本课程的教学模式有哪些特点_操作系统课程教学模式的思考与实践

　　摘要：根据实际教学需求，针对操作系统原理教学中存在的问题，提出通过优化教学内容、改进教学方法以及加强实践环节等，对操作系统课程教学模式进行改革，论述了类比教学法和问题驱动教学法的实施过程。
　　关键词：操作系统；类比教学；问题驱动；教学模式改革
　　
　　0　引言
　　
　　操作系统原理课程是计算机专业和其他信息类专业如信息与计算科学专业的必修课程，无论在教学、科学研究和项目开发中都处于非常重要的地位。为了让学生能够扎实地掌握操作系统的原理、技术和实现方法，培养学生开发系统软件和大型应用软件的意识和能力，提高学生的综合能力，应当采取适当的教学方法，调动学生的学习积极性。作者在总结了近几年对操作系统原理课程教学经验的基础上，对该课程的教学模式改革进行了探讨。
　　
　　1　教学中存在的主要问题
　　
　　计算机操作系统课程的教学一直在计算机学科的教学计划中占据重要地位。在美国IEEE-CS和ACM联合专题组发表的CC2004报告中，提出了14个知识领域，操作系统便是其中之一。而且自2009年开始，操作系统已成为计算机专业研究生入学考试国家统考科目。
　　尽管该课程在整个计算机学科中非常重要，但是作者在教学过程中发现，目前课程教学中存在一些突出问题，影响了课程教学效果。
　　(1)学生兴趣不高。究其原因，一方面在于课程本身的特点，内容庞杂，涉及面广，理论性综合性比较强，许多概念非常抽象，要使学生在有限的时间内掌握它，有一定的困难。另一方面，学生中存在操作系统“无用论”观念。因为操作系统的抽象性，导致了不像其他课程或应用软件，学习后会有立竿见影的效果。如学习了ASP便能做―个网页，而学习了操作系统后要求学生设计一个操作系统恐怕是不现实的，也是难以实现的。因此，许多同学都轻视操作系统，认为学不学没有太大的关系。
　　(2)缺乏教学设计。在教学中多采用传统的教学方法，以课堂讲授理论知识为主。而且普遍存在课堂理论知识脱离实际应用的现象，是一种“灌输式”的教学方法。由于操作系统涉及知识的抽象性，又缺乏对教学内容的设计。很少采用启发式、讨论式的教学方法，导致课程缺乏生动性。
　　(3)实践性环节薄弱。学生做的有针对性的实验太少，开设的实验内容不能满足学生的实际需求。
　　针对以上问题，本人在近几年教学实践过程中，对操作系统教学模式的改革进行了有益的尝试。
　　
　　2　优化教学内容
　　
　　该课程在我校的教学涉及多个专业，如计算机科学与技术、信息与计算科学、电子信息工程等专业均设有该课程，但学时和培养目标各不相同，而课程本身又具有内容庞杂，知识抽象，涉及面广等特点，因此要想提高学生兴趣，首先要根据授课学生层次，并参考课程学时数、所选教材、实验条件以及课程教学大纲等因素，精选教学内容。
　　
　　2.1　教学内容确定
　　目前操作系统教材种类繁多，侧重点各不相同。作者在具体教学内容取舍和详略确定上，把握这样一个原则，即围绕IEEE／ACM制定的“计算教程2004”(CC2004)。确定的操作系统领域的核心知识单元有：操作系统概述，操作系统原理，并发性，调度与分派，内存管理，设备管理，安全与保护，文件系统作为基本教学内容。根据学生专业层次及课程学时数，确定各部分学时数及知识点讲授深度。
　　
　　2.2　教学重点确定
　　作者认为操作系统中的教学重点，不是哪个内容重要、哪个不重要，而是根据专业方向和学生层次相比较哪个更重要。
　　(1)基础内容最重要，效率优化次之。基础内容比高层内容更重要，授课过程中首先让学生掌握基本的内容，既可以提高知识传授的效率，增强学生自信心，又便于随后抛出效率方面的问题，引导学生逐步深入，激发学生学习兴趣。
　　(2)新的知识点比旧的更重要。这里的新是指现在仍在实际使用但未曾讲授过的技术(可能很早出现)。新的要多占课时，旧的不讲或略讲，一带而过。这样可以避免学生学习过程中产生“知识过时”的想法。特别是与实际应用相关的知识点要重点讲授，可有效地提高学生学习积极性。
　　接下来在教学过程中围绕确定的教学内容和重点，基本内容、重要内容对学生讲透，抽象、高层内容略讲或不讲，这样就可以解决学生认为课程“内容庞杂、抽象”的问题，引导学生由浅入深地掌握操作系统的基本原理。
　　
　　3　改进教学手段
　　
　　造成操作系统内容枯燥的原因之一是教学方法单一。改进教学方法是提高教学效果的有效途径。操作系统课程中许多抽象的知识点若采用类比、问题驱动等教学法，可以起到事半功倍的效果。
　　
　　3.1　类比教学法
　　所谓的类比教学法，是根据类比法的特点组织起来的教学活动，包括用类比法设计教案、课件、教学等，并在教学过程中向学生渗透类比思想。类比教学法是创设真实生动情景的有效工具之一，教师运用类比法创设的问题情景，能有效地促使学生发现新知识、新方法，让学生沉浸在问题情景中，将要探索的问题与已有经验联系起来，使得抽象的新知识更易于接受。
　　操作系统中概念都很抽象，但有许多都可以用生活中的事物类比。例如在讲授进程概念时，如果仅仅按进程的定义，一个程序在给定数据集合上的一次执行过程，是系统进行资源分配和运行调度的独立单位，给学生讲解，非常抽象，理解起来也有困难。但如果能够恰当地运用生活中的事物进行类比，建立起已有知识和新知识的联系，就会起到事半功倍的效果。如可将“进程”比作生活中的“按照菜谱进行烹饪的过程”或“按照乐谱进行演奏的过程”，这样简单的类比就能够使学生建立起“进程”的概念，也很容易理解“进程”和“程序”的区别。
　　通过类比教学，使学生感到抽象的理论不再抽象，提高了学习积极性，从而也提高了教学质量。类比教学法获得了学生的认可。
　　
　　3.2　问题驱动法
　　传统教学过程中，大都是教师讲，学生被动听，造成了学生学习兴趣不高、教学过程中缺乏互动等问题。这是影响操作系统课程教学效果的原因之一。亚里士多德说：“思维从问题、惊讶开始”，如果能够以“问题”驱动教学，在教学中创设适宜于学生发现和提出问题的问题情境，培养学生的“问题意识”，引导学生积极主动地去分析问题和解决问题，则可以有效提高课堂的互动性。
　　作者在教学中尝试采用“问题驱动法”即提问式授课方式，收到了较好的效果。每堂课开始提出一些与上次授课有关的内容，一方面可以了解学生课后的复习情况，另一方面可以更好地与新课内容衔接起来。在讲授新内容的时候，设计好各种问题，将原理用一个个问题引出来，在讲述课本的答案之前，请学生自己考虑一下可用什么方法解决所提出的问题，通过提问，让学生主动去思考解决的方法，比较自己的解决方法和已有方法的不同，可以让学生学习到一些好的思维方式。
　　如在讲授存储管理的“基本分页存储管理”内容时，可以提出问题1“为什么引入分页管理方法?”，通过回答这个问题，即“分区管理方式下存在碎片”，既可以让学生复习分区管理方式的特点，也可以引出新知识；问题2“分页方式如何解决分区管理缺点：碎片问题?”，引导学生分析分页的原理――“分散存储”；问题3“程序分散存储之后，如何完成地址变换?”引出分页方式的地址结构。通过精心设计问题，以问题驱动方式引导学生主动思考，一步步地解决问题，这个过程也是讲授新知识的过程。实践证明，这种方法可以有效地将学生被动学习变为主动学习，提高课堂互动效果。
　　
　　4　加强实践教学环节
　　
　　实践教学一直是操作系统课程中的重点和难点。通过设置一些有针对性的实验，使学生既能够理解原理又能引发对操作系统的兴趣，消除操作系统无用的错误观念。
　　目前很多院校在操作系统的实践环节上多重视抽象、复杂原理在操作系统内核的实现，且多为研究性和设计性的实验，而对操作系统理论在实际项目开发中的应用，没有足够重视。上机实验多只是让学生简单地将实验内容验证一下，不求深刻的理解。基于此，我们根据我校“面向应用”的办学方向，从“通过实践环节解决理论知识的理解和实际应用”的角度出发，根据我校学生专业层次，设置了以下三个层次的操作系统实验。
　　(1)操作性实验：让学生熟悉Linux平台的使用，了解开发环境和开发流程，掌握实验开发工具的使用方法，熟悉软件编程环境。这一层次的实验要求学生熟练掌握。
　　(2)应用性实验：主要包括Linux环境下进程创建、进程通信与同步、信号量机制、进程调度、虚拟存储等实验，帮助学生掌握Linux操作系统相关系统调用的使用。
　　(3)设计性实验：主要锻炼学生基本的应用和开发能力，包括建立文件系统、中断处理、YO接口等。主要为独立设课的课程设计。
　　
　　5　结束语
　　
　　通过对近几届学生的教学实践证明，本课程采用上述教学模式后能够明显提高课程教学质量和效果，可以有效提高学生的动手实践能力、课程的整体性和逻辑性把握的能力。类比教学法和问题驱动教学法的运用，提高了学生的学习积极性，有着事半功倍的效果。我校的操作系统课程已被学生评为“最受欢迎的课程”之一。随着新技术在操作系统中的应用的不断进步，操作系统教学实施过程的各个环节还需要进一步完善和优化。