操作系统课程有效教学浅析
蒋俊锋+夏宏雷
摘 要：《操作系统》课程作为计算机科学与技术专业的一门专业必修课程在计算机专业教学领域占有很重要的位置。本文从教学内容和方法出发探讨教学中存在的问题，并对教学内容和教学方法的有效教学进行探讨。
关键字：操作系统；教学方法；有效教学
Abstract： The computer operating system course as a major in computer science and technology occupies a very important position in the field of computer science teaching. This paper describes the problems of teaching content and methods in the teaching progress， and then the effectiveness of teaching content and teaching methods are discussed.
Key words： operating system； teaching method； effective teaching
操作系统不仅是计算机科学与计算专业的一门专业必修课程，也是其他与计算机相关专业的必修课。它涉及的知识抽象而又全面，学生必须要在了解相关计算机硬件知识的基础上再利用软件实现和巩固所学知识，因此需要较强的理论理解能力和实际的动手能力。操作系统在计算机软硬件课程中起着承上启下的作用，因此教学过程中好的教学方法就尤为重要。
1 实际教学现状
现代教育以培养应用型人才为主，注重学生的学习与实践相结合，而操作系统是一门理论性较强，实际应用较难的一门课程，且涉及的知识面广、专业知识深，使得学生对学习这门课程索然无味，缺乏学习兴趣，忽略了它的重要性。为了满足培养应用型人才的需求，在应用型本科课程培养方案的设定中操作系统的课时设置较以前减少，但课程重点内容和难度并未降低。在操作系统理论教学方面教学方法主要以讲授为主的强灌式教学，教学方法单一，达不到预期教学效果。另外，在操作系统课程课内实验教学方面由于实验条件环境的限制，需要合理的安排实验内容与实验教学的方法[1]。要使学生更投入更专注的学好这门课程，便对教学方法提出了新的要求。
2 理论教学内容与方法
2.1 设置有效的课程教学内容
现代计算机技术发展迅速，操作系统也更替较快，一些新的概念与算法原理在操作系统被更替的过程中也体现出来。第一是在现今的教学过程中选择的教材不但要跟上时代步伐，且满足基本知识面涵盖齐全的原则，选择针对当今主流操作系统Windows、Unix和Linux的教材[2]。第二是以培养应用型人才为目的制定教学大纲和教案，摒弃或少讲应用不广泛的技术，对于应用性强且多的技术应加多课时量进行讲解，如信箱通信和段式管理方式就要少讲，而线程的概念与多线程技术在计算机专业中应用广泛，应该加大课时量讲解。第三，教学内容应以操作系统四大系统资源为主，全程围绕这四类资源的各自运作与相互关联进行讲解。
2.2 采用类比教学
此处类比教学方法是将难以理解的内容类比为大家所熟悉的事物，然后展开教学的方法。由于操作系统很多概念比较抽象，学生理解较难，在教学过程中尽可能多的采用类比式教学方法把新事物类比为熟悉的事物来建立知识体系培养学生创造性思维能力。例如在讲解进程和线程的关系时，进程可以创建线程，进程在执行时需要向系统申请资源，进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源，我们可以如下图1所示进行类比： 计算机的核心是CPU，它是一个时刻在运行的工厂，计算机里的多个进程是各个用途不同的车间，但工厂电力有限每次只能给一个车间供电，那么每次只能有一个车间处于运行之中，别的车间得不到电就处于非运行态，一个车间里可以有很多工人，每个工人都是一个线程，他们协同完成一个任务，车间的资源是工人们所共享的，每个人都可以使用，但有些资源每次只能让一个人使用，如厕所，必须等某工人使用完后另一个工人才可以使用，这就是互斥，有些资源可以让多个工人同时使用，如休息区，但休息区每次只能容纳5个人，当休息区满了5个人后只能排队等待别人出来后才可以进去，这就是信号量。
2.3 采用启发式教学
启发式教学模式近年已在高等院校教学中已得到广泛认可。和传统教学方式相比启发式教学更突出了学生的主体性，增强了学生的课堂投入力，锻炼了学生的思维能力和创造力。操作系统教学中也应多使用这种教学方式来驱除教学过程中的乏味，如在讲解处理机调度这个内容时可先利用类比法将进程类比为病人、处理机类比为医生，然后引出病人轮流看医生就称为处理机调度。再激发学生思考病人看病应遵循什么原则才合理与公平，此时学生就会提出排队策略，那么教师就根据排队策略讲解先来先服务调度算法，接着反问学生如果某些病人是上午看过病的病人，下午拿着检查单来看医生此时应该作如何处理，或者军人来看病又应该如何处理，来引导学生在进程调度中提出优先级的概念。
2.4 采用实例教学方法
注重选择实例式教学，在讲完原理知识后要选择一个适当的实例来进行分析。如讲解PV操作时要引入具体代码实例进行讲解何时进行P操作与何时进行V操作，增强代码理解和编码能力为实践打下基础；讲解进程的创建时详细讲解CreateProcess命令，參数与返回值的分析和每个语句的作用，再利用启发式教学引导学生分析并完成进程的撤销实例。
3 实验教学改革
3.1 实验内容的设置
目前操作系统本科教材都是从用户与操作系统接口、进程管理、处理机调度、存储管理、文件系统和设备管理这几方面来进行教学。在实验课程中应围绕理论教学内容进行展开，又因实验课时有限可设置对应的5个基本实验项目[3]。在对实验内容进行设置时应结合现今操作系统的特性，不能像传统一样只做Windows平台下的实验，应结合Unix/Linux。因此实验室应同时具备两种操作环境，可以根据需要选择Windows或Unix/Linux进行实验教学。因操作系统每项实验涉及的高级语言知识较多，且实验时间有限，可选择部分实验采取解读代码与分析原理并推理结果的方式进行，这样可以开阔学生的思维、增强代码阅读与理解能力和建立学生的兴趣，再选取一次或二次实验进行简单系统模拟。实验项目的设置可参考如下表1所示。
3.2 翻转课堂教学方法
在以往操作系统实验教学中，实验课堂多以课前老师布置任务课后收集作业的方式进行。教师对于学生是如何完成实验以及实验完成有效率与实验雷同率掌握的不够，或出现部分学生不提交实验报告的现象。部分原因在于操作系统实验难以在课堂时间内完成，当在课后做时又缺乏老师指导。因此，对于难度较大时间较长的实验可以采取翻转课堂教学的方法。教师在讲授完理论知识后，就将对应的实验任务与资料下发给学生，学生利用课后时间到指定实验室去自主完成实验，此期间教师通过QQ群或微信群聊方式来指导学生，学生间也可以相互讨论完成实验，在实验课上学生分享自己的实验成果并由教师进行点评，最终学生总结实验报告并提交[4]。翻转课堂教学方法一方面可以学生刺激学生去学习减少懒惰的现象，另一方面也增强课堂氛围让学习更有兴趣，使每位学生都有效的参与到课堂中来。
4 结束语
操作系统课程理论较多内容抽象，学生难以理解，在理论教学时设置好教学内容并采用有效的类比教学与启发式教学方法来简化理论原理与提高课堂效率，使教学达到好的效果。要合理安排各个实验项目，并设计实验内容，部分实验采取阅读代码、分析原理和推理结果的形式，部分实验采取设计算法或模拟简单系统的形式，对于略难时间跨度较大的实验项目采取翻转课堂教学方法，采用教师辅导、学生互动、刺激与鼓励学生自主学习，再分享实验成果的方式进行教学。
参考文献
[1]卢加元.《操作系统》课程教学改革的研究与探讨[J].电脑知识与技术：学术交流， 2006（35）：195-195.
[2]林欣.试谈操作系统教学改革[J].电脑编程技巧与维护， 2010（24）：151-152.
[3]杜萍，范辉，谢青松，等.应用型本科操作系统实验教学初探[J]. 计算机教育， 2008（16）：31-32.
[4]李丹，赵艳芹，范大鹏.操作系统教学改革探讨[J]. 经济研究导刊， 2011（25）：284-285.
摘 要：《操作系统》课程作为计算机科学与技术专业的一门专业必修课程在计算机专业教学领域占有很重要的位置。本文从教学内容和方法出发探讨教学中存在的问题，并对教学内容和教学方法的有效教学进行探讨。
关键字：操作系统；教学方法；有效教学
Abstract： The computer operating system course as a major in computer science and technology occupies a very important position in the field of computer science teaching. This paper describes the problems of teaching content and methods in the teaching progress， and then the effectiveness of teaching content and teaching methods are discussed.
Key words： operating system； teaching method； effective teaching
操作系统不仅是计算机科学与计算专业的一门专业必修课程，也是其他与计算机相关专业的必修课。它涉及的知识抽象而又全面，学生必须要在了解相关计算机硬件知识的基础上再利用软件实现和巩固所学知识，因此需要较强的理论理解能力和实际的动手能力。操作系统在计算机软硬件课程中起着承上启下的作用，因此教学过程中好的教学方法就尤为重要。
1 实际教学现状
现代教育以培养应用型人才为主，注重学生的学习与实践相结合，而操作系统是一门理论性较强，实际应用较难的一门课程，且涉及的知识面广、专业知识深，使得学生对学习这门课程索然无味，缺乏学习兴趣，忽略了它的重要性。为了满足培养应用型人才的需求，在应用型本科课程培养方案的设定中操作系统的课时设置较以前减少，但课程重点内容和难度并未降低。在操作系统理论教学方面教学方法主要以讲授为主的强灌式教学，教学方法单一，达不到预期教学效果。另外，在操作系统课程课内实验教学方面由于实验条件环境的限制，需要合理的安排实验内容与实验教学的方法[1]。要使学生更投入更专注的学好这门课程，便对教学方法提出了新的要求。
2 理论教学内容与方法
2.1 设置有效的课程教学内容
现代计算机技术发展迅速，操作系统也更替较快，一些新的概念与算法原理在操作系统被更替的过程中也体现出来。第一是在现今的教学过程中选择的教材不但要跟上时代步伐，且满足基本知识面涵盖齐全的原则，选择针对当今主流操作系统Windows、Unix和Linux的教材[2]。第二是以培养应用型人才为目的制定教学大纲和教案，摒弃或少讲应用不广泛的技术，对于应用性强且多的技术应加多课时量进行讲解，如信箱通信和段式管理方式就要少讲，而线程的概念与多线程技术在计算机专业中应用广泛，应该加大课时量讲解。第三，教学内容应以操作系统四大系统资源为主，全程围绕这四类资源的各自运作与相互关联进行讲解。
2.2 采用类比教学
此处类比教学方法是将难以理解的内容类比为大家所熟悉的事物，然后展开教学的方法。由于操作系统很多概念比较抽象，学生理解较难，在教学过程中尽可能多的采用类比式教学方法把新事物类比为熟悉的事物来建立知识体系培养学生创造性思维能力。例如在讲解进程和线程的关系时，进程可以创建线程，进程在执行时需要向系统申请资源，进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源，我们可以如下图1所示进行类比： 计算机的核心是CPU，它是一个时刻在运行的工厂，计算机里的多个进程是各个用途不同的车间，但工厂电力有限每次只能给一个车间供电，那么每次只能有一个车间处于运行之中，别的车间得不到电就处于非运行态，一个车间里可以有很多工人，每个工人都是一个线程，他们协同完成一个任务，车间的资源是工人们所共享的，每个人都可以使用，但有些资源每次只能让一个人使用，如厕所，必须等某工人使用完后另一个工人才可以使用，这就是互斥，有些资源可以让多个工人同时使用，如休息区，但休息区每次只能容纳5个人，当休息区满了5个人后只能排队等待别人出来后才可以进去，这就是信号量。
2.3 采用启发式教学
启发式教学模式近年已在高等院校教学中已得到广泛认可。和传统教学方式相比启发式教学更突出了学生的主体性，增强了学生的课堂投入力，锻炼了学生的思维能力和创造力。操作系统教学中也应多使用这种教学方式来驱除教学过程中的乏味，如在讲解处理机调度这个内容时可先利用类比法将进程类比为病人、处理机类比为医生，然后引出病人轮流看医生就称为处理机调度。再激发学生思考病人看病应遵循什么原则才合理与公平，此时学生就会提出排队策略，那么教师就根据排队策略讲解先来先服务调度算法，接着反问学生如果某些病人是上午看过病的病人，下午拿着检查单来看医生此时应该作如何处理，或者军人来看病又应该如何处理，来引导学生在进程调度中提出优先级的概念。
2.4 采用实例教学方法
注重选择实例式教学，在讲完原理知识后要选择一个适当的实例来进行分析。如讲解PV操作时要引入具体代码实例进行讲解何时进行P操作与何时进行V操作，增强代码理解和编码能力为实践打下基础；讲解进程的创建时详细讲解CreateProcess命令，參数与返回值的分析和每个语句的作用，再利用启发式教学引导学生分析并完成进程的撤销实例。
3 实验教学改革
3.1 实验内容的设置
目前操作系统本科教材都是从用户与操作系统接口、进程管理、处理机调度、存储管理、文件系统和设备管理这几方面来进行教学。在实验课程中应围绕理论教学内容进行展开，又因实验课时有限可设置对应的5个基本实验项目[3]。在对实验内容进行设置时应结合现今操作系统的特性，不能像传统一样只做Windows平台下的实验，应结合Unix/Linux。因此实验室应同时具备两种操作环境，可以根据需要选择Windows或Unix/Linux进行实验教学。因操作系统每项实验涉及的高级语言知识较多，且实验时间有限，可选择部分实验采取解读代码与分析原理并推理结果的方式进行，这样可以开阔学生的思维、增强代码阅读与理解能力和建立学生的兴趣，再选取一次或二次实验进行简单系统模拟。实验项目的设置可参考如下表1所示。
3.2 翻转课堂教学方法
在以往操作系统实验教学中，实验课堂多以课前老师布置任务课后收集作业的方式进行。教师对于学生是如何完成实验以及实验完成有效率与实验雷同率掌握的不够，或出现部分学生不提交实验报告的现象。部分原因在于操作系统实验难以在课堂时间内完成，当在课后做时又缺乏老师指导。因此，对于难度较大时间较长的实验可以采取翻转课堂教学的方法。教师在讲授完理论知识后，就将对应的实验任务与资料下发给学生，学生利用课后时间到指定实验室去自主完成实验，此期间教师通过QQ群或微信群聊方式来指导学生，学生间也可以相互讨论完成实验，在实验课上学生分享自己的实验成果并由教师进行点评，最终学生总结实验报告并提交[4]。翻转课堂教学方法一方面可以学生刺激学生去学习减少懒惰的现象，另一方面也增强课堂氛围让学习更有兴趣，使每位学生都有效的参与到课堂中来。
4 结束语
操作系统课程理论较多内容抽象，学生难以理解，在理论教学时设置好教学内容并采用有效的类比教学与启发式教学方法来简化理论原理与提高课堂效率，使教学达到好的效果。要合理安排各个实验项目，并设计实验内容，部分实验采取阅读代码、分析原理和推理结果的形式，部分实验采取设计算法或模拟简单系统的形式，对于略难时间跨度较大的实验项目采取翻转课堂教学方法，采用教师辅导、学生互动、刺激与鼓励学生自主学习，再分享实验成果的方式进行教学。
参考文献
[1]卢加元.《操作系统》课程教学改革的研究与探讨[J].电脑知识与技术：学术交流， 2006（35）：195-195.
[2]林欣.试谈操作系统教学改革[J].电脑编程技巧与维护， 2010（24）：151-152.
[3]杜萍，范辉，谢青松，等.应用型本科操作系统实验教学初探[J]. 计算机教育， 2008（16）：31-32.
[4]李丹，赵艳芹，范大鹏.操作系统教学改革探讨[J]. 经济研究导刊， 2011（25）：284-285.
