馬　馳　張玉軍

摘要:“操作系統(tǒng)”是軟件工程專業(yè)本科教學中的必修課程,其龐雜的內(nèi)容給教師的教學和學生的學習都帶了很大的困難。本文針對軟件工程專業(yè)學生的培養(yǎng),結(jié)合自身的教學經(jīng)驗,對課程的教學內(nèi)容,教學方法,實踐教學幾個方面進行了探討,為課程的教與學提供了一些觀點和思路。

關(guān)鍵詞:軟件工程;操作系統(tǒng);教學方法

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

目前我國計算機本科教育中培養(yǎng)的軟件人才主要來自于計算機科學與技術(shù)專業(yè)及軟件工程專業(yè),從本質(zhì)上講,這兩個學科在人才培養(yǎng)方式,培養(yǎng)目標以及所關(guān)注的知識領(lǐng)域等方面都有所不同。一般來講,計算機科學與技術(shù)專業(yè)是學習軟件及硬件理論的專業(yè),側(cè)重于研究;軟件工程專業(yè)是以學習軟件理論為主的專業(yè),側(cè)重于技術(shù)。從目前我國的軟件行業(yè)的市場需求來看,更需要軟件工程專業(yè)的人才,因此高校對于軟件工程專業(yè)學生的培養(yǎng),應更強調(diào)其動手能力,實踐能力的培養(yǎng),使其盡早了解計算機的工程屬性,適應軟件技術(shù)快速發(fā)展的市場環(huán)境。

“操作系統(tǒng)”課程是軟件工程專業(yè)的必修課程,是涉及到較多硬件知識的計算機系統(tǒng)的軟件課程,該課程通過講述操作系統(tǒng)的基本理論,經(jīng)典的算法以及現(xiàn)代操作系統(tǒng)成熟的設計思想來培養(yǎng)學生的抽象思維,邏輯推理和實踐動手能力。同時通過對于操作系統(tǒng)的學習,也有助于培養(yǎng)學生對于大型軟件系統(tǒng)的使用能力,分析能力和設計能力。但是由于“操作系統(tǒng)”課程具有內(nèi)容龐雜,涉及面廣,概念抽象,實踐性強等特點,尤其涉及大量硬件知識,對于軟件工程專業(yè)的學生的教學有相當?shù)碾y度,因此有必要在課程內(nèi)容,實驗內(nèi)容,教學方法及教學手段上做出改進和創(chuàng)新。本文結(jié)合作者自身的教學經(jīng)驗,總結(jié)了以下的一些經(jīng)驗及觀點。

2根據(jù)培養(yǎng)目標,合理組織教學內(nèi)容

軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)的特點是以技術(shù)應用能力培養(yǎng)為核心,以技術(shù)需要為依據(jù)。目前還要面向就業(yè),產(chǎn)學結(jié)合,這些都注重實踐技能的培養(yǎng)。面向計算機科學本科教育的“操作系統(tǒng)”教學內(nèi)容主要是以講述操作系統(tǒng)概念、原理、經(jīng)典算法和硬件基礎等理論知識為主,很少講述現(xiàn)代典型操作系統(tǒng),如Linux、Solaris和Windows等便于學生實際操作使用的內(nèi)容,也很少將理論知識運用到實際的典型操作系統(tǒng)中去,這不適合于軟件工程人才的培養(yǎng)目標,所以應該根據(jù)軟件工程專業(yè)及市場的需求,擺脫傳統(tǒng)“操作系統(tǒng)”教學中所采用的理論分析長而深的模式,在“操作系統(tǒng)”課程教學中增加并充實大量的應用實例內(nèi)容,以便于教師理論聯(lián)系實際地講解操作系統(tǒng)的理論知識,將理論知識及時的轉(zhuǎn)化成應用實例,并運用到實際的經(jīng)典操作系統(tǒng)中去。同時應加強學生對典型操作系統(tǒng)的使用能力和在其上的開發(fā)能力,提高軟件工程專業(yè)學生實際的研發(fā)能力。在具體的教學內(nèi)容組織實施上,可將教學內(nèi)容劃分為以下三個部分。

首先講授操作系統(tǒng)實現(xiàn)的基本原理和概念。如進程管理部分闡述進程和線程的概念,進程的管理,同步與互斥,死鎖等問題,存儲部分說明連續(xù)分配方式,分頁分段存儲管理,虛擬存儲系統(tǒng)的概念和請求分頁系統(tǒng)的實現(xiàn)原理等,設備管理部分介紹在I/O系統(tǒng)及控制方式,設備分配,設備驅(qū)動程序的基本概念,磁盤管理等。文件部分講述文件系統(tǒng)的基本概念,文件的組織結(jié)構(gòu),文件目錄管理以及文件存儲,共享與保護等內(nèi)容。在講授這些內(nèi)容的同時,應注意考慮軟件專業(yè)學生硬件基礎較差的特點,適當取舍硬件相關(guān)知識,比如涉及硬件知識較多的中斷技術(shù)就可以適當刪節(jié),說明原理即可。

其次應該為學生介紹典型操作系統(tǒng)的使用。這里操作系統(tǒng)的使用主要指對于典型操作系統(tǒng)的基本操作,常用管理,基本配置工具使用以及典型開發(fā)環(huán)境的了解。在說明抽象的原理和概念之后介紹這些實用內(nèi)容,既有助于對抽象原理和概念的理解,鞏固了理論知識,又為下一步進行系統(tǒng)相關(guān)的程序設計奠定了較為扎實的基礎。在具體實施中,可以選擇Windows操作系統(tǒng)和Linux操作系統(tǒng)。Windows操作系統(tǒng)的基本使用方法對于大多數(shù)計算機相關(guān)專業(yè)的學生來說問題不大,但其高級管理功能有必要向?qū)W生介紹,如它用于維護進程管理,存儲管理,文件系統(tǒng)管理,設備管理等的相關(guān)工具的使用。對于Linux操作系統(tǒng)或者其他開源的Unix系統(tǒng)而言,在對它們研究和學習之前,必須給出一點時間介紹它的基本使用方法,目前很多高校的操作系統(tǒng)實驗課及實踐課都在Solaris或Linux下進行,但實驗中很顯著的問題就是學生對操作系統(tǒng)的使用都比較陌生,大量的時間花在摸索操作系統(tǒng)的使用,而延誤了基本的實驗內(nèi)容。因此Unix或Linux的基本shell命令,vi的使用,基本的shell的程序設計知識,C/C++編譯器的使用等基本知識要給予講授。

最后,根據(jù)軟件專業(yè)學生應注重軟件的開發(fā)的特點,介紹典型操作系統(tǒng)下的程序設計知識。這里不是指介紹一些開發(fā)工具的使用以及具體的程序設計語言,主要是指對典型操作系統(tǒng)編程接口(API)的介紹。如借助C++語言和Windows的API函數(shù)適當適量的介紹相關(guān)Windows編程知識。利用C語言和Unix或Linux的系統(tǒng)調(diào)用介紹其系統(tǒng)級的程序設計。該部分內(nèi)容的講解,既回憶和鞏固了操作系統(tǒng)原理的知識,又拓展了學生程序設計的知識面,為學生進

一步的接觸特定操作系統(tǒng)的系統(tǒng)級編程打下良好的基礎。

3改進教學方法,提高學生學習主動性

在原有的“操作系統(tǒng)”課程教學中,教學方法比較單一,主要采用教師使用PPT課件講授為主,無法激發(fā)學生的學習興趣。這里根據(jù)上述提出的教學內(nèi)容,改進原有的填鴨式教學方法,以提高學生學習的主動性。首先,對于操作系統(tǒng)原理這部分內(nèi)容的教學,由于教學內(nèi)容具有一定的難度和廣度,因此教學中面臨的主要問題是學生對理論課程所產(chǎn)生的興趣和信心問題。針對軟件工程專業(yè)的學生的教學,一方面盡量考慮在軟件層面上體現(xiàn)教學內(nèi)容,不宜講解過深。另一方面考慮采用多種教學方法相結(jié)合,活躍課堂氣氛,提高學生學習的興趣。教師可以采用啟發(fā)式的教學方法,如在介紹進程同步問題時,首先教師可以講授一個生產(chǎn)者和一個消費者共用一個緩沖區(qū)的情況,而后,可以啟發(fā)同學嘗試修改同步算法,以適應生產(chǎn)者和消費者使用多個共享空間和無限共享空間的情況。在教學中經(jīng)常設置問題,能夠啟發(fā)調(diào)動學生的思維,提高同學的學習主動性。另一個角度,教學中經(jīng)常引用日常生活中的應用實例是引發(fā)學生學習興趣的又一種好的方法,如在講授進程互斥時,可以使用航空售票,交通流量統(tǒng)計等應用實例,在講授中斷機制時,引入一些基于中斷機制的病毒工作原理,都會很大程度的引起學生的興趣。好的實例既能夠簡化學生對抽象復雜問題的理解,又能調(diào)動學生思維,使其聯(lián)系其他課程知識,并理論聯(lián)系實際,達到學以致用的效果。

對于典型操作系統(tǒng)應用這一部分的內(nèi)容,建議首先應該由教師演示講解,使學生了解基本使用方法和理論。之后可以為學生布置一些特定功能的任務,來使學生鞏固課堂講解內(nèi)容,以任務促進教學。比如學習Linux命令過程中,可以布置利用命令和管道及輸入輸出重定向操作相結(jié)合的任務完成指定功能。在學生了解基本shell命令和基本shell語法后,可以布置些短小的shell程序以鍛煉學生的動手能力。

最后,對于系統(tǒng)編程這部分的內(nèi)容,建議教師首先要為同學編寫幾個典型程序,在學生了解基本程序設計流程后。教師可以為學生布置幾個針對特定功能是小項目,以項目促進教學,來提高學生的編程能力,以達到軟件工程專業(yè)學生的學習目標。

任務和項目驅(qū)動教學方法有助于提高學生的自學能力,在動手的過程中,一般會遇到一些通過課堂知識無法解決的問題,要求學生查閱相關(guān)資料解決問題。這一過程可以很好的培養(yǎng)學生獨自解決問題的能力。

4加強實踐教學,提高學生實踐能力

操作系統(tǒng)的實踐課是其教學過程必不可少的環(huán)節(jié),其實施質(zhì)量對專業(yè)教學質(zhì)量具有舉足輕重的影響。在重視基本概念,理論和算法的課堂講授教學的基礎上,有針對性地加強實踐教學,有助于提高學生的綜合素質(zhì),培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神與實踐能力。由于教學課時所限,必須重視實踐課程內(nèi)容的合理性,是其緊跟課堂教學,達到學生邊學邊練,及時消化課堂教學內(nèi)容的效果。

從實踐課程的組織上,一般可以分為課程實驗,課程設計,以及課外實驗幾個部分。課程實驗通常要求緊跟教學內(nèi)容,在操作系統(tǒng)理論部分主要應設置利用程序設計語言完成操作系統(tǒng)經(jīng)典算法的驗證和模擬。如對進程調(diào)度算法,存儲算法的模擬等實驗。這部分實驗具有一定難度,通常需要教師提供指導和部分代碼,而后引導學生實現(xiàn)實驗內(nèi)容。教師可以鼓勵并啟發(fā)有余力的學生完成理論課中出現(xiàn)的其他經(jīng)典算法。系統(tǒng)應用和編程部分的實驗可以借助虛擬機軟件完成系統(tǒng)命令和系統(tǒng)管理的實驗。教師布置任務可以是一些成型的案例,由教師先演示操作一遍,然后讓學生自己重復、調(diào)試操作,以便加深學生的印象。案例的組織可以按章節(jié)知識點的內(nèi)容,盡量做到前后聯(lián)系,以求融會貫通。比如shel1腳本編程練習的時候,可以設計一個實現(xiàn)稍微復雜點功能的shel1腳本,其內(nèi)容可以覆蓋操作系統(tǒng)多個章節(jié)的內(nèi)容。

除了隨課的課程實驗之外,設置必要的課程設計,對綜合運用和鞏固操作系統(tǒng)知識也非常有必要性。課程設計的內(nèi)容應貼近操作系統(tǒng)并結(jié)合軟件專業(yè)的教學特點,著重編程實現(xiàn),如實現(xiàn)一個特定功能的守護進程,實現(xiàn)一個簡單的系統(tǒng)調(diào)用等等。給有余力的同學布置編寫內(nèi)核雛形等設計任務,提高學生的系統(tǒng)級編程能力。

課外的實驗部分,應該給學生較大的自由空間,增加學生涉獵知識的廣度,可以為學生布置些開源系統(tǒng)源代碼的閱讀和修改。組織設計小組修改精簡開源內(nèi)核,以及編寫簡單的小型操作系統(tǒng),從軟件工程的角度,培養(yǎng)學生的工程意識,進一步提高學生的實踐能力。

5結(jié)束語

操作系統(tǒng)相關(guān)知識是軟件人才應必備的基礎知識,同時“操作系統(tǒng)”課程也是軟件工程專業(yè)的一門核心主干課程。合理的組織“操作系統(tǒng)”的教學內(nèi)容,采取適當?shù)慕虒W方法,加強實踐教學環(huán)節(jié)是軟件人才培養(yǎng)必要的手段和途徑。本文探討的觀點和經(jīng)驗希望能夠起到“拋磚引玉”的作用,使更多教師和同學提出對于“操作系統(tǒng)”教與學的新方法。

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