计算机操作系统课程教学改革的研究与探讨

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摘要：分析了计算机操作系统课程教学中产生的问题和原因，从课程内容体系组建、教学方法、教学手段以及实践教学环节制定等多个方面对该课程的改革进行了深入研究和探讨，力求通过教学改革加强对学生思维方式、创新意识和能力的培养，进一步提高课程的教学质量。

关键词：计算机；操作系统；教学方法；教材内容

0　引言

操作系统是计算机系统硬件平台上的第一层系统软件，同时也是计算机及其相关专业十分重要的一门专业基础理论课，因此无论在教学、科研和项目开发中都处于非常重要的地位。其教学目标是培养学生理解和掌握计算机操作系统的基本工作原理、设计技术及设计方法，培养学生开发系统软件和大型应用软件的意识和能力，同时还要让学生了解现代操作系统的研究新动向。

1　计算机操作系统课程教学现状

1.1　教学方法单一

以课堂讲授为主的“灌输式”教学方法，着重于教师讲授，学生被动听取，学生独立思考和实践机会比较少；缺少启发式、案例式和讨论式等教学方法，缺乏课堂互动，没有充分调动学生的主观能动性，忽略了学生的主体地位。

1.2　理论与实践脱节，教学手段匮乏

有关教材的基本结构多为基本原理概述及五大组成部分加上对Unix System V的分析构成。重点偏向理论教学，教学内容与实际使用的Windows、Linux操作系统存在一定距离，让学生感觉学与用之间缺乏联系，所学内容与实际接触的操作系统有较大的距离，从而导致学生对该课程失去兴趣甚至会产生厌学情绪。

部分高校教师目前仍采用“黑板+粉笔”的传统教学手段讲授枯燥的理论知识，难以激发学生的学习兴趣；即使有些教师使用了电子教案，也只是单纯地播放理论知识课件，没能使学生积极参与思考，学生感觉枯燥乏味。

1.3　教学内容侧重理论，实践环节薄弱

该课程由于知识点多、涉及面广、理论性强，而且部分教师在教学过程中缺乏理论与实践的结合，枯燥而抽象地授课，使得学生在学习过程中难以理解。缺少学生自己动手分析或设计一个具体操作系统实例的过程，课程设计环节几乎没有，参与研究性学习的机会很少，不利于培养学生的学习主动性和创新能力。

在实践教学中，主要采用验证性实验，实验课程依附于理论教学，教学内容陈旧，手段单一，而且实验教学内容学时数偏少，学习内容较浅、知识面狭窄，不利培养学生的思维方式和探索精神。

1.4　教材内容陈旧，知识更新缓慢

近十年来计算机操作系统工程实践进展飞快，新的开发思想和基本概念不断涌现并应用到了当前流行的操作系统产品中。但目前教学过程中所使用的大部分教材仍只注重基础理论介绍，分析和设计操作系统的案例还较少，难以和当前飞速发展的计算机操作系统理论和前沿技术保持同步。从教学来看，教材是影响教学内容的一个非常重要的因素，教学内容脱离实际应用且不能及时更新必然影响学生的学习兴趣。

1.5　教学目标与社会需求脱节

高校的计算机专业教学，除了让学生掌握一些基本的计算机语言、应用软件，以及必要的基础知识之外，还必须使学生能够触类旁通地学习其它相关知识。提高实践能力。现在社会、企业包括学生本人更希望学到技术前沿的知识，不过，这里有一些短期利益和长远利益的矛盾。教学效果与社会需求脱节的现象在操作系统课程教学中表现较为突出。

2　计算机操作系统课程教学改革的措施

计算机操作系统课程包含了很多重要的计算思想、设计策略和实现方法，在教学过程中应着重强调从具体问题的提出到最终解决的过程和思路，启发学生自主思维，培养学生的创新精神和实践动手能力。本文针对课程教学现状及存在的问题，综合自身教学实践，教材选择、教学内容、教学方法、教学手段以及如何激发学生的学习兴趣等多方面进行改革，并提出了具体措施。

2.1　上好第一堂课，引起学生关注

好的开始是成功的一半，成功的第一堂课可以拉近师生距离，培养学生的学习兴趣，激发学生的学习热情，使学生由被动学习转为主动学习，学习效率能得到大幅提高。第一堂课的主要内容应包括如下几个方面：

(1)做好自我介绍，简述学习目标、教学计划，相互熟悉以增进师生友谊，使得学生更好地接受和适应教师，让学生对教师有所了解，也让学生感觉可以从教师那里学到一些没学过的知识。

(2)结合一些具体的事例说明计算机操作系统在目前学习和今后工作中的重要性，帮助学生分析该课程与本专业其它课程之间的密切联系以及在本专业所有核心课程中所处地位，引起学生重视并激发其学习兴趣，使学生的学习变成有目的的学习。

(3)从不同的方面讲解操作系统的含义，引导学生从不同的角度去认识操作系统。使学生认识到，学习本课程不仅可以培养自身的逻辑思维能力，还有助于对其它理论课程的理解，可为以后学习新型操作系统及和开发应用软件打下坚实的基础。

(4)结合教师自身的经验和相关教学案例，介绍本课程的学习方法，将一些行之有效的方法和技巧传授给学生，让学生知道怎么学、怎么做。

2.2　合理选择教材和参考书，保证教学内容的时效性

教材的百花齐放、百家争鸣为学生提供了多重选择的机会。在教学中应根据学生的实际情况，选择一本合适的教材，这对于该课程的教学效果有非常重要的作用。

目前，根据教学目标不同可将教材分为两大类：①以汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛编著的《计算机操作系统》(第三版)以及由A Braham Silberschatz等编著的《Operating Systems Concepts》为代表的面向计算机科学研究方向的综合性大学教材。②以张尧学、史美林编著的《计算机操作系统教程》为代表的面向计算机应用方向的工科院校教材。

结合教学环境和学生的实际情况，我校计算机专业的操作系统教学采用汤小丹等编著的《计算机操作系统》(第三版)，同时将国内外操作系统研究的最新成果引入到教学过程中以拓宽学生视野。为了使学生加深对操作系统原理的理解，还推荐学生使用曾平、曾林编著的《操作系统――习题与解析》(第2版)一书作为学习辅助材料。该教辅材料收集了大量操作系统原理习题和解答，学生可自主选择其中的习题做练习，以巩固所学知识、总结学习成效。

2.3　合理组织教学内容，完善教学体系结构

操作系统在整个计算机系统中处于承上启下的地位，操作系统课程应与当前飞速发展的计算机操作系统理论和技术保持同步。目前微软公司的Windows系列操作系统由于友好的人机界面，占据了个人计算机操作系统的主要市场；高效率、高可靠性、优良可移植性及开放源代码的类Unix系列操作系统在科学研究、军事、航空等领域广泛使用。与此同时，伴随互联网技术的快速发展，网络通信协议及其他支撑技术开始被嵌入到操作系统的底层。所有这些都要求操作系统的教学内容应进

行适当的补充、调整和完善，整个教学体系结构也需进一步整合、改进。另外，在其他课程中已学过的内容也应适当删减。例如，“设备管理”中与磁盘以及输入／输出控制方式等有关的教学内容已在计算机组成原理等课程中学过，对于此类内容讲课时只需复习性地一带而过即可。

2.4　改革课堂教学方法

在课堂教学过程中，应采用启发式、案例式及讨论式等教学方法，实施课堂互动，鼓励学生大胆发言，发挥学生个性和特长，营造一个宽松、和谐的课堂氛围。

(1)更新教学理念，开展启发式教学

启发式教学，一般多引用身边的例子，例如：在讲授程序和进程的区别时，先给出概念，进程是程序的一次执行过程，程序是静态概念，而进程是动态概念，如果将程序看做菜谱的话，那么进程就是按照菜谱进行的一次烹调过程，这样学生就能很容易理解两者之间的联系和区别了。另外，还可结合学生在现实生活中碰到的具体问题，如“虚拟内存不够”、“机器运行慢”等问题，用操作系统的概念和原理给予解释，培养学生的思考习惯和解决问题的能力。

(2)案例式教学方法

操作系统课程的理论性较强、内容抽象，如果学生在学习过程中找不到具体的直观感受，将难以理解和掌握相关理论。在教学过程中教师可以采用案例式教学方法，根据课程内容和知识结构精心设计若干个案例将知识融入其中，注重引导学生发现问题、自主分析解决问题，充分发挥学生的主观能动性和创造性，变传统的被动接收知识点为主动查找所需知识点。一般需要借助一个功能齐全、短小精悍的开源操作系统。目前比较适合案例教学的操作系统有UCOS，总代码长度为5000行左右，也可以采用Linux的早期版本。

例如，在教学过程中利用Linux操作系统的某些功能模块进行实例剖析，让学生掌握操作系统某些模块的设计和实现，以提高学生对操作系统的理解和解决问题的综合能力。如在讲解进程中的PCB概念、处理机调度、内存管理等内容时，教师可以借助Source Insight源代码阅读工具对Linux源代码作一定分析。通过对源代码的分析，不仅可以使学生对算法的实现过程有一个更为直观的理解，而且可以提高学生的编程能力，使他们的思路更加开阔。

(3)采取讨论式的教学方法

对于教材中介绍的一些算法和程序，采用小组讨论的方式让学生进行讨论。在小组讨论之后，每组派代表上台讲述对于所讨论内容的理解，同时提出本组的疑问让全班学生一起帮助解决，最后可由教师进行点评。采用这种教学方法既可活跃课堂气氛，又能让学生在思考中迸发出创新的火花。

2.5　积极探索理论教学手段

信息时代以计算机使用的广泛普及为主要标志，教学领域中计算机技术也逐步大显身手，从电子教案到多媒体及远程教学，全方位展开了对传统教学模式与教学手段的革新。作为一门计算机专业的核心课程，操作系统课程的教学也应在这些方面有所作为。本课程既包含普通的陈述性理论知识，也包括一些复杂算法和计算过程。对于陈述性理论的讲解，采用电子教案来改进教学手段是可行和可取的。而对于复杂计算问题求解过程和复杂逻辑推导过程，如关于避免死锁的“银行家算法”及实例推演，采取电子教案讲解方式则并不妥当，应保留传统的“黑板+粉笔”教学手段。只有这样，才能贯彻落实教学目的和教学原则，更好地提高教学水平及教学质量。

2.6　理论联系实际，加强实践教学环节

操作系统是一门理论性比较强的课程。理论作为现实世界的抽象和升华具有普遍的指导意义，但如果只有单纯的理论讲解而没有具体实例的教学就很容易使学生感到枯燥乏味。操作系统实践是一个非常重要的教学环节，对理解操作系统的基本概念和原理、掌握操作系统的设计方法和具体实现技术、体验操作系统的抽象思维方式、培养规范的系统程序设计能力等都具有十分重要的意义。为此，例如可以引导学生去编码实现一个具备内存管理、进程调度、文件管理等功能，简单的小型操作系统；也可以引导学生去研究阅读Linux内核原代码，跟踪Linux社区关于操作系统内核发展的最新动态。

3　结束语

本文从教材选择、教学内容、教学方式、教学手段以及实践教学环节制定等多个方面对计算机操作系统课程提出了变革方案。通过实际应用，师生反映所选教材更贴近学生的实际情况，教学内容的时效性得到了保证，课程学习不再枯燥，课堂学习气氛活跃，学生的操作能力和解决问题的能力得到了提高，并能将理论知识拓展到实际应用中，这说明本文的方案取得了较好的教学效果，能有效提高该课程的教学质量。