操作系统实验教学研究与探索

1、操作系统实验教学研究与探索操作系统实验教学的重要性“操作系统 ”课程是计算机科学与技术专业必修的一门专业基础课,本课程的学习目的是让学生掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术1-2,为今后在相关领域的工作打下坚实基础。实验教学是 “操作系统 ”课程必不可少的环节 ,我们不仅要设置实验,而且还要重视实验 ,使其很好地辅助课堂教学。实验教学的质量直接影响学生的就业机会和工程实践能力 3 。德国教育家第斯多惠曾经说过: “教学的艺术不在于传授的本领,而在于激励、唤醒和鼓舞。 ”而实验教学的重点就是培养学生的好奇心和求知 欲 ,帮助学生自主学习、独立思考,鼓励学生发现问题、提出问题,并通

2、过实验过程找到解决问题的方法和途径。现状与存在的问题操作系统实验教学的重要性使我们有足够的理由要教好这门课,但是在实际 的实验教学活动中 ,学生要真正完成好操作系统的实验内容却并不是十分容易的 事情。下面从专业培养方案的定位、前导课程影响、选用操作系统以及实验教学质量监控等方面进行分析。应用型本科计算机专业培养方案的定位长期以来 ,我国计算机专业教育带有浓厚的计算机系统研究型人才培养色彩 与应用型本科人才培养目标的 “理论够用 ,注重实践 ”的特点不太相符。国家教育部强调对不同院校不同层次的学生要采取分类指导的原则 ,应用型本科计算机类 学生的培养目标是培养既懂得计算机专业的理论知识 ,又掌握

3、计算机应用技能的 高级应用人才。对此问题的研究 ,我们课程组在文献 4-5 中已进行过论述,特别需 要说明的是我们课程组负责人范辉教授参加了由教育部教学指导委员会组织的 全国高校操作系统课程研究与资源建设项目 ,并在其中承担了应用型本科操作系 统课程的部分研究与建设工作,使我校的应用型本科操作系统的课程建设起到了很好的示范作用。前导课程的影响“操作系统”的前导课程有 “程序设计语言 ”、“数据结构”、“计算机组成原理 ” 和“汇编语言”等 ,它的后续课程包括 “计算机网络 ”、“数据库原理”和“编译原理”等 计算机学科的重要课程,如图 1所示。大部分学生在学任何一门课之初都比较认真,主观上有较

4、强烈的学好这门课的愿望,但是随着课程的日益深入,课程特征不断显露,特别是“操作系统 ”这 门课本身的理论性较强且实验内容对前导课的依赖性很大, 从而打击了一部分学生的学习热情,甚至有一部分学生因前导课程学习较差而放弃了操作系统实验作业的完成 ,从而影响了课堂学习甚至包括后续课程的学习。图 1 “操作系统”的前导与后续课程选用的实验操作系统由于操作系统课程本身的原因,使得操作系统实验环境较难选择。大部分教材以Unix 系统为实例 ,而 Unix 的安装成本又较贵,不太适宜用于学生实验。而传统的Windows 操作系统的大部分源代码未公开,具有一定的局限性和不透明性。 所以 ,我们选用 Linux

5、 作为主要的实验操作系统。但是 , 由于大部分学生之前都没 有接触过Linux, 并且还都非常熟悉Windows 系统 ,思维定势难免会给Linux 的认 识与学习带来一定的难度。实验教学质量监控从目前的实验教学情况来看 ,各个学校对评价工作都较为重视,但存在着只重结果而忽视过程以及考核方式不科学等问题。由于当前互联网技术的高速发展, 网络资源不断丰富,在实验过程中,学生的实验报告或设计代码部分存在抄袭现象,这部分学生虽然提交了实验报告,成绩也不 错 ,但实际上 ,却没有掌握相关的知识。如何在实验过程中进行教学质量监控 ,合理 利用 网络资源 ,避免抄袭 ,使学生能够既掌握知识又锻炼能力 ,这

6、为我们的实验教学 提出 了新的难题。提高实验教学质量的对策与方法笔者结合自己近几年的教学实践 ,就“操作系统”课程实验教学中遇到的上述问题 ,从以下 3 个方面谈谈自己的体会。 3.1 化难为易 ,从主观和客观两方面进行 引导(1)在学习的主动性方面,潜移默化地消除学生的畏难情绪。在第一节实验课上多下功夫。通过实例告诉学生操作系统实验学习在 现在的学习和今后工作中的重要性 ,使学生从纯粹学好课程的想法变为有目的性 的学习。例如 , 从考研和就业的角度, 强调编程能力和动手能力的重要性 , 并结合前 导课程如“高级程序设计”中的线程等相关内容加以说明。结合教师和前面学生的经验, 介绍操作系统实验

7、学习的方法和特征,以及 可,让学生针对自身的学习情况 , 提前准备和查阅前导课程的相关内 容 ,做,把一些好的学习技巧传授给学生 ,让学生知道怎么学、怎 么做。在后面的实验课上 ,单纯地强调操作系统实验内容重要性的意义已经不 大,教师应在每一次布置实验作业的时候,有意识的从应用及工程实践角度,用案例 的方式对实验内容加以多角度描述,从而使学生明确实验目的并激发学习兴趣。(2)在客观上,化难为易,有针对性地解决学生的学习难题。 分层次设计实验要求 , 如表 1 所示将学生粗略分为高中低3 个层次。表 1 学生层次分类层次前导课程掌握情况学习兴趣与学习目的人数第一层次基础知识非常扎实学习兴趣非常强

8、烈一小部分(80%)第三层次基础知识较差学习兴趣不高一小部分( 实验参考方案 :对于这个实验,首先要明确实验目的是通过编程加深对进程概念和算法的理解 ,对算法的理解是重点 ,而非编程本身。我们给编程确实有困难 的学生,提供一个实验参考框架,并在此基础上基本实现动态优先算法 ,只留下一些涉及到该算法核心思想的代码让学生自己填空 ,最后重点考察学生在此框架基础上自己编写的时间片轮转调度算法的实现。当然,对于绝大部分基础较好的学生,我们还是建议程序框架也要自己搭建。 我们还可以多鼓励学生充分合理利用网络资源, 如果有某些疑问或未解决的问题可以自己到网络上寻找答案或到一些论坛上参与讨论,增加自己学习和

9、丰富操作系统知识的途径。3.2 由浅入深 ， 多角度多层次学习掌握 Linux 系统我们选择 Linux 做为实验操作系统 ， 由于大部分学生之前都没有接触过它 ， 所以做实验时应该从易到难 ,一步步的来操作 ,如图 2所示。图 2Linux 系统学习阶段示意图我们的方法是首先熟悉Linux 简单操作的验证性实验， 包括基本的应用级实 验和系统管理级实验。在这一阶段,可以引导学生通过对熟悉的Windows 操作系 统的相关功能 ， 对比学习 Linux 操作系统的功能 ， 如表 3 所示。表 3 操作系统验证性实验列表序号实验内容LinuxWindows系统安装 W TOC o 1-5 h z

10、 系统的用户接口和编程界面W系统的界面认识 （ 窗口系统、文件管理和系统管理工具等） W使用U 盘 屏蔽Windows 桌面上的 回收站观察注册表内容V其次,在熟悉操作系统的基本操作与环境之后,进入设计性实验阶段,编程模拟实现操作系统的某些功能模块,如表 4 所示。表 4Linux 系统设计性实验列表序号实验内容（ 对应算法或命令） 必做选做进程调度模拟程序设计（ 动态优先级算法、时间片轮转调度算法 ） V页面置换模拟程序设计（OPT、 FIFO 、 LRU ） V文件系统模拟设计（login 、 dir、 read、 open 、 close 等） VI 后,进行实验内容难度较大,但很有意义

11、,也很有意思的源代码阅读级实验,这部分内容建议学生分组协作完成。可选内容有很多 ,例如进程创建、内存分配、系统安全性、磁盘驱动、文件的读或写、虚拟文件系统、 idle 进程等 ， 每组学生可自主选题 ， 最后的实 验报告 ， 由团队统一提交。表5 所示是我们 2008 ? 2009 年度第二学期学生源代 码阅读级实验分组情况汇总。表 5 源代码阅读级实验分组情况列表 TOC o 1-5 h z 序号实验内容是否团队人数/组进程创建V9内存分配V 10文件的读或写V8虚拟文件系统V10网络传输V 10设备管理V103 改进考核方式,加强实验教学质量的监控要加强实验教学质量监控,保证操作系统课程的

12、教学质量,我们对传统的只提交实验报告的实验考核方法从如下几个方面进行了改革与实践 :（1）提高实验成绩在最终课程成绩中所占比例（如图3 所示 ）,引导学生重视实 验教学。图 3 提高实验成绩比例示意图（2）对设计性实验和综合性实验的成绩评定,应在实验报告的基础上,综合多种形式进行考核量化。我们的方法是在实验过程中 ,不定时抽查部分学生的程序,并有针对性的提问和讨论,保证一学期每个学生至少有一次提问的机会,按回答情况进行打分。团队形式的综合性实验还要求组长提交任务分配情况以及个人完成情况,将协作能力、资料分析能力等纳入考核 指标。4 结束语我校“操作系统”应 （ 用型本科 ）从 2004 年被评为“校级精品课程 ”和 2006 年 被 评为“山东省省级精品课程 ”以来 , 在更新教学与实验内容、加强教学梯队建设 与 教材建设、改进教学方法和教学手段、加强素质教育、培养创新人才等方面不 断 进行