理论性较强的课程,这点是不争的事实,因此国内除少数学校在实验设置方面比较重视甚至开设课程设计之外,其它多数院校则忽视了实践这一块.这一方面和课程性质有关系,另外一方面也跟有些课程安排有关系,因为它要求学生在学习操作系统课程之前应具备程序设计语言(如汇编语言和C语言)和数据结构的基础知识.同时,鉴于操作系统直接对计算机硬件资源进行控制并设置有相应的接口,因而还要求学生预先修完计算机原理等课程,即操作系统在整个计算机系统中处于承上启下的作用.如果学生在前期课程的学习中基础不是很扎实的情况下,则实验课程也很难开展,而即使开设了实验课程,也往往流于形式.

1.3教学手段,教学方法陈旧

操作系统课程的特点决定了很多现代教育手段得不到很好的应用,国内很多高校的老师很难做到像A.S.Tanenbaum教授那样自己动手写一个用于教学的操作系统,即使是讲操作系统某一功能的具体实现源码也很难开展,因为操作系统对相关课程的学习要求比较高,笔者曾试图给学生分析某个功能的实现源码后发现,到最后不是分析作为操作系统功能是如何实现的,而是在给同学们复习C语言和汇编语言,因此大多数教师目前仍然采用传统的教学手段,教师在讲台上讲着那些抽象的理论,学生当然很难理解,也就谈不上有多大的效果了.

2操作系统教学改进建议

2.1原理通俗化

操作系统的理论并不总是空洞、抽象的理论,它的许多实现技术来自于实际需要,并通过研究和实践而不断完善和增强.它的很多概念在实际操作系统设计和我们平时的程序设计、系统管理方面都有所体现,只是学生由于自身的知识结构和知识面的关系很难联系到实际应用中来.因此教学中要把操作系统的基本概念、原理和实现技术与具体应用实例相结合,把抽象的原理与具体的实践应用结合起来,使学生看到原理的具体化从而理解原理.如讲到存储管理的交换概念时就可以结合Windows用到的交换文件以及Linux系统交换分区的作用;讲到设备管理中的虚拟设备时,就可以结合实际应用中打印机共享的例子;讲到进程和线程的概念时可以联系到Word等办公软件中的语法检查;还有如讲到分页存储管理时,可以根据某些语言按行存储的特点,结合在编程中经常用到的给数组赋值的例子来具体演示.例如:

假设在程序执行时内存中只有一个存储块来存放数组信息,且假设页面大小为100字节,每个整数占两个字节,我们知道,上述程序段将产生50次缺页中断,而如果把上述代码中的i,j互换,则缺页次数为2500次,相差竟达50倍\[3\].通过这样的讲解后,同学们在理解这些基本概念、基本原理的时候就不会觉得那么抽象,因为看到了这些原理的具体应用.操作系统中的绝大多数原理在实际应用中都可找到原型.当然,要想很好地讲授这些理论和实际应用中的关系,对教师自身综合素质也有较高要求.

2.2加强实践环节

操作系统这门课程理论教学环节相对成熟,但是实践教学环节的发展却普遍滞后.因此,加强实践环节,在设计和实现过程中加深对操作系统原理的理解是非常重要的.实验不仅仅是对理论的验证,更重要的是技术训练和能力培养,包括动手能力、分析、解决问题能力、协作能力等.它可以弥补课堂教学中的不足,加深对理论过程的理解,启发学生深入思考,敢于创新,达到良好的理论联系实际的教学效果,使得抽象概念、抽象理论得以具体实现\[3\].

操作系统课程实践环节大致可以分为两大类:基于模拟器和基于直接运行于裸机上的实际操作系统源代码.前者要求学生对机器体系结构的底层细节很熟悉,其直接性是基于模拟的软件所没有的,其中还包括操作系统原理之外的如系统引导等相关知识,这种方法实现起来有相当的难度,对学生的要求较高,要求学生不仅要有扎实的软件开发基础知识,又要熟悉计算机硬件,这样的要求只有国内少数高校才有实力实现\[4\].基于模拟器的实验将特定机器结构的底层细节对学生透明,很大程度上简化了实现难度,学生较容易上手,从而可让学生将重点放在操作系统原理的模拟实现上,同时也避免了编写复杂的硬件驱动控制程序.在实际应用中可以根据自身特点选择适合自己的方式,如对于某些功能难于模拟实现的,可以选择阅读Linux源码来弥补,部分比较容易实现的则可以让学生选择自己熟悉的工具用程序来模拟实现,从而最终使学生通过实验掌握实际操作系统的使用与编程技术,从而体会理论、抽象、设计三个学习过程的统一.

2.3改进教学方法

在现代的教学方法中,CAI在很多课程的教学中取得了比较好的效果.操作系统由于课程本身的特点,目前基本上还没有一个较完整的工作过程,有的也就是用Flash动画演示某一功能的工作过程,实际效果不是很好.如讲到文件系统的结构,文件的创建和删除时可以结合Linux/UNIX文件系统特点,用图示的方式动态演示盘块的变动,讲到存储管理中的页式管理时可以用软件来随机产生一系列“指令”,然后模拟各种初始存储块在各种分配算法下的缺页率等等.当然,比较简单的就是尽量采用多媒体教学等教学手段来增加课堂的生动性,提高学生的学习兴趣.但在使用这些多元化教学手段时,教师宜采用电子教案实现陈述性强的理论讲解,对于原理性强、过程较为复杂的问题(如关于死锁避免的“银行家算法”实例的讲解)则宜保留板书手段.另外,教师在教学中还要能采取有效措施来不断地提高电子教案的制作质量,及时更新,使其既符合课程教学大纲,又突出重点和难点.通过电子教案内容的动态性结合教师的即时讲解充分促进学生的探究活动,激励学生的学习热情,从而有效推进该课程多元化教学手段的研究和实践.在课堂教学过程中还可以进行课堂讨论方式教学,在有些案例中还可以让同学充当其中的角色,来模拟操作系统的实现,并适当地提问学生,启发学生积极主动地思考,而不是机械被动地接受知识.

3结语

以上只是对操作系统教学的现状及改进措施作了初步探讨.操作系统课程教学的改革应适应课程教学改革和专业发展的实际需要.优秀软件人才的培养,也绝非是各门课程的简单堆砌,而是由一个计算机学科的一体化课程体系的建设来实现的.为了培养高素质的软件创新型人才,不仅要对操作系统这门课程进行教学上的改进,还必须同时对计算机学科的其它课程进行相应的改革,使得该学科内的课程形成一个有机的整体.


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