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1、“操作系统结构分析”课程的教学探索与思考Abstract“Analysis of Operating System Structure” is a required course to the student of Computer and Network Engineering profession. The course is important in improving the students expert techniques and application skills. Firstly, this paper introduces the characteristics of “
2、Analysis of Operating System Structure”. Then analyses the architecture of the courses knowledge and the problems in teaching the course. At last, it discusses the following issues, including optimizing the teaching contents, improving the teaching methods, diversifying the forms of practice teachin
3、g, and so on. Key wordsAnalysis of Operating System Structure;course architecture;teaching; practice 随着计算机应用的普及,计算机操作系统近年来发展非常迅猛,其应用领域包括个人使用的PC、企业使用的服务器、信息功能运算以及企业软件开发等方面,并在很大程度上影响了相关的软、硬件信息产业。伴随着计算机操作系统宽广的应用领域,各行业对专业计算机操作系统人才的需求量大大增加,这也对高校计算机学科培养操作系统技术人才提出了非常迫切的需求。 2000年以来,信息工程学院面向计算机科学与技术专业的研究生和网络
4、工程专业的本科生开设了“操作系统结构分析”课程。该课程的主要任务是:通过课程教学使学生理解并掌握Linux操作系统的基本原理、组成、特点及内核的设计方法等,提高学生对系统软件的分析和设计能力1。结合笔者的教学经历,本文首先对操作系统结构分析课程的知识体系及特点进行了分析,进而结合本课程教学实践过程中存在的问题,对教学内容和教学方法的改革进行了探索与思考,以期对该类课程的教学方法进行深入的探讨。 一、课程特点分析 操作系统是计算机系统的核心组成部分,是计算机及相关专业最重要的主干课程。“操作系统结构分析课程”是一门综合的计算机专业课程,以计算机操作系统课程为基础,其目的是提高学生的计算机理论水平
5、和应用能力,以及对系统软件的分析和设计能力。 随着计算机技术朝着网络化方向的发展,其课程体系也更加的宽泛。如前所述,操作系统结构分析的特点决定了操作系统结构分析课程的内容必将涉及大部分计算机专业课程。从知识体系上,课程涉及的先修专业课程包括:计算机组成原理、微机原理、硬件设计、操作系统、编程语言与软件工程、计算机网络等2。但在此基础上,课程内容侧重于对Linux操作系统内核的分析,如内核的组成和功能、内核模块的设计原理、源代码分析等,以及与专业技术的结合。课程体系及其与其它课程、知识的关系如图1所示。 由于操作系统结构分析在内容、体系上具有涵盖内容广泛,系统化、综合化程度高,以及实践难度大等特
6、点,使得该课程成为计算机及网络工程专业中既难学又难教的一门课程。为此,必须结合操作系统内核结构分析的特点,对课程内容、授课体系进行合理规划和安排,对教学手段和方法进行完善和改革。这一点对学生的专业技术、教材选择及授课教师的理论基础、专业能力等提出了更高的要求。 二、教学中存在的问题 (一)教学模式单一 由于课程自身技术的原因,主要采用传统的教学方法,即以课堂讲授为主,形成一种“灌输式”的教学方法,对启发式、讨论式的教学方法采用比较少。现在虽然各大学都有多媒体教室,对教学起到了一定的积极作用,但该课程课件多是对书本内容的罗列,学生感觉枯燥乏味,没有参与思考的积极性,因此很难激发学生的学习兴趣。目
7、前授课内容主要是对Linux操作系统内部结构的分析,这与大多数学生实际使用的Windows操作系统存在一定距离,学生的学与用之间缺乏联系,容易产生厌学情绪。 (二)学生的学习态度存在偏差 大多数学生知道学习操作系统知识很重要,但学习兴趣并不高,即使学习也是为了应对一些考试。这主要有两方面的原因:学习操作系统的“无用论”。操作系统不比其它应用软件, 学习后会有立竿见影的效果。如学习一种程序设计语言后立即会设计一个简单的应用软件,这样的满足感和成就感很容易激发学生的学习热情,而学了操作系统结构分析后,要求学生设计一个系统软件是相当困难的。因此,许多学生都不重视本课程,认为学习也只是为了考试。操作系
8、统结构分析是理论性和综合性都比较强的课程,要求学生不仅要有很强的抽象思维能力,同时还必须具有深厚的程序设计语言功底、扎实的数据结构基础和雄厚的计算机硬件基础知识,所以大部分学生对计算机操作系统知识本身就存在一种畏惧情绪。 (三)实践性环节薄弱 “操作系统结构分析”课程的教材主要以知识介绍为主,适合于灌输式教学,要想在教学过程中加入实践环节非常困难。实践性环节的缺乏,不利于学生学习兴趣的激发和动手能力的培养。目前,虽然操作系统课程已开设相应的实验课,在一定程度上有利于操作系统结构分析课程的学习。但其目的主要是让学生了解Linux操作系统的用户界面、用户接口和操作实现方式,而不是让学生接触操作系统
9、的内部结构。因此,应为本课程开设专门的课程设计,为学生剖析操作系统的内部结构提供实验环境,有利于学生创新能力的培养。 三、教材改革是关键 笔者认为现有许多操作系统结构分析教材是比较滞后的,教学理念还是停留在知识灌输这个层面,缺乏启发性,也比较难以提高学生的学习兴趣。而如果将提高教学质量的任务全部交给任课教师,让教师自编辅助教材等,恐怕也不现实。由于教师的知识体系以及工作经历的不同,教学效果必然会参差不齐,因此要想制定严谨的教学计划,大幅度提高教学质量,关键还是落在教材改革上。 首先,在教材内容的组织上应注重选取基础性、实质性强的教学内容,而对于来自相关先行课程中的基础知识的介绍应做到适可而止。
10、其次,授课内容要结合国内外操作系统领域的最新发展,使学生了解操作系统的发展动向;注重讲述应用需求对操作系统提出的新要求,从而使学生领略该课程在计算机及相关专业的科学研究和实际应用中的重要作用,激发学生的学习兴趣。另外,教材的变化不能仅停留在内容的优化上,而应和软件编程等相融合,这样才能真正提高课程的可实践性,从而有助于学生动手能力的培养。 四、教学方法探索 “操作系统结构分析”课程是一门内容广泛、实践性强的综合性专业课程。因此,授课教师不仅要在教学内容上进行改革,更要结合已有知识及课程特点在实践中探索新的教学方法3,本课程的教学改革包括的内容及其结构如图2所示。 (一)灵活运用现代化教学手段
11、教学过程中应灵活运用多种课堂教学手段,注重传统的板书与先进的多媒体课件结合的方式,增加课堂的生动性,提高学生的学习兴趣。要能采取有效措施,不断地提高多媒体课件的制作质量,使其既符合课程教学大纲,又突出重点和难点。课件的内容不能仅是课程内容的罗列,而是要将课程内容跨章节地组织起来,形成一个整体,并包括与其他课程之间的关联等。课程内容中理论性强、极其抽象的关键内容宜使用图片或制作成动画。 应积极开展利用网络教学环境进行辅助教学的方法,将讲义、课件、习题以及辅导材料都放到内部的教学网络上,供学生课后学习时查阅4。同时,课程网站的建设更能为本专业学生提供共享与交流的环境,也为其他专业的学生提供了网络教
12、学资源。 (二)采用先进的教学方式 “灌输式”教学只能起到“转述”知识的效果,而不能达到让学生深入理解知识的目的。对于原理性较强的操作系统结构分析课程更应摒弃“灌输式”教学思路,而尽可能多地使用“启发式”+“案例式”的教学方法5。 在课堂教授过程中应多采用比较分析和相互关联的模式,并适当地采用课堂讨论的方式,由老师提出问题,然后启发学生积极主动的思考,而不是让学生机械被动地接受知识。对于可以与真实操作系统案例联系的部分原理性内容,适宜用真实操作系统进行课堂演示。但目前大部分院校的多媒体教学中的计算机上装的都是Windows系统,演示Linux 操作系统就比较困难了。可考虑专门设置一台装有Lin
13、ux的计算机,在多媒体教室的Windows平台上可以实时地与这台机器上的Linux系统相连,以实例来讲解Linux操作系统的理论概念,从而加深学生对概念和原理的理解。 另外,还要求教师提高自身的讲课技巧,在讲解抽象复杂的概念和原理时,尽可能引用生活中生动有趣的例子,使其生动化、生活化,这样才能提高学生的学习兴趣和热情,同时还能激发学生的观察力。 (三)增设实践教学环节 除了搞好课堂讲授之外,还应增加课程设计环节。操作系统结构分析课程的上机实践环节非常重要但又难于实施,可考虑采用观察与实验、程序仿真、源代码阅读等多种形式结合的实践教学模式6。以授课内容中的知识点为主线,进行针对性实验,以便于学生
14、对抽象内容进行深层次理解。在实践过程中要求学生必须组队协作,对实验结果进行分析、讨论,并撰写课程小论文,以加强学生之间的交流。这样既可以培养学生的动手能力、代码阅读分析能力和调试测试能力,又能培养学生的团队合作能力。 (四)灵活运用多种考核形式 开设本课程不仅仅是为了分析操作系统的内部结构,进而掌握操作系统的设计方法,其更主要的目的是为了培养学生开阔的专业视野和协作创新实践能力。因此,对于本课程的考核不应该仅采用闭卷考试的形式,而应采用更灵活的方式,如平时作业、课程小论文、开卷考试、上机实践等综合的考核形式。这样的考核方式不仅可以降低学生突击考试的弊端,还能有效地提升学生的自主学习能力,从而提高课程的教学质量和效率。 操作系统结构分析是一门抽象的课程,掌握最新操作系统的内部结构、提高对现代操作系统的实践能力,依赖于教、学双方的不懈努力和教学方法的不断创新。从调整教学内容、改进教学方法、重视实践环节、优化考核方式等方面入手,不仅可以提高课程的教学质量,更能培养出理论功底扎实、动手实践能力强的复合型人才。为适应新形式下我国信息技术加速发展的需要,各专业核心课程的教学必须大胆创新、敢于实践,开拓创新型人才培养的新局面。