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摘 要:计算机操作系统原理课程是计算机专业的核心课程,如何通过有效的教学方法和适合的评价方法来调动学生的学习积极性,培养学生的创新能力,成了课程教学中要解决的关键问题。我们在教学实践中对教学内容和实验进行相应的调整,同时深入分析和研究了相应的教学方法和评价方法。
关键词:计算机 操作系统原理 教学方法 评价方法
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2012)04(a)-0041-02
计算机操作系统是最核心、基础的计算机系统软件,学习和理解操作系统的工作机理和工作方式,进而设计和实现操作系统,是计算机学科,尤其是软件工程专业方向学生必备的知识和技能。
《计算机操作系统原理》课程是计算机科学与技术及相关专业的核心课程之一。该课程主要介绍操作系统的基本原理和实现技术,是理解计算机系统工作、用户与计算机系统交互和设计开发应用系统等基本知识结构的重要途径。由于该课程主要是由计算机各种操作系统的组成结构、设计思想、方法和理论综合而形成的,因此,课程内容比较庞杂、涉及面广、概念抽象,不易理解。因此,该课程也是计算机专业中教师“最难教”、学生“最难学”的课程之一。如何有效地来调动学生的学习积极性,使学生系统地掌握该门课程的各种知识,提高学生的实践能力,进而培养出社会需要的、具有创新能力的人材,成了课程教学中要解决的关键问题。
我们根据《计算机操作系统原理》课程本身的特点,基于教学过程中对学生学习情况的仔细分析和研究,对该课程的教学和评价方法进行了一些改革,以期达到上述教学目标。
1 改进教学模式和教学方法,提高教学质量
针对操作系统课程教学的特点,以及课程教学的难点,制定合理的教学内容,采用科学的教学方法,利用现代化教学平台,以提高教学质量。
1.1 完善教学体系结构,合理安排教学内容
围绕计算机操作系统原理课程,开展了一系列课程,包括“Linux操作系统”,“计算机操作系统原理”,“现代操作系统”及“嵌入式系统”等。这些课程内容相关又各有侧重,比如Linux操作系统侧重对操作系统的使用,使学生对操作系统具有直观和完整的印象;计算机操作系统偏重操作系统的基本概念、基本功能和算法原理,现代操作系统关注多处理机操作系统、移动设备上的电源管理、可信系统等内容。在此之前还安排了计算机编程语言,数据结构,计算机组成结构等先修课程。从而形成了以本科《操作系统原理》为基础,由嵌入式系统和现代操作系统等多门课程构成的内容衔接合理、层次分明的课程教学体系。
操作系统的发展日新月异,操作系统原理课程的教学既要紧跟操作系统软件技术的发展,也要紧跟硬件技术方面的更新。教师积极跟踪国外最新的操作系统原理教材,对课程内容进行优化调整,在强化课程内容的系统性的基础上,精简课堂讲授内容。例如,在课程讲授中放弃了过时的作业和作业管理部分的内容,强化了现代操作系统中的进程及线程的概念。相应的设计原理部分增加Linux或者Windows操作系统是如何实现的技术案例和部分原代码,并增加了线程死锁的实例学习。另外利用一定的课时,开设嵌入式操作系统(S-WinCE、VxWorks)、移动终端操作系统(如Android)等讲座。这样一方面可以充分利用有限的授课课时,向学生介绍最新的操作系统原理与技术;另一方面可以提高学生学习操作系统原理的积极性和主动性,从而达到良好的教学效果。
1.2 灵活运用教学方法,调动学习积极性和创造性
在教学过程中,提倡以学生为中心,注意运用课堂提问和课堂讨论的互动式教学方式。将以往授课中的“是什么”转变为“为什么”,使学生自主性、创造性地学习,激发学生主动学习、积极思维,培养学生丰富的科学想象力和自主学习能力,提高学生的综合素质。
在授课过程中以用户对操作系统不断发展的需求为核心,建立以操作系统所管理的各类资源对象为主线、以操作系统的性能为设计目标、以操作系统的核心算法和数据结构为实现手段的教学内容体系,深入浅出地分析操作系统的基本原理和设计实现框架。学生以该主线为导向,将自己摆在“管理者”角度上学习,按照提出问题—分析问题—解决问题的思路,由浅入深地遍历整个课程所覆盖的内容。
对于操作系统中的一些抽象概念和模型,灵活采用多种教学手段进行讲解。例如,操作系统中多进程的并发执行一直是学生理解的难点。教师让学生扮演如下场景:教师需要将一些书从图书馆搬到办公室,教师通知班长来完成这项任务。班长收到通知后,觉得自己完成任务有困难,申请得到一位助手。得到助手之后,班长负责搬物理书,助手负责搬数学书。在搬书的过程中,只有一个推车作为辅助工具。班长使用推车搬书的时候,助手就要等待;同理,助手使用推车搬书的时候,班长就要等待。之后,向学生讲解在该例子中,搬书任务类比于程序要完成的特定功能,班长类比于父进程,助手类比于子进程,工具推车类比于单处理机下的CPU。通过这样一个简单的例子,学生表示对多进程的并发概念有了非常直观的理解。
又如，对于多个生产者消费者问题中是否要使用互斥实现，请持有不同观点的学生进行辩论，由一方向另一方举出反例。另外，在讲述内存管理之前，让学生们分成几组，使用流行的“大脑风暴”方法，由学生自行提出各种管理方法以及需要的数据结构等。这些方法的使用，促使学生进行创造性的思维，大大提高了学生学习的主动性和积极性。
在教学当中,注重帮助学生建立方法体系。例如,在讲授文件管理的分层思想时,类比了计算机网络和数据库系统的分层思想;在讲述进程的互斥时,讨论在数据库中数据访问的原则等。将学生的思路从单个问题的解决,拓宽到通用的方法上,从而提高综合运用各种知识的能力。
另外,通过主课、习题课、专题课、课堂讨论,以及资料收集与分析、小论文、源程序分析、小型实验与设计等多种形式的理论授课提高学生的学习兴趣和教学效果。
1.3 充分利用现代化教学平台,拓展教学空间
教学方法和手段不拘形式,只要有利于教学目的,全部充分利用。利用各种现代化手段,将师生的交流,从传统的课堂,拓展到课堂、网络讨论、电子邮件、实验室、机房。
利用多媒体教室、多媒体课件、网络课件、习题库及测试平台等,使学生可以不受时间、地点的限制,方便地进行自主性的学习,有利于学生及时进行自我评估,发现学习中的薄弱环节,弥补知识缺陷,并向教师提出反馈。
网络提供的开放式平台也提供了师生交流的新途径,可以通过电子邮件,BBS、网上答疑,网上讨论等,对教学内容和方式及时进行调整和改善。
同时教师结合当前教学与学习新形势,积极引导学生有效利用各种现代化资源,随时跟踪了解国际操作系统发展的动态和操作系统教学中的热点、难点问题,开展多种形式的小组讨论与交流。学生在给定范围内自主选题,然后组成研究学习小组,利用各种参考资料和网上资源对某个专题开展自主学习和研究,并撰写报告。然后通过小组报告进行交流和讨论。并将优秀的学生报告放在课程的网站中,与教师一道构建循环教案。
2 采用分層式实践环节,兼顾学生兴趣与能力
实践环节是操作系统课程的重要环节,基本目标是使学生更好地掌握操作系统的基本概念、基本原理,及基本功能,有分析实际操作系统、设计、构造和开发现代操作系统的基本能力。在实验环节倡导层次教学法,以“注重基础,综合运用,鼓励创新”为指导思想,根据学生的学习能力和兴趣的不同,对学生进行分别指导,从个性化发展的角度考察学生的创新思维能力和理解问题的能力。
把操作系统的实验设计分成两部分,必做实验与选作实验。必做实验项目对应了操作系统中的重要概念和算法,如:进程控制、进程通信、线程(或者进程)同步和调度,处理机调度。这些实验要求每个学生在Linux环境下独立完成。通过这些训练,使学生更加系统地巩固学习的概念、原理、设计及算法,同时培养学生程序设计的方法和技巧,提高学生编制清晰、合理、可读性好的系统程序的能力。
对于存储器管理、设备管理实验和文件管理等综合性实验,由于课时有限,不可能每位同学做完所有的实验。因此,由学生自行组合形成若干组,每组选择1～2实验项目。学生在规定的时间内,完成问题分析、算法设计、编码调试、结果验证等工作。操作结束后,重要的一个环节是,请每个小组做一个总结汇报。要求上台演讲,小组成员全部参加。汇报内容包括如下几方面:(1)实验的原理和算法实现的特色;(2)实现过程中的重点和难点;(3)每个学生的分工,并回答其它小组学生的问题。
通过协作学习与模拟性学习相结合,培养组织协作与团队精神,让学生充分发挥主动、创新、积极动手参与实践的能力,从理论中来,到实践中去,再进一步上升为理论,开拓思维,主动参与,取得了较好的教学效果。
3 强调能力培养,合理制定考核方法
合理制定考核机制有利于激发学生的学习欲望,实现从被动接受到主动学习的转变。在加强对学生基本知识、基本技能考核的同时,注重动手能力、综合运用能力、社会实践能力、团队协作以及创新能力考核。
在理论学习过程中设计了多个学生互动的环节,包括提问、讨论、辩论等各种方式,这些是教师与学生的交流,是学生参与教学的一种方式,也是其平时成绩的重要记录。这些考核部分相当于对学生进行口试,可以及时反映教学效果。对于综合实验则采用报告、答辩、演示的方式进行考核,避免学生蒙混过关。
在考试方面,打破以往单一的闭卷考试模式,根据闭卷考试成绩、作业、实验、研究性学习等方面的情况,对学生的学习成绩和学习能力给予综合评定,全面考察学生的综合素质。
通过对学生进行考核的过程,发现教学中的不足,对教学内容、教学方法及时进行调整。
4 结语
计算机操作系统是一门重要的课程,计算机操作系统教学改革是一个不断深化、完善的过程。为适应新形式下我国信息技术加速发展的需要,教师必须不断改进自己的教育教学方式和方法,不断提高自己的业务水平,切实贯彻该课程的教学大纲和基本要求,不断地完善教学活动的各个环节,充分调动学生的积极性,夯实学生的专业基础,培养出社会需要的、具有创新能力的人材。
参考文献
[1] 江志华.浅谈类比教学法在操作系统教学中的应用[J].福建电脑,2008(8):203～204.
[2] 樊彩霞,张益维.操作系统教学方法研究[J].中外教育研究,2011(2):57～58.
[3] 秦学勇,章曙光.操作系统综合实验教学与實践探索[J].科技信息,2010(21):20.
[4] 李瑛达,谢双杰.“操作系统”实例化教学的改革探讨[J].计算机教育,2009(14):27.
关键词:计算机 操作系统原理 教学方法 评价方法
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2012)04(a)-0041-02
计算机操作系统是最核心、基础的计算机系统软件,学习和理解操作系统的工作机理和工作方式,进而设计和实现操作系统,是计算机学科,尤其是软件工程专业方向学生必备的知识和技能。
《计算机操作系统原理》课程是计算机科学与技术及相关专业的核心课程之一。该课程主要介绍操作系统的基本原理和实现技术,是理解计算机系统工作、用户与计算机系统交互和设计开发应用系统等基本知识结构的重要途径。由于该课程主要是由计算机各种操作系统的组成结构、设计思想、方法和理论综合而形成的,因此,课程内容比较庞杂、涉及面广、概念抽象,不易理解。因此,该课程也是计算机专业中教师“最难教”、学生“最难学”的课程之一。如何有效地来调动学生的学习积极性,使学生系统地掌握该门课程的各种知识,提高学生的实践能力,进而培养出社会需要的、具有创新能力的人材,成了课程教学中要解决的关键问题。
我们根据《计算机操作系统原理》课程本身的特点,基于教学过程中对学生学习情况的仔细分析和研究,对该课程的教学和评价方法进行了一些改革,以期达到上述教学目标。
1 改进教学模式和教学方法,提高教学质量
针对操作系统课程教学的特点,以及课程教学的难点,制定合理的教学内容,采用科学的教学方法,利用现代化教学平台,以提高教学质量。
1.1 完善教学体系结构,合理安排教学内容
围绕计算机操作系统原理课程,开展了一系列课程,包括“Linux操作系统”,“计算机操作系统原理”,“现代操作系统”及“嵌入式系统”等。这些课程内容相关又各有侧重,比如Linux操作系统侧重对操作系统的使用,使学生对操作系统具有直观和完整的印象;计算机操作系统偏重操作系统的基本概念、基本功能和算法原理,现代操作系统关注多处理机操作系统、移动设备上的电源管理、可信系统等内容。在此之前还安排了计算机编程语言,数据结构,计算机组成结构等先修课程。从而形成了以本科《操作系统原理》为基础,由嵌入式系统和现代操作系统等多门课程构成的内容衔接合理、层次分明的课程教学体系。
操作系统的发展日新月异,操作系统原理课程的教学既要紧跟操作系统软件技术的发展,也要紧跟硬件技术方面的更新。教师积极跟踪国外最新的操作系统原理教材,对课程内容进行优化调整,在强化课程内容的系统性的基础上,精简课堂讲授内容。例如,在课程讲授中放弃了过时的作业和作业管理部分的内容,强化了现代操作系统中的进程及线程的概念。相应的设计原理部分增加Linux或者Windows操作系统是如何实现的技术案例和部分原代码,并增加了线程死锁的实例学习。另外利用一定的课时,开设嵌入式操作系统(S-WinCE、VxWorks)、移动终端操作系统(如Android)等讲座。这样一方面可以充分利用有限的授课课时,向学生介绍最新的操作系统原理与技术;另一方面可以提高学生学习操作系统原理的积极性和主动性,从而达到良好的教学效果。
1.2 灵活运用教学方法,调动学习积极性和创造性
在教学过程中,提倡以学生为中心,注意运用课堂提问和课堂讨论的互动式教学方式。将以往授课中的“是什么”转变为“为什么”,使学生自主性、创造性地学习,激发学生主动学习、积极思维,培养学生丰富的科学想象力和自主学习能力,提高学生的综合素质。
在授课过程中以用户对操作系统不断发展的需求为核心,建立以操作系统所管理的各类资源对象为主线、以操作系统的性能为设计目标、以操作系统的核心算法和数据结构为实现手段的教学内容体系,深入浅出地分析操作系统的基本原理和设计实现框架。学生以该主线为导向,将自己摆在“管理者”角度上学习,按照提出问题—分析问题—解决问题的思路,由浅入深地遍历整个课程所覆盖的内容。
对于操作系统中的一些抽象概念和模型,灵活采用多种教学手段进行讲解。例如,操作系统中多进程的并发执行一直是学生理解的难点。教师让学生扮演如下场景:教师需要将一些书从图书馆搬到办公室,教师通知班长来完成这项任务。班长收到通知后,觉得自己完成任务有困难,申请得到一位助手。得到助手之后,班长负责搬物理书,助手负责搬数学书。在搬书的过程中,只有一个推车作为辅助工具。班长使用推车搬书的时候,助手就要等待;同理,助手使用推车搬书的时候,班长就要等待。之后,向学生讲解在该例子中,搬书任务类比于程序要完成的特定功能,班长类比于父进程,助手类比于子进程,工具推车类比于单处理机下的CPU。通过这样一个简单的例子,学生表示对多进程的并发概念有了非常直观的理解。
又如，对于多个生产者消费者问题中是否要使用互斥实现，请持有不同观点的学生进行辩论，由一方向另一方举出反例。另外，在讲述内存管理之前，让学生们分成几组，使用流行的“大脑风暴”方法，由学生自行提出各种管理方法以及需要的数据结构等。这些方法的使用，促使学生进行创造性的思维，大大提高了学生学习的主动性和积极性。
在教学当中,注重帮助学生建立方法体系。例如,在讲授文件管理的分层思想时,类比了计算机网络和数据库系统的分层思想;在讲述进程的互斥时,讨论在数据库中数据访问的原则等。将学生的思路从单个问题的解决,拓宽到通用的方法上,从而提高综合运用各种知识的能力。
另外,通过主课、习题课、专题课、课堂讨论,以及资料收集与分析、小论文、源程序分析、小型实验与设计等多种形式的理论授课提高学生的学习兴趣和教学效果。
1.3 充分利用现代化教学平台,拓展教学空间
教学方法和手段不拘形式,只要有利于教学目的,全部充分利用。利用各种现代化手段,将师生的交流,从传统的课堂,拓展到课堂、网络讨论、电子邮件、实验室、机房。
利用多媒体教室、多媒体课件、网络课件、习题库及测试平台等,使学生可以不受时间、地点的限制,方便地进行自主性的学习,有利于学生及时进行自我评估,发现学习中的薄弱环节,弥补知识缺陷,并向教师提出反馈。
网络提供的开放式平台也提供了师生交流的新途径,可以通过电子邮件,BBS、网上答疑,网上讨论等,对教学内容和方式及时进行调整和改善。
同时教师结合当前教学与学习新形势,积极引导学生有效利用各种现代化资源,随时跟踪了解国际操作系统发展的动态和操作系统教学中的热点、难点问题,开展多种形式的小组讨论与交流。学生在给定范围内自主选题,然后组成研究学习小组,利用各种参考资料和网上资源对某个专题开展自主学习和研究,并撰写报告。然后通过小组报告进行交流和讨论。并将优秀的学生报告放在课程的网站中,与教师一道构建循环教案。
2 采用分層式实践环节,兼顾学生兴趣与能力
实践环节是操作系统课程的重要环节,基本目标是使学生更好地掌握操作系统的基本概念、基本原理,及基本功能,有分析实际操作系统、设计、构造和开发现代操作系统的基本能力。在实验环节倡导层次教学法,以“注重基础,综合运用,鼓励创新”为指导思想,根据学生的学习能力和兴趣的不同,对学生进行分别指导,从个性化发展的角度考察学生的创新思维能力和理解问题的能力。
把操作系统的实验设计分成两部分,必做实验与选作实验。必做实验项目对应了操作系统中的重要概念和算法,如:进程控制、进程通信、线程(或者进程)同步和调度,处理机调度。这些实验要求每个学生在Linux环境下独立完成。通过这些训练,使学生更加系统地巩固学习的概念、原理、设计及算法,同时培养学生程序设计的方法和技巧,提高学生编制清晰、合理、可读性好的系统程序的能力。
对于存储器管理、设备管理实验和文件管理等综合性实验,由于课时有限,不可能每位同学做完所有的实验。因此,由学生自行组合形成若干组,每组选择1～2实验项目。学生在规定的时间内,完成问题分析、算法设计、编码调试、结果验证等工作。操作结束后,重要的一个环节是,请每个小组做一个总结汇报。要求上台演讲,小组成员全部参加。汇报内容包括如下几方面:(1)实验的原理和算法实现的特色;(2)实现过程中的重点和难点;(3)每个学生的分工,并回答其它小组学生的问题。
通过协作学习与模拟性学习相结合,培养组织协作与团队精神,让学生充分发挥主动、创新、积极动手参与实践的能力,从理论中来,到实践中去,再进一步上升为理论,开拓思维,主动参与,取得了较好的教学效果。
3 强调能力培养,合理制定考核方法
合理制定考核机制有利于激发学生的学习欲望,实现从被动接受到主动学习的转变。在加强对学生基本知识、基本技能考核的同时,注重动手能力、综合运用能力、社会实践能力、团队协作以及创新能力考核。
在理论学习过程中设计了多个学生互动的环节,包括提问、讨论、辩论等各种方式,这些是教师与学生的交流,是学生参与教学的一种方式,也是其平时成绩的重要记录。这些考核部分相当于对学生进行口试,可以及时反映教学效果。对于综合实验则采用报告、答辩、演示的方式进行考核,避免学生蒙混过关。
在考试方面,打破以往单一的闭卷考试模式,根据闭卷考试成绩、作业、实验、研究性学习等方面的情况,对学生的学习成绩和学习能力给予综合评定,全面考察学生的综合素质。
通过对学生进行考核的过程,发现教学中的不足,对教学内容、教学方法及时进行调整。
4 结语
计算机操作系统是一门重要的课程,计算机操作系统教学改革是一个不断深化、完善的过程。为适应新形式下我国信息技术加速发展的需要,教师必须不断改进自己的教育教学方式和方法,不断提高自己的业务水平,切实贯彻该课程的教学大纲和基本要求,不断地完善教学活动的各个环节,充分调动学生的积极性,夯实学生的专业基础,培养出社会需要的、具有创新能力的人材。
参考文献
[1] 江志华.浅谈类比教学法在操作系统教学中的应用[J].福建电脑,2008(8):203～204.
[2] 樊彩霞,张益维.操作系统教学方法研究[J].中外教育研究,2011(2):57～58.
[3] 秦学勇,章曙光.操作系统综合实验教学与實践探索[J].科技信息,2010(21):20.
[4] 李瑛达,谢双杰.“操作系统”实例化教学的改革探讨[J].计算机教育,2009(14):27.