操作系统课程教学改革和创新能力培养探析

武 岩，李 华

(长春理工大学计算机科学技术学院，长春 130022)

操作系统是计算机科学与技术、软件工程、网络工程专业的核心课程，也是一门理论性和综合性较强的课程。本课程的教学目的，是使学生了解什么是操作系统，掌握操作系统的基本概念、基本原理、实现机制和重要算法，加深对操作系统基本原理的理解和认识，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。然而，在操作系统课程教学过程中我们体会到困难重重。首先，操作系统课程概念抽象、理论性强、理论与实际系统相脱离的现象，造成了讲授起来比较枯燥，学生感到该课程难以理解。其次，实践环节中学生都是在某一操作系统平台下的，实验内容主要采用验证性实验，例如，作业调度实验:编程模拟先来先服务，短作业优先，高响应比优先调度算法等［1］;磁盘调度实验:模拟短道优先和电梯调度算法等。这些实验很难使学生对系统模块细节有所理解，更不用说结合多种实际系统的各自特点进行比较分析，灵活应用。这就使得学生的学习积极性和主动性受到影响，很难进行综合创新能力的培养。

针对上述现象，本文从“调整教学内容，改进教学方式方法，改变学生的实践平台，完善实践内容”4个方面对如何激发学生学习的积极主动性，培养多平台操作系统技术与创新应用型人才进行探讨。

一、调整教学内容，系统源码分析引入基本理论

对于操作系统课程，很多同学能够掌握基本理论知识，并且通过考试，但对于实际系统的具体细节并不清楚，“停留在书本”的现象比较严重。据此，应从下面两个方面给予重视:

1.操作系统基础内容的学习。对于操作系统基础内容，必须为学生打下牢固的理论基础，这会给学生实际操作时提供良好的保障，同时也为进一步深造学习奠定扎实的基础。

2.操作系统应用内容的扩展。操作系统教学不仅要掌握基本原理，更需要让学生熟悉系统提供的功能，并能在开源的系统环境下扩展系统功能。这就要求在应用能力教学方面适当加入系统源代码分析，让学生从本质上了解系统，做到从实际系统出发，将实践和理论相结合，二者相辅相成。

二、改进教学方式方法，激发学生学习热情

1.采用多种教学方式，在利用板书帮助学生加强记忆的同时，采用多媒体的教学形式，增大学习的信息量。多媒体技术利用视觉化的画面及生动的演示过程，可以有效地表述既抽象又无味的概念，可以使教学更易于被学生接受和掌握。对一些算法进行仿真和模拟，如在内存管理方案中，演示内存的分配和回收的动态变化过程，形象而生动，帮助学生对抽象的算法进行理解，激发学生的学习兴趣，从而达到学生从被动学习转变为主动学习。另外，还可以利用操作系统这门课本身的特点，以上课时用的电脑所安装的操作系统为例讲解相关知识点，比如对于进程的讲解，可以结合系统任务管理器中的应用程序、进程的实时变化情况生动形象地讲授［2］，让学生对枯燥抽象的概念具体化形象化，以帮助其理解。

2.采用教学－示范－实践－讨论教学模式，课堂教学与实践培养相结合。在讲授每部分重点知识时，要结合实际系统分析，变抽象为形象，加强学生的理解。还要加强学生的求知欲望，让他们也参与到教学中来，互相讨论，相互分享，加强对知识的理解。尤其是在实践环节，将学生实验中完成较好的设计，演示给学生观摩，并请实验设计者本人讲述其设计思想，回答同学提出的问题，这对设计者和其他同学而言，都是相互学习的好机会［3］。

3.针对性教学。学生在学习操作系统课程时，由于学习能力或者以后就业方向的倾向不同，学生对课程内容的掌握能力或想要达到的目标也就不同。为了能够使每个学生都能有较大进步，把学习能力强的学生组成兴趣小组，在实践教学中让他们多涉及一些探索性、综合性强的题目;对于学习能力较弱的学生，通过耐心的讲解和指导，使其尽快掌握知识内容和学习方法。

4.创新思维融入教学。教师在讲授操作系统课程过程中，根据所讲授知识的相关内容，找准创新教育的关键点，适时融入，合理拓展，如:在讲授页面置换算法［4］时，可以让学生发散思维思考各种置换算法的特点、优劣，允许学生提出自己的算法思想，阐述其所设计的算法的合理性。并可以在实验课时让学生设计实现自己认为合理的置换算法，从而使学生敢想、敢说、敢做，增强学生的创新意识。

三、改变实践教学平台，搭建多平台操作系统环境

传统的操作系统实践环境是基于Windows的，实验题目大都是一些算法的模拟，脱离实际系统使用，或者是基于API的系统功能调用，达到使用系统的目的，但功能的具体细节并不清楚。近些年，一些院校的实验环境采用Linux系统平台，涉及的实验题目是关于Linux系统的，如linux系统的常用命令，shell编程或linux系统调用编程等，可这又摒弃了Windows系统所具有的特点。若能将几种流行的操作系统结合在一起，采用多平台的操作系统环境，既有利于学生对多种系统的了解、使用，又有利于学生根据自己需要选择合适的系统平台。然而，在传统的PC环境中只能有一种操作系统，多种操作系统是不能共存的。但随着计算机网络和“云”技术的不断发展，网络中程序处理正发生着巨大的变化，这给操作系统平台革新提供了契机。因此，我们对传统的实践平台做了如下改革:

(1)改造传统的PC－PC架构平台，以VMware虚拟化软件为新平台模式，使PC从传统的数据在桌面迁移到数据中心。

(2)VMware虚拟化软件平台允许多个用户桌面以虚拟机的形式独立运行，同时共享 CPU、内存、网络连接和存储器等底层物理硬件资源。这种架构将用户彼此隔离开来，使每位用户都拥有自己的操作系统。采用这种操作平台，上操作系统实践课时，学生可根据自己需求选择合适的操作系统为实验平台，相互不受影响，可以充分发挥学生的主动性。

(3)通过先进的虚拟化平台构架，打破局限，从传统的PC逐渐过渡到以云平台为核心载体的“云”。

这种基于网络的“云”技术将Windows、Linux和Unix操作系统集于一身的多平台系统，给学生提供了一个灵活的操作平台，在操作系统实践课程中更充分地体现出它的优越性，既有利于方便学生对各系统的了解、使用，又有利于学生对各系统的特点进行比较，可以更加有效地帮助学生对各种操作系统的掌握与应用。

四、完善实践内容，发挥多平台操作系统特色

实践平台的进一步改革，要求实践内容也需进一步完善。实践内容既可以包括经典算法验证，如银行家算法、页面置换算法的模拟实现等，也可以包括基于Windows系统、Linux系统或Unix系统的功能调用，如进程创建、进程通信［5］等，还可以包括基于Linux系统对功能模块的进一步开发，对真实操作系统内核的操作，制作自己的操作系统，对于学生来说可扩展和创新的空间较大，有利于创新应用能力的培养。也可针对同一题目采用不同的操作系统平台完成，将其实现的过程、实现的方法进行对比，分析不同系统各自的优缺点，进而实现对系统的灵活掌握能力。此外，还可根据多平台操作系统的特点引入一些探索性、开放性、综合性的课题，给学生多提供自主学习的机会，培养学生研究和探索的精神，加强学生创新应用能力。

五、结束语

随着计算机开发向纵深方向发展，操作系统课程越来越体现出它的重要性，然而传统的操作系统教学模式存在种种弊端，操作系统课程教学改革势在必行。通过对教学内容、教学方法、实践教学平台、实践内容的调整与改善，不仅打破了传统单一的系统实践平台，完善了学生的编程环境，更促进了学生对多种系统的了解，对提高学生的学习积极性和主动性，培养学生的多种实际系统操作能力，提高学生的综合素质，打造创新应用型人才是至关重要的。

［1］汤小丹，梁红兵.计算机操作系统［M］.3版.西安:西安电子科技大学出版社，2007:91－95.

［2］张其亮，韩斌.计算机操作系统实验教学改革探析［J］.计算机教育，2010(7):91 －93.

［3］杨有利，唐丽文，田中青.优化实验分组法改善教学效果［J］.重庆与世界:学术版，2013(2).

［4］张红光，李福才.操作系统原理与设计［M］.北京:机械工业出版社，2009:127－131.

［5］张丽芬，刘昕.操作系统实验教程及Linux和Windows系统调用编程［M］.北京:清华大学出版社，2010:177－198.