摘要:本文根據(jù)“操作系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和我校省級(jí)精品課程“操作系統(tǒng)”(應(yīng)用型本科)的教學(xué)實(shí)際，分析目前操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問題，并結(jié)合實(shí)踐教學(xué)案例從前導(dǎo)課程影響、選用實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控等多個(gè)方面提出提高操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的對(duì)策與方法，為應(yīng)用型本科操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和建議。

關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)質(zhì)量;應(yīng)用型本科

1操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

“操作系統(tǒng)”課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，本課程的學(xué)習(xí)目的是讓學(xué)生掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)[1-2]，為今后在相關(guān)領(lǐng)域的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“操作系統(tǒng)”課程必不可少的環(huán)節(jié)，我們不僅要設(shè)置實(shí)驗(yàn)，而且還要重視實(shí)驗(yàn)，使其很好地輔助課堂教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量直接影響學(xué)生的就業(yè)機(jī)會(huì)和工程實(shí)踐能力[3]。德國教育家第斯多惠曾經(jīng)說過:“教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授的本領(lǐng)，而在于激勵(lì)、喚醒和鼓舞?！倍鴮?shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)就是培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和求知欲，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并通過實(shí)驗(yàn)過程找到解決問題的方法和途徑。

2現(xiàn)狀與存在的問題

操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性使我們有足夠的理由要教好這門課，但是在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生要真正完成好操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容卻并不是十分容易的事情。下面從專業(yè)培養(yǎng)方案的定位、前導(dǎo)課程

影響、選用操作系統(tǒng)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控等方面進(jìn)行分析。

2.1應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)培養(yǎng)方案的定位

長期以來，我國計(jì)算機(jī)專業(yè)教育帶有濃厚的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究型人才培養(yǎng)色彩，與應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)的“理論夠用，注重實(shí)踐”的特點(diǎn)不太相符。國家教育部強(qiáng)調(diào)對(duì)不同院校不同層次的學(xué)生要采取分類指導(dǎo)的原則，應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)類學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)既懂得計(jì)算機(jī)專業(yè)的理論知識(shí)，又掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用技能的高級(jí)應(yīng)用人才。對(duì)此問題的研究，我們課程組在文獻(xiàn)[4-5]中已進(jìn)行過論述，特別需要說明的是我們課程組負(fù)責(zé)人范輝教授參加了由教育部教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)組織的全國高校操作系統(tǒng)課程研究與資源建設(shè)項(xiàng)目，并在其中承擔(dān)了應(yīng)用型本科操作系統(tǒng)課程的部分研究與建設(shè)工作，使我校的應(yīng)用型本科操作系統(tǒng)的課程建設(shè)起到了很好的示范作用。

2.2前導(dǎo)課程的影響

“操作系統(tǒng)”的前導(dǎo)課程有“程序設(shè)計(jì)語言”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“計(jì)算機(jī)組成原理”和“匯編語言”等，它的后續(xù)課程包括“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”、“數(shù)據(jù)庫原理”和“編譯原理”等計(jì)算機(jī)學(xué)科的重要課程，如圖1

作者簡介:孫述和(1966-)，男，山東煙臺(tái)人，副教授，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用、圖像處理;謝青松(1965-)，男，副教授，碩士，研究方向?yàn)樗惴ǚ治雠c設(shè)計(jì)、信息安全技術(shù);董付國(1977-)，男，山東聊城人，講師，碩士，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理、信息安全;杜萍(1981-)，女，山東青島人，講師，碩士，研究方向?yàn)榛诮巧脑L問控制。

所示。大部分學(xué)生在學(xué)任何一門課之初都比較認(rèn)真，主觀上有較強(qiáng)烈的學(xué)好這門課的愿望，但是隨著課程的日益深入，課程特征不斷顯露，特別是“操作系統(tǒng)”這門課本身的理論性較強(qiáng)且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)前導(dǎo)課的依賴性很大，從而打擊了一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，甚至有一部分學(xué)生因前導(dǎo)課程學(xué)習(xí)較差而放棄了操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)作業(yè)的完成，從而影響了課堂學(xué)習(xí)甚至包括后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

圖1 “操作系統(tǒng)”的前導(dǎo)與后續(xù)課程

2.3選用的實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)

由于操作系統(tǒng)課程本身的原因，使得操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境較難選擇。大部分教材以Unix系統(tǒng)為實(shí)例，而Unix的安裝成本又較貴，不太適宜用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)。而傳統(tǒng)的Windows操作系統(tǒng)的大部分源代碼未公開，具有一定的局限性和不透明性。所以，我們選用Linux作為主要的實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)。但是，由于大部分學(xué)生之前都沒有接觸過Linux，并且還都非常熟悉Windows系統(tǒng)，思維定勢難免會(huì)給Linux的認(rèn)識(shí)與學(xué)習(xí)帶來一定的難度。

2.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控

從目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況來看，各個(gè)學(xué)校對(duì)評(píng)價(jià)工作都較為重視，但存在著只重結(jié)果而忽視過程以及考核方式不科學(xué)等問題。由于當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源不斷豐富，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告或設(shè)計(jì)代碼部分存在抄襲現(xiàn)象，這部分學(xué)生雖然提交了實(shí)驗(yàn)報(bào)告，成績也不錯(cuò)，但實(shí)際上，卻沒有掌握相關(guān)的知識(shí)。如何在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控，合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，避免抄襲，使學(xué)生能夠既掌握知識(shí)又鍛煉能力，這為我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了新的難題。

3提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的對(duì)策與方法

筆者結(jié)合自己近幾年的教學(xué)實(shí)踐，就“操作系統(tǒng)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中遇到的上述問題，從以下3個(gè)方面談?wù)勛约旱捏w會(huì)。

3.1化難為易，從主觀和客觀兩方面進(jìn)行引導(dǎo)

(1) 在學(xué)習(xí)的主動(dòng)性方面，潛移默化地消除學(xué)生的畏難情緒。

① 在第一節(jié)實(shí)驗(yàn)課上多下功夫。通過實(shí)例告訴學(xué)生操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)在現(xiàn)在的學(xué)習(xí)和今后工作中的重要性，使學(xué)生從純粹學(xué)好課程的想法變?yōu)橛心康男缘膶W(xué)習(xí)。例如，從考研和就業(yè)的角度，強(qiáng)調(diào)編程能力和動(dòng)手能力的重要性，并結(jié)合前導(dǎo)課程如“高級(jí)程序設(shè)計(jì)”中的線程等相關(guān)內(nèi)容加以說明。

② 結(jié)合教師和前面學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)，介紹操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的方法和特征，以及可能遇到的困難，讓學(xué)生針對(duì)自身的學(xué)習(xí)情況，提前準(zhǔn)備和查閱前導(dǎo)課程的相關(guān)內(nèi)容，做到心中有數(shù)。同時(shí)，把一些好的學(xué)習(xí)技巧傳授給學(xué)生，讓學(xué)生知道怎么學(xué)、怎么做。

③ 在后面的實(shí)驗(yàn)課上，單純地強(qiáng)調(diào)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重要性的意義已經(jīng)不大，教師應(yīng)在每一次布置實(shí)驗(yàn)作業(yè)的時(shí)候，有意識(shí)的從應(yīng)用及工程實(shí)踐角度，用案例的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容加以多角度描述，從而使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟⒓ぐl(fā)學(xué)習(xí)興趣。

(2) 在客觀上，化難為易，有針對(duì)性地解決學(xué)生的學(xué)習(xí)難題。

① 分層次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求，如表1所示將學(xué)生粗略分為高中低3個(gè)層次。

表1學(xué)生層次分類

層次前導(dǎo)課程

掌握情況學(xué)習(xí)興趣與

學(xué)習(xí)目的人數(shù)

第一層次基礎(chǔ)知識(shí)

非常扎實(shí)學(xué)習(xí)興趣非常強(qiáng)烈一小部分

(<10%)

第二層次基礎(chǔ)知識(shí)穩(wěn)固學(xué)習(xí)目的明確絕大部分

(>80%)

第三層次基礎(chǔ)知識(shí)較差學(xué)習(xí)興趣不高一小部分

(<10%)

對(duì)不同層次學(xué)生，有針對(duì)性地分析并提出解決方案，以幫助他們提高，如表2所示。

表2按層次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求

層次針對(duì)性分析及解決方案

第一層次多加鼓勵(lì)及肯定，并結(jié)合其興趣點(diǎn)推薦學(xué)習(xí)資料，引導(dǎo)自學(xué)，可在后面的團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)中委以重任。

第二層次按照既定的實(shí)驗(yàn)要求和目的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排。

第三層次放棄部分選做實(shí)驗(yàn)，適量延長必做實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)，以彌補(bǔ)前導(dǎo)課程的不足并強(qiáng)化必做實(shí)驗(yàn)。

② 提供參考程序，幫助學(xué)生快速入門。這個(gè)方法主要是針對(duì)第三層次和第二層次的一小部分前導(dǎo)課程學(xué)習(xí)效果不好的學(xué)生而言的。我們以實(shí)驗(yàn)“進(jìn)程調(diào)度模擬程序設(shè)計(jì)”為例進(jìn)行說明。

例1:進(jìn)程調(diào)度模擬程序設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?加深對(duì)進(jìn)程概念和進(jìn)程調(diào)度算法的理解。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:(a)給出進(jìn)程調(diào)度的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法描述;

(b) 用C語言設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)n個(gè)并發(fā)進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度的程序，每個(gè)進(jìn)程由一個(gè)進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)表示;

(c) 調(diào)度程序應(yīng)當(dāng)包含兩種不同的調(diào)度算法，運(yùn)行時(shí)可以任選一種，以利于分析和比較;

(d) 程序應(yīng)能顯示或打印各種進(jìn)程狀態(tài)和參數(shù)變化情況，便于觀察。

實(shí)驗(yàn)參考方案:對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，首先要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^編程加深對(duì)進(jìn)程概念和算法的理解，對(duì)算法的理解是重點(diǎn)，而非編程本身。我們給編程確實(shí)有困難的學(xué)生，提供一個(gè)實(shí)驗(yàn)參考框架，并在此基礎(chǔ)上基本實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)先算法，只留下一些涉及到該算法核心思想的代碼讓學(xué)生自己填空，最后重點(diǎn)考察學(xué)生在此框架基礎(chǔ)上自己編寫的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，對(duì)于絕大部分基礎(chǔ)較好的學(xué)生，我們還是建議程序框架也要自己搭建。

③ 我們還可以多鼓勵(lì)學(xué)生充分合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，如果有某些疑問或未解決的問題可以自己到網(wǎng)絡(luò)上尋找答案或到一些論壇上參與討論，增加自己學(xué)習(xí)和豐富操作系統(tǒng)知識(shí)的途徑。

3.2由淺入深，多角度多層次學(xué)習(xí)掌握Linux系統(tǒng)

我們選擇Linux做為實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)，由于大部分學(xué)生之前都沒有接觸過它，所以做實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該從易到難，一步步的來操作，如圖2所示。

圖2Linux系統(tǒng)學(xué)習(xí)階段示意圖

我們的方法是首先熟悉Linux簡單操作的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，包括基本的應(yīng)用級(jí)實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)管理級(jí)實(shí)驗(yàn)。在這一階段，可以引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)熟悉的Windows操作系統(tǒng)的相關(guān)功能，對(duì)比學(xué)習(xí)Linux操作系統(tǒng)的功能，如表3所示。

表3操作系統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)列表

序號(hào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容LinuxWindows

1系統(tǒng)安裝√√

2系統(tǒng)的用戶接口和編程界面√√

3系統(tǒng)的界面認(rèn)識(shí)(窗口系統(tǒng)、文件管理和系統(tǒng)管理工具等)√√

4使用U盤√√

5屏蔽Windows桌面上的“回收站”√

6觀察注冊表內(nèi)容√

其次，在熟悉操作系統(tǒng)的基本操作與環(huán)境之后，進(jìn)入設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)階段，編程模擬實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的某些功能模塊，如表4所示。

表4Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)列表

序號(hào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(對(duì)應(yīng)算法或命令)必做選做

1進(jìn)程調(diào)度模擬程序設(shè)計(jì)(動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)算法、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法)√

2頁面置換模擬程序設(shè)計(jì)(OPT、FIFO、LRU)√

3文件系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)(login、dir、read、open、close等)√

最后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難度較大，但很有意義，也很有意思的源代碼閱讀級(jí)實(shí)驗(yàn)，這部分內(nèi)容建議學(xué)生分組協(xié)作完成。可選內(nèi)容有很多，例如進(jìn)程創(chuàng)建、內(nèi)存分配、系統(tǒng)安全性、磁盤驅(qū)動(dòng)、文件的讀或?qū)?、虛擬文件系統(tǒng)、idle進(jìn)程等，每組學(xué)生可自主選題，最后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，由團(tuán)隊(duì)統(tǒng)一提交。表5所示是我們2008～2009年度第二學(xué)期學(xué)生源代碼閱讀級(jí)實(shí)驗(yàn)分組情況匯總。

表5源代碼閱讀級(jí)實(shí)驗(yàn)分組情況列表

序號(hào)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是否團(tuán)隊(duì)人數(shù)/組

1進(jìn)程創(chuàng)建√9

2內(nèi)存分配√10

3文件的讀或?qū)憽?

4虛擬文件系統(tǒng)√10

5網(wǎng)絡(luò)傳輸√10

6設(shè)備管理√10

3.3改進(jìn)考核方式，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控

要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控，保證操作系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量，我們對(duì)傳統(tǒng)的只提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的實(shí)驗(yàn)考核方法從如下幾個(gè)方面進(jìn)行了改革與實(shí)踐:

(1) 提高實(shí)驗(yàn)成績在最終課程成績中所占比例(如圖3所示)，引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

圖3 提高實(shí)驗(yàn)成績比例示意圖

(2) 對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的成績評(píng)定，應(yīng)

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基礎(chǔ)上，綜合多種形式進(jìn)行考核量化。我們的方法是在實(shí)驗(yàn)過程中，不定時(shí)抽查部分學(xué)生的程序，并有針對(duì)性的提問和討論，保證一學(xué)期每個(gè)學(xué)生至少有一次提問的機(jī)會(huì)，按回答情況進(jìn)行打分。團(tuán)隊(duì)形式的綜合性實(shí)驗(yàn)還要求組長提交任務(wù)分配情況以及個(gè)人完成情況，將協(xié)作能力、資料分析能力等納入考核指標(biāo)。

4結(jié)束語

我?！安僮飨到y(tǒng)”(應(yīng)用型本科)從2004年被評(píng)為“校級(jí)精品課程”和2006年被評(píng)為“山東省省級(jí)精品課程”以來，在更新教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、加強(qiáng)教學(xué)梯隊(duì)建設(shè)與教材建設(shè)、改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段、加強(qiáng)素質(zhì)教育、培養(yǎng)創(chuàng)新人才等方面不斷進(jìn)行探索與實(shí)踐，已開始顯現(xiàn)初步成效。近年來，我校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生在山東省軟件設(shè)計(jì)大賽、學(xué)生科研立項(xiàng)、考研錄取率、畢業(yè)生就業(yè)率等諸多方面的成績穩(wěn)步攀升?？傊?，要讓學(xué)生學(xué)好“操作系統(tǒng)”、做好操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，還需要我們不斷在教學(xué)實(shí)踐中加以發(fā)現(xiàn)和總結(jié)。我們將不斷努力，逐步完善操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在改革中探索、提高，培養(yǎng)出更多適應(yīng)社會(huì)需要的應(yīng)用型人才。

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(編輯:姚彥如)