计算机专业师范生的“操作系统”课程教学

李　蓉　叶俊民

摘要:本文针对计算机专业师范生的特点,在研究了我国中小学信息技术课程标准并作了相关调研的前提下,设计了师范生的“操作系统”课程,修改了原来课程的内容、课时,并对课程的授课、实验和考核方式做出了调整,使学生所学内容能满足社会需要。课程上过后,学生反应良好,达到了课程效果,并能促进学生的个性发展,培养学生的自学和创新能力。

关键词:操作系统;计算机专业师范生;课堂教学;实验教学

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

2007年3月5日国务院总理温家宝在政府工作报告中指出,在教育部直属师范大学实行师范生免费教育。这意味着,近代中国在相当长时间内实行的师范生免费教育制度,如今将重新返回大学校园。自2007年秋季入学起,教育部直属6所师范大学:北京师范大学、东北师范大学、华东师范大学、华中师范大学、西南大学和陕西师范大学开始招收生免费师范生。华中师范大学计算机科学系已经招收了07级和08级2届计算机专业的免费师范生,一共约200人,以后还会继续招收。由于计算机专业不像中文、数学、英语等专业那样原来就是师范专业,有现成的针对师范生的授课大纲和经验,这些学生的课程如何设置成了一个亟待研究解决的问题。

“操作系统原理”课程是学习计算机科学的必修课程,又是一门理论性与实践性都很强的课程,要求学生掌握计算机操作系统的基本原理、基本概念;了解操作系统的设计方法;学会使用常用的操作系统;而且要求学生能够理解和实现简单的相关算法。这门课程的内容和教学方法针对师范生如何调整,是本文要说明的主要内容。

2针对师范生的“操作系统”课程的问题

2.1课程的地位问题

毋庸置疑,在原来的教学体系中,“操作系统”课程处于专业课的核心地位,是极为重要的专业必修课,但是对于毕业后要从事中小学信息技术教学的师范生来说,这门课程的地位如何?这需要从分析中小学对信息技术教师的基本要求入手,为此笔者分析了国家制定的高中初中和小学的信息技术课程标准,并访问了一些中小学的信息技术教师。

我国在中小学对学生信息技术教育的目标主要是激发和培养学生的兴趣,使学生能掌握某些技术的运用,并鼓励创新。

初中和小学的信息技术课程的基本要求有:

(1) 了解计算机的结构和工作原理。

(2) 能利用因特网有效获取信息,解决实际问题。

(3) 能使用文字处理、绘画、电子表格等简单软件表达想法。

(4) 能运用常用远程通讯工具进行合作学习。

高中信息技术课程包括必修与选修两个部分,共六个模块。必修部分只有“信息技术基础”一个模块,选修部分包括“算法与程序设计”、“多媒体技术应用”、“网络技术应用”、“数据管理技术”和“人工智能初步”五个模块,信息技术课程各模块之间的关系结构如图1所示。

由此可见我国中小学的信息技术教育是以计算机的基础知识和应用为主,在高中包括C或Java语言编程、Dreamware、Photoshop等多媒体工具的使用、Access数据库的使用等,以使用工具为主,同时包含简单的理论知识。

笔者还采访了一些中小学的信息技术教师,他们普遍认为中小学信息技术教师由于学科的特殊性,不可能像其他专业的教师那样只完成教学任务,而是要做很多与计算机有关的工作,如校园网络的建设和维护、网站的制作;竞赛培养如NOI竞赛;为其他专业教师做教学比赛的课件;学校硬件维护,如功能教室、多媒体教室、电视台、网络教室等设备维护。这使中小学对信息技术的教师要求很高,要求教师知识面广,有很强的应用能力,并有一定的专长。

据此可以了解“操作系统”课程虽然不是师范生以后要讲授的课程,但仍然十分重要。在中小学的信息技术基础课程中一般都要讲解Windows系统的使用,师范生通过学习“操作系统”课程能够更好地理解和运用Windows系统;师范生需要做学校各种设备的维护和网络维护,了解各种操作系统的特点和管理方式对他们有所帮助;同时,师范生要有较好的程序设计能力,能为学校构建小的应用或演示系统,学习“操作系统”课程能使他们更好地理解系统调用,提高编程能力。因此,“操作系统”课程仍然是重要的专业必修课。

2.2课时的调整问题

由于“操作系统”课程的内容非常丰富,涉及理论和实验,课时量较大,我系原来的课时是72学时/学期,即每周4节课。并且在下一个学期安排“操作系统课程设计”课程,使学生有时间完成几个大的操作系统试验,如进程的调度和演示、文件系统的模拟和演示等,使学生能够通过编程模拟实现部分操作系统的功能从而进一步加深对操作系统原理的认识,提高动手编程的能力。即便如此还是有很多学生反映课时太少,授课时有些地方讲解得不够详细,例子不够多,编程时有很多困难等等。

由于师范生必须学习许多学校规定的师范类专修的课程,如教师口语(普通话),教师书法,心理学基础,教育学基础,现代教育技术等,计算机专业课程的学习时间有限,必须减少课程,压缩课时。因此“操作系统”课程改成54学时/学期,即每周3节,增加了18个课时的上机试验课时,但减掉了“操作系统课程设计”课程,这样就把2门课程合在一起上了。考虑到“操作系统”课程开始就讲授理论基础,没有涉及到实验的内容,于是上机试验课时间定在第9周之后开始,每周2节。

2.3课程内容的调整问题

我系原来使用的教材是陈向群主编的《操作系统原理(第二版)》一书,这是一本经典的操作系统教材,主要特点是对操作系统的基本原理阐述清楚,并能发反映一些较新的成果和发展方向,同时非常注重操作系统的课程实践,在每一章中都加入了对Linux系统和Windows Server2003系统的分析。其中对Linux系统的分析非常详细,如存储管理一章分析Linux系统的内存管理,分析了Linux系统的内存数据结构、页表管理、页面的分配回收、地址映射等内容,配有相关的图表和代码,使学生很快从操作系统的理论进入到实际,并产生了阅读相关的Linux代码、通过修改部分代码编译自己的操作系统的兴趣,学习效果很好。由于师范生在每一届的人数不到一百人,笔者认为暂时没有必要更换教材。但这本教材的内容很多,由于课时的压缩,必须对授课内容有所删减,具体修改如下:

(1) 减掉了第2章操作系统的硬件环境。因为之前开设的计算机组成原理课程已经讲授了这些知识,不需要再作介绍。

(2) 减掉了第8章死锁。死锁是操作系统中一个很重要的概念,但一些基本概念可以放在进程管理中的进程的同步和互斥中介绍,这一章的内容比较深,学生不容易理解。

(3) 减掉了第9章操作系统设计。由于课程针对师范生,他们主要从事教学和简单的编程、应用,一般不会从事操作系统的设计,故减掉了这一章。

(4) 减掉了第10章操作系统安全。这一章实际上内容很多,在几个课时内讲授没有很好的效果,因此被删除。

有些章节的内容还有一些调整,如在第6章文件系统中去掉了文件系统的性能问题和文件系统的可靠性小节,把文件系统的使用放在实验课中等等。

3教学方法的改革

由于课时限制,必须在比原来更短的时间内教授“操作系统”课程的内容并使学生能很好地掌握,同时希望培养学生的兴趣和创造性,为他们以后的教学工作做出表率,笔者研究改革了教学方法。

3.1对课堂教学的改革

课堂教学是教学中最重要的环节,传统教学方发重演绎、推理、按部就班,教师花很长的时间讲授,但学生不一定理解,束缚了学生的独立思考能力和创造能力。笔者注重培养学生正确的学习方法和良好的自学能力,采用了以下方法。

(1) 注重案例教学方法。“操作系统”课程理论比较枯燥难懂,笔者摒弃了过去只注重书本内容的教授方式,采用分析案例的方法,促使学生从实际出发,运用理论知识分析问题。在授课中用Linux作为实例讲解效果非常好,由于Linux的源代码是公开的,并且用C语言和汇编语言实现,讲解时可以把一部分源代码拿出来进行分析。比如讲进程时,PCB的概念很重要,但又比较抽象,这时可以把PCB的源代码拿出来作为案例讲解。学生通过分析源代码,能很快理解PCB的概念,否则教师可能花费很长时间讲解学生还是似懂非懂。对处理机调度、内存管理、系统调用、中断处理等内容的讲解也都可以先找好的案例进行分析,对学生帮助很大。

(2) 在课堂中穿插提问。提问是教师与学生交流的重要手段,但在大学授课中常常因为班上学生很多、课时紧、学生反应不积极等原因,教师很少提问。其实提问是学生对授课内容的反馈,也是学生参与教学的一种方式,能很好的提高教学效果。笔者把提问成绩作为学生的平时成绩,迫使学生认真思考所提问题,跟上课程进度,同时也鼓励学生广泛阅读相关资料,深入思考,提出问题。对能提出有深度的问题的学生实行加分鼓励,学生通过课程网站、电子邮件等提出和回答的问题也一样计为平时成绩,尽量使所有学生都至少有一次回答问题的成绩,作为期末成绩的重要参考。课堂提问虽然会占用时间,但好的问题能引起学生深入思考,又能使老师了解教学效果,及时调整进度,改进教学方法。

(3) 要求学生预习和复习。由于课时有限,课程进度较快,这需要学生课前预习,从而能更好的理解课堂内容。笔者在每次课前会提出一两个小问题,答案都在课本中,以检查学生的预习情况,在每次课后会展望下次课的内容,方便学生预习。在每一章上完还会提供一些参考资料,包括一些相关网站、原来学生的报告、相关论文等,需要学生课后复习,在后一次上课时随机抽查学生介绍自己看过并感兴趣的内容,上讲台做一个小报告,这种方式培养了学生的自学能力,调动了他们的积极性,活跃了课堂气氛。

3.2对实验教学的改革

实验是“操作系统”课程教学中非常重要的环节,通过实践学习操作系统是最佳的学习途径,但由于课时原因不得不对原来的实验内容有所压缩。笔者开设的操作系统实验内容和原因如下。

(1)Linux操作系统的使用。由于师范生工作后一般会做学校的校园网、实验室等设备的维护工作,可能用于网络服务器和一些设备中的Linux系统是学生应该掌握的。实验要求学生熟练使用Linux系统的图形界面和命令语句,了解系统的文件结构、用户接口等。

(2) 分析Linux操作系统的源代码。阅读并理解操作系统的源代码是学习操作系统设计的一种重要方法,学生可通过分析某个具体的系统较快地掌握操作系统的总体结构和设计思想。笔者选择的教材的最大特点就是每一章中都在最后一节分析了Linux和Windows系统的相应管理方法,这部分内容很多,没有时间全部在课堂上讲授,因此安排在实验中,要求学生分析其中的Linux代码,总结出对应的模块功能。

(3) 模拟实现操作系统的某些功能。学生通过为对操作系统中的一些典型算法的模拟实现,能更好地掌握操作系统的实现原理,使学到的理论知识形象化、具体化。笔者要求学生完成进程调度、作业调度、存储器管理中的命中率问题和文件管理的算法的模拟演示。学生需要选择其中的一个算法编程实现并提供良好的界面演示算法的运行过程,这使学生能更好的认识操作系统主要功能的实现机理。模拟所需的算法、主要数据结构和程序流程图都由教师提供,涉及的软硬件资源和数据结构都是自建的,这样简化了实验,使学生能够在较短的实验时间内在教师的指导下完成编程实验,而不是因为太难无从下手而放弃,能够达到实验效果。

3.3对考核方式的改革

考核方式是对学生学习效果的评价方式,是学生学习的主要参照物。在“操作系统”课程中,面对单调抽象的理论知识,上机试验以提高学生的能力尤为重要。所以笔者改变了传统的卷面考核办法,将总评成绩改为卷面成绩占50%,实验成绩占50%。同时,实验课的考核要详细化、规范化。由于试验是分组进行的,每组交一份实验报告,给一个成绩,应该对小组各个成员有所区分,实验评分时要求小组提交实验报告时按各人的贡献排名,组长排在第1位有5%的加分,组员的成绩按权值递减,分别是100%,98%,95%。这样避免了原来只是由个别能力强的组员完成整个实验,有些组员没有参与的问题,使评分更加合理。对于实验的考核包括上机演示、上机时提问和实验报告3部分,各占试验成绩的40%、30%和30%。每组都有10分钟的提问时间,提出的问题包括整体的设计思想、对开发工具的了解、用到的一些函数或变量的意义、现场对某个功能的修改等等,这样能检查出学生是否是从别人或网上得到的试验程序,得出充分客观的评分。

3.4充分利用网络资源

笔者所在课程组开发了操作系统精品课程网站,网站上有所有的教学课件、实验指导书、教学视频录像等课程内容;提供其它好的操作系统课件、操作系统实验的例子、Linux分析资料等很多有用的资源下载;还包括网上答疑、在线考试和提交作业等特色功能。学生可以在网站论坛上提问,教师能实时做出解答。在线考试系统能自动抽取教师定义的试题库中的试题,组成一份试卷,并在学生答完后评分并给出正确的答案(目前试题库中只有客观题)。教师能够在线布置作业、批改作业并统计成绩。这种方式提高了学生的学习兴趣和学习效率,加强了师生之间、学生之间的交流与合作,并能及时向教师反映学生的学习状况,为课程教学提供了有力保障。

4结束语

计算机专业的师范生还是个新事物,这些学生该如何培养值得我们探讨。我们培养的学生应该能满足现在各地中小学对信息技术教师的要求,又要有一定的前瞻性,能满足学生以后考研的需要。对学生的培养大纲和各门课程的教学计划都要认真研究,使我们的学生有好的理论知识和应用技术,能尽量满足社会各方面的需要。笔者根据自己的理解和实践,谈了自己对计算机专业师范生的“操作系统”课程的内容调整和对课程的授课、实验、考核方式的调整。这门课程已经上过一轮,学生反应很好,在学时压缩的情况下学生对理论知识的掌握情况和原来一致,达到了课程要求。并且学生能积极地提出自己的想法,关注相关的新技术新发展,这说明课程促进了学生的个性发展,培养了学生的自学和创新能力。

参考文献:

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