百色学院操作系统课程教学改革的研究与实践
1．引言
计算机操作系统课是计算机及其相关专业的一门重要的专业基础课，是计算机及其相关专业的主干课程之一。几乎所有高校的计算机专业都开设有操作系统课，并且自2009年开始，全国硕士研究生统一入学考试中，操作系统课程被列为计算机学科专业基础综合的必考科目之一，因此教师教好操作系统这门课及学生学好这门课的重要性是不言而喻的。百色学院于2006年经国家教育部批准由广西右江民族师范高等专科学校升格成本科院校。在专科阶段我院计算机专业也开设有操作系统课程，但由于课时及知识结构等原因的限制，我们在开设该课程时，只有理论课时，没有实践课时，缺乏理论与实际应用的融通，学生普遍反映该课程比较抽象，不容易掌握。因此在本科阶段，我们在开设操作系统这门课程时，如何在课程设置、教学方法及手段等方面进行改革，以达到更好的教学效果，已是迫在眉睫的事情，通过改革使学生更好的掌握这门课的知识，为考研复习或后继课程的学习打下良好的基础。为此百色学院数学与计算机信息工程系针对操作系统这门课，由几位专业教师组成了一个课程组，负责我院操作系统课程改革的研究和实现。
2．操作系统理论课程改革的方法及手段
2.1 选择高质量的优秀教材
教材是知识积累和传播的载体，教材的选定非常重要，因为选定一本好的教材对学生的学习兴趣和积极性的调动非常重要。一本优秀的教材不仅能涵盖到知识的主要方面，还更应该做到新知识和老知识的兼顾。因为计算机硬件的更新换代很快，与之相应的操作系统的也会随之更新。目前有关操作系统课程的教材很多，但大多数的教材尽管其新版本不断的推出，但里面的内容还是旧的知识，并没有体现新的操作系统的特点。比如现在大多数用户已在使用多核的计算机，但很多教材对处理机的调度算法的阐述仍是基于单核的，很少提到多处理机的调度算法，这样的教材由于知识陈旧，学生在学习的时候虽然能学到一些经典算法和原理，但很难学到新的知识。因此我们在选择教材的时候应该选用那些具有特色，条理清晰，而又贴近实际运用的主流操作系统进行教学和实践。经过几年实践，我们的课程组选择西安电子科技大学出版社汤子嬴等人主编的《计算机操作系统》作为课程的主教材，清华大学出版社张尧学等人主编的《计算机操作系统教程》、高等教育出版社郑扣跟翻译的《操作系统概念》作为主要的参考教材。这些教材普遍能体现在操作系统领域的多年来的教学经验和研究成果，同时具有一些经典的实验及算法，不仅能够提高学生的学习兴趣，而且还能增进学生动手实践的创新热情。
2.2 采用多元化的教学方法和手段
操作系统是计算机系统不可缺少的重要组成部分，是计算机硬件功能的首次扩充，鉴于操作系统本身的特性及其在计算机系统中的地位，在计算机专业软、硬件课程的设置中操作系统课程有着承上启下的作用。因此其课程特点表现为内容庞杂、涉及面广、知识点难度跨度大。为此我们在操作系统课程改革的研究中，应该注重改进教学方法、实验方式、教学辅导方式，实现课程教学多媒体化、课程辅导网络化的教学方式，保障对该课程教学的需求，在提高教学质量的同时，提高学生学习的积极性。
（1）多媒体教学法。传统的教学模式为“粉笔+黑板”的形式，我们课程组的老师在多年的教学实践中发现“粉笔+黑板”的教学模式虽然也能将教学顺利进行，但是该课程在授课的过程当中有很多知识点的讲授如进程状态的转换、分页地址的变换等需要一些辅助的图示才能讲解清楚，而这些图在黑板上用手画出来将占用比较多的课堂时间，为此，我们将操作系统这门课的授课模式从“粉笔+黑板”转换为“计算机+大屏幕”多媒体授课模式。电子教案也力求从静态为主的幻灯片方式变为动态算法演示为主的多媒体课件，用形象的动画在大屏幕上展示抽象的原理和算法的实现过程，既能提高课堂效率，又能吸引学生的注意力。
（2）类比教学法。操作系统这门课的特点是内容庞杂而且抽象，如果我们只按教材的内容去授课，将不易于学生理解和接受，为此在课堂讲授中，可以将实际应用和生活中人们熟悉的事物与枯燥、抽象的操作系统概念、基础理论进行类比，有助于学生直观、形象地理解操作系统的理论知识，激发学生的学习兴趣。如在进程概念这一章中，有一个知识点是关于程序和进程的区别的，若直接按教材归纳出来的几点讲，学生可能不容易理解，而且也不容易记住，但如果我们做个比喻，将程序比作菜单，将厨师照着菜单炒菜比作进程，就非常的形象，效果就会好很多。此外，在操作系统课程中，还有很多可以这样应用类比的地方，如将进程死锁和交通阻塞联系起来，将进程调度和银行排队服务联系起来，将信号量与交通灯联系起来等等。
（3）网络教学法。提高教学质量不仅要充分利用上课时间，而且也要发挥现有课外资源让课堂效果持续增长。这方面我们主要利用学校提供的网上教学平台，我们的课程组在2008年申请了院级项目“网络操作系统网络课件建设”，并组建了我院操作系统课程的网络平台，包括电子课件、在线测试、学习论坛、资料下载等几个模块。我们课程组的老师将一些精心准备的参考资料上传到该平台上，以方便学生下载来学习。教学网络平台让学生能更大程度地获得需要的信息和知识，了解整个课程教学过程，并参与到教学中来，形成师生共建、共促质量的模式。
（4）案例教学法。在操作系统教学中，要涉及大量的算法实例，如：各种调度算法的实现、请求页式管理的置换算法、地址变换等，这些实例执行情况如果用动画方式进行演示，将收到很好的教学效果，为此，我们可以构建一个案例库，方便在教学中使用。有些案例我们甚至可以布置给学生去设计和完成，让他们在对案例的设计过程中，加深对理论部分的理解。例如：在我们的“网络操作系统网络课件建设”项目中有很多算法动画的实现是分配给不同的学生做的，既培养学生的动手能力，又使他们加深了对本门课程理论的理解。
3．操作系统实践教学的设计
操作系统处于整个计算机系统软件的最低层，抽象而不易理解，如果仅仅在课堂教学中讲解操作系统的原理，往往不易理解，甚至使学生感到枯燥乏味。在几年的教学实践中我们深刻地体会到，只有教学和实践相结合，理论和实践并重才能取得良好的教学效果，为此，我们开设了相应的实践环节，培养学生的实践动手能力。
实践环节有以下几方面的内容：（1）进程调度算法实现，要求：设计进程控制块；完成进程队列的创建，并模拟进程调度算法，包括：先来先服务调度算法、优先级调度算法和轮转算法。（2）以分区策略为主的内存分配算法实现，要求：建立模拟的内存分区、分区表和空闲队列等；实现最先适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法。（3）存储器命中率计算问题，要求：设计描述页面的数据结构和管理内存页面的链表，实现FIFO和LRU算法并研究它们的命中率。（4）SPOOLING系统的模拟，要求：设计PCB和PCB队列等数据结构，模拟现实SPOOLING算法，使用初始数据进行模拟，并分析模拟结果。（5）文件系统中操作命令的实现，要求：设计两级目录结构及设计文件的保护措施，实现文件操作命令：create、del、open、close、read和write等，运行初始数据，并分析运行结果。
实验参考书可选清华大学出版社徐虹的《操作系统实验指导――基于Linux内核》、清华大学出版社张丽芬的《操作系统实验教程》、机械工业出版社陈向群的《Windows内核实验教程》、高等教育出版社孟静的《操作系统教程题解与实验指导》、清华大学出版社任爱华的《操作系统实验指导》等。由于可选的参考书很多，可以不统一订购，教师只需提供参考书目，让学生根据实验情况灵活选择。上机实验时以分组的方式组织课程设计，即按照一定的方式进行分组，每组负责一个课程设计任务，并且每组选一个人作为组长负责实验内容的总体设计和组内任务分工，这样使得组内成员之间既是一种相互独立的关系，又是一种相互协作的关系。通过实验课程不仅可以使学生深入理解和掌握操作系统的知识和运用这些知识的能力，还可以深化学生对主流操作系统的理解、培养学生良好的理论与实际相结合的意识、提高学生分析问题和解决问题的能力。
4．结束语
操作系统是一门抽象的课程，掌握最新的操作系统原理、提高对现代操作系统的实践能力，虽然要依赖于教、学双方的不懈努力，但在教学中教师仍然起到主导作用，只要我们合理地使用多样的教学方法，充分调动学生学习的兴趣、学习积极性和主动性，通过加强实验教学提高学生的动手能力以及分析和解决问题的能力，并能够抓好教学中的各个环节，就能使学生真正学好这门课。
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