应用型软件专业操作系统课程的教学探索

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摘要:操作系统是应用型软件专业的一门核心课程,本文从操作系统课程的教学内容、实践教学、教学技巧等方面进行探讨,提出一些教学方法和策略,供同行参考。

关键词:操作系统;应用型软件专业;教学方法

随着计算机技术的快速发展和互联网应用的日益普及,传统计算机专业毕业生的专业优势日益减弱。在从事与行业相关的计算机应用系统开发与研究工作中,除了需要计算机专业知识外,更需要与行业相关的知识。又因很多高校传统计算机专业的课程设置严重滞后于市场对人才的需求,学生缺乏理论与实践的结合,许多毕业生存在动手能力差的问题。为解决这一矛盾,很多高校设置了面向应用的软件专业(如软件工程、软件开发、软件测试等)。无论是传统的计算机专业还是应用型软件专业都需要开设操作系统、计算机组成原理等课程。尤其是对于应用型软件专业而言,不能只强调技术的重要性。如果没有扎实的理论基础,只学习最新的技术,毕业生的发展潜力将受到影响。操作系统作为核心主干课不仅可以让学生了解隐藏在技术层面之后的原理知识,也可以让学生通过对经典思想的认识和理解来增强自身的思维能力。而严谨有序的思维能力恰恰是很多应用型软件专业学生需要加强的一个环节。虽然开设操作系统课程的必要性毋庸置疑,但是鉴于应用型软件专业学生的接受能力等原因,教师在讲授过程中不能采用传统的教学方法。除此以外,如果教师在操作系统课程的讲授过程中,不能和专业培养目标以及人才培养方案相结合,那这门课程的设置也将毫无意义。

本文作者在对当前应用型软件专业的培养目标进行深入分析的基础上,针对核心主干课――操作系统的教学方式和方法进行了探讨,大致可以总结为以下几点。

1准确定位培养目标,合理组织教学内容

计算机类本科教育中培养的软件人才主要来自于计算机科学与技术专业及软件工程专业,从本质上讲,这两个学科在人才培养方式,培养目标以及所关注的知识领域等方面都有所不同。一般来讲,计算机科学与技术专业是学习软件及硬件理论的专业,侧重于研究;应用型软件专业是以学习软件理论为主的专业,侧重于技术。从目前我国的软件行业的市场需求来看,更需要软件类专业的人才,因此高校对于软件类专业学生的培养,应更强调其动手能力,实践能力的培养,使其尽早了解计算机的工程属性,适应软件技术快速发展的市场环境。操作系统课程是软件类专业的必修课程,涉及到较多硬件知识的计算机系统的软件课程,该课程通过讲述操作系统的基本理论,经典的算法以及现代操作系统成熟的设计思想来培养学生的抽象思维,逻辑推理和实践动手能力。学生通过学习操作系统这门课程,可增强对大型软件系统的使用、分析和设计能力。但是由于操作系统课程具有内容庞杂,涉及面广,概念抽象,实践性强等特点,尤其涉及大量硬件知识,对于应用型软件专业的学生的教学有相当的难度,因此有必要在课程内容、实验内容、教学方法及教学手段上做出改进和创新。

为了更好地发挥操作系统课程在人才培养方案中的作用,必须有一个合理的课程体系做支撑。本文操作系统的使用方法做前导知识,教师可以在操作系统课程讲授过程中从具体应用的表面现象出发,一步的授课对象在完成本科学习期间,有若干门课程为操作系统课程提供必要的知识铺垫和引导。学生可以在计算机导论课程中掌握Windows基本应用,在Linux配置与管理课程中掌握Linux基本应用等。有了这些一步引导学生发掘其内部实现机理。采用“由现象看本质”和“由操作知原理”的方法循序渐进地帮助学生适应理论性较强的操作系统课程。由于应用型软件专业人才培养的特点是以技术应用能力培养为核心, 以技术需要为依据,所以作者在授课过程中更强调软件实现,而对于涉及硬件知识较多的部分章节,如设备管理、中断技术等,采取了适当删节。

2寓教于乐,增加学生学习兴趣

用喜闻乐见的生活实例来阐述操作系统中抽象的概念。比如在讲到进程概念时,为了与学生日常生活相贴近,可以把程序比作菜谱,而进程就是一次做菜的过程,做菜的人不同,做菜的时间和地点不同,这就是不同的做菜过程;又如某建筑图纸与建造过程的关系,建筑图纸就象程序,建楼的时间不同,地点不同,参与的人员不同,都构成了不同的建造过程。由此可以进一步分析出进程与程序之间的关系:程序是静态的,进程是动态的;程序是永久的,进程是暂时的;一个程序的多次执行对应多个进程,通过调用关系,一个进程又可能包含多个程序,在讲到进程调度中的短进程优先调度算法时,可以与日常生活中的买油条做对比,如果排在前边的A买100根油条,而排在其后的B买1根油条,如果老板是一个不会做生意的人,那么他会按照顺序来满足A、B两位顾客的需求。如果假设听课的同学中有一位是B,那最可能发生的事情就是,B顾客改变主意,不再等待,而去买别的早餐。如果能够按照短进程优先的方法,让买一根油条的B先拿油条,那B就不会长时间等待。进而可以得出结论:短进程优先算法对短进程有利。又如时间片轮转算法可以比做会处事的服务人员。假如有若干客户都围作一团向公司的服务人员咨询情况,如果服务人员总是只回答其中一个客户的问题,那其他客户一定会因被冷漠而心生不快。如果服务人员在为其中一个客户解答时,看到有新客户到来时,能够在较短时间内和新客户打声招呼,那新顾客就不会感觉到服务人员不理会自己。由此可以得出结论:时间片轮转算法比较适用于分时和实时系统[1-2]。

用游戏的方法来说明操作系统中的模型[3]。在讲到进程同步的经典问题时,由于初次接触,所以很难理解究竟何种情况为死锁,死锁产生以后该如何解除。作者在课堂上通过做游戏的方法让大家在轻松愉快的气氛中掌握重点知识。例如对于哲学家进餐问题的介绍,可以采用以下方法,准备一张圆桌,桌上放5根筷子,选择6位同学参与该游戏,其中五位来模拟哲学家,一位同学发号施令。五位同学围着圆桌坐下后,等待另外一位同学发命令。第一次规定大家都只能先拿右手边的筷子,而后再拿左手边的。如果5位同学的速度有差异,则会有同学拿到一双筷子,符合就餐的条件,而如果5位同学分别拿了一根筷子,就会出现死锁的情况。当出现死锁时,引发同学们对这种情况进行分析和思考,提出自己的解决方案。通过类似的方法,不仅提高了学生的学习兴趣,而且也加深了枯燥理论知识的理解程度。

由于应用型软件专业的学生往往习惯于实际动手课程的学习,对纯理论课程的学习缺乏兴趣,积极性不高。通过作者多次在课堂上采用类似的方法,发现大家不仅能掌握相应的理论知识,而且也对该门课程产生了浓厚的兴趣。

3学以致用,加强实践环节

从基本操作系统(如Linux、Windows XP)的使用入手,让学生在认识如何使用操作系统的基础上,逐步引导其去了解背后的实现细节。可以采用由浅入深,由简单到复杂的方法,循序渐进地带领学生去发掘应用背后的故事。比如,从攒一台能使用的计算机开始,刚刚买回来的裸机是无法正常工作的,要想使其开始工作,就需要首先安装上第一层软件¬――操作系统。安装操作系统之后,才能使用计算机的硬件,方可安装其他的软件。这个例子就告诉我们操作系统在计算机中的位置:向下管理着计算机的硬件,向上为用户和其他软件提供服务的同时,又管理着其他所有的软件和数据。由此可知:操作系统是计算机资源的管理者。其中计算机资源就包括软件资源和硬件资源。在讲到内存管理时,可以先从观察一台计算机的内存占用情况入手,逐步引导学生去了解不同种内存管理方法的实现细节[4]。

在学生了解了操作系统中经典算法的基础上,设计了一些课程设计的题目,通过这些题目引导学生使用已学的高级语言对其进行模拟。利用可以用C#和Java等语言模拟各种进程调度算法,模拟页面置换算法,模拟动态分区分配算法等,也可以结合可视化编程语言的特点,做出声形并茂的理发师问题、哲学家进餐问题等。这不仅加深了学生对操作系统中经典算法的理解和认识,也培养了学生应用所学编程语言解决实际问题的能力。该教学方法与应用型软件人才的分方向培养目标相吻合,锻炼了学生的项目开发能力。

虽然拟定课程设计可以帮助学生掌握经典的算法思想,锻炼编程能力,但是还不足以让其理解操作系统的代码编写方法。鉴于以上情况,作者又采用了让学生阅读和分析Linux核心源代码的方法,使其了解实际操作系统的实现策略。通过对软件开发、软件测试、信息系统等诸多方向学生的教学实践,发现通过以上方法,确实可以提高学生的实践能力。

4因材施教,对学生合理分流

应用型软件专业的学生程度参差不齐,对未来的规划也各有差异。其中很大一部分学生愿意在毕业后直接进入软件行业工作,也因为应用型软件专业属于计算机科学与技术中的一个分支,所以另部分学生希望能够通过硕士研究生入学考试,获得进一步深造的机会。

鉴于以上原因,应用型软件专业的操作系统课程教学需要因材施教,分别对待规划不同的学生制定合理的教学方式和方法。作者在教学过程中,会针对不同的知识,对两类学生提出不同的要求,针对直接就业的对象,强调实际运用能力的培养;而针对有意继续深造的对象,则更着重于原理的掌握和分析。并且在布置课外及课内实践作业时,区分出不同的难度层次,让学生自主选择。

5结语

操作系统是应用型软件专业的一门核心主干课程,该专业的学生必须掌握其中所包含的理论知识。提高学生学习理论知识的兴趣,合理地组织操作系统的教学内容,采取适当的教学方法,加强实践教学环节是软件人才培养必要的手段和途径。本文所述只是作者在实际教学过程中的一点经验,希望从事应用型软件人才专业该课程教学的教师能够更好地结合人才培养方案和目标,提出更多的适用于教学对象的方法和措施。

参考文献:

[1] 汤小丹,梁红兵,哲凤屏,等. 计算机操作系统[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2007:37-114.

[2] Tanenbaum. Modern 0perating Systems [M]. 北京:机械工业出版社,2002:47-95.

[3] 丘静玉,印鉴. 游戏教学在操作系统课程中的应用[J]. 计算机教育,2009(14):111-112.

[4] 王知非. 操作系统课程教学与学生能力培养[J]. 计算机教育,2008(14):73-74.

Discussion on Teaching Reform in Operating System for Application-oriented Major

LI Cui-xia1, TAN Ying-jun2

(1. School of Software, Zhengzhou University, Zhengzhou 450002, China;

2. Information Engineering Department, Henan PolyTechnic College, Zhengzhou 450046, China)

Abstract: Operating System is a kernel course in teaching reform for application-oriented major. But for its strong theoretical and wide range covering, teachers and students all meet with some difficulties. After discussing the content, the practice teaching, the skills of Operating System, this paper provides some methods and strategies based on the authors’ experiences of teaching.

Key words: Operating System; application-oriented major; teaching method