本科“操作系统”教学方法改进与探索

摘要:本科“操作系统”教学,包含着比较强的专业内涵和比较广泛的专业基础知识,内容更新快,抽象概念多。这些特点致使该课程的教学需要不断地更新内容,改革教学方法,需要特殊的措施保证教学质量。文中对“操作系统”教学问题进行了比较深入的阐述,提出了解决问题的方案和措施,并对这些方案的实际应用效果进行了分析。

关键词:教学方法;认知体系;工程化思想

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

操作系统的概念和设计技术在计算机专业知识体系中占有着举足轻重的地位,操作系统的知识结构中包含着多层面的内容,国内、外大学计算机专业都会将“操作系统”课程作为专业基础课程设立,南开大学将本课程安排在本科三年级的第一学期开设,计算机专业的必修主干课,其他相关专业的必修或选修课。

“操作系统”课程难教、难学是著名的,这主要是由于其所涵盖知识的宽度和广度。在院、校两级领导的支持和培育下,我们对“操作系统”课程进行了多年的教学方法改革和实践探索。涉及到了教学方法、授课形式、课程内容、考核方式等方面的内容,提出并实施了一系列的有效的措施,取得了初步的成效,2007年该课程已被设立为“高教部――微软精品课程”。

2课程特点分析

“操作系统”课程是对系统核心技术的学习,因此学习操作系统知识需要有多项计算机专业基础知识,比如需要掌握计算机硬件和计算机体系结构方面的知识,还需要了解软件工程的思想,同时还应掌握一些软件设计的基本方法。

另外,操作系统在专业知识体系中有承上启下的作用,她可以将之前学生所学知识贯通起来,形成一个比较完整的认知体系。对于本科生来说,能否学好操作系统知识对学生未来发展有诸多影响。为了提高教学质量,能够抓住教学中的实质问题,我们对“操作系统”课程进行了比较全面的分析,根据受教群体的情况分析出我校操作系统教学特点,主要包括:

(1) 学生对专业知识了解不多

对于刚进入大三的本科生来说,他们正处于学习专业知识的初期,虽然已经学习了一些计算机专业知识,但对于许多问题认识还比较肤浅;大多数人几乎未从事过比较深入的设计与开发工作,对于计算机的大部分系统层知识仅仅是停留在对书本的理解和少量的实验课程理解上。

(2) 所学知识的贯通性差

在学习操作系统前,要求学生已经掌握了计算机原理、汇编语言、数据结构、程序设计语言等方面的知识,但由于这些知识都可以自成体系,在学习时并不过多要求学生进行知识间的穿插,因此学生掌握的知识相对孤立,并没有将所学知识融会贯通起来。另一方面,由于刚开始接触专业课,难度加大,学生或多或少地存在忙于应付课程作业的状况,所掌握的知识并不牢靠,各种知识点处于分离状态。

(3) 学生解决实际问题能力差

由于学生在大学的前两年中,主要是在进行基本概念和基本知识学习,学生的实践机会普遍较少,无论是编程量还是涉及的问题复杂度都不够。因此这个阶段学生的编程能力普遍比较弱,更重要的是由于没有独立完成一项编程任务的经历,他们几乎无法解决系统设计中碰到的中等以上复杂度的问题。

(4) 没有工程设计的概念

由于以上几点原因,这个阶段的学生几乎没有任何工程设计的思想和概念。这就使得学生在理解操作系统设计策略和方法时,会碰到许多困难。

3常见教学问题

本课程中的这些状况具有一定的代表性,应该有针对性的开展教学改革,倘若处理不当就会使教学任务无法落实,对以后的专业学习带来不良影响。操作系统教学中可能出现的问题很多,针对不同的学生群体也会有不同的表现,以下从几方面分析教学中易出现的问题。

3.1建立的认知体系不完整

由于操作系统知识涵盖内容广泛,知识间层次关系也比较复杂,容易使学生无法建立起一个比较完整的操作系统认知体系。这种情况有时会影响到初学者对学习操作系统知识的信心,产生为难或惧怕心里,对学习造成负面影响;最直接的情况是,课程学完后对操作系统的概念仍认识不清,不了解操作系统技术中的典型问题处理方法和解决策略,认识模糊、概念混乱。

3.2出现理解方法上的误区

由于操作系统设计中所包含的内核技术多,需要用到掌握多种算法和原理。而有些原理推导过程非常复杂、讲解起来也很抽象,对于没有实践经验的人来说理解起来就更困难。若不注意教学可能会陷入一种误区,即将教学重点放在了对抽象概念的推导和理解上,花费大量的时间去教、去学这些理论和概念,从而偏离了学习操作系统的实际意义。

3.3所学知识不能学以致用

学生掌握知识不牢的原因有多种,是教与学多个环节出现问题后的结果,但我们这里主要谈教学中的原因。由于教学方法不妥,可能致使学生对所学操作系统知识认识非常浅薄,没有形成深刻印象,在学习完这门课程后很快会将所学内容丢在脑后,并不能对今后的学习产生有益的影响。

另外,由于操作系统技术发展历程长,今天使用的许多技术是经过复杂的演变过程形成的,而且由于每个阶段要解决的问题又会有所不同,因此所采用的技术差异也会比较大。这就形成了一种矛盾,如果一味追求理论知识的完整性,很难在有限的教学时间中讲清楚这些问题;另外,即便把这些问题都讲清楚了,也很难对解决今天的实际问题有指导意义。若所学知识不能在实际中得以应用,当遇到问题时还是无从下手、不知所措,这就形成了严重的知识与实际相脱节的问题。

4 “操作系统”教学方法改进与实践

“操作系统”教学中存在的各种问题,是新时期对“操作系统”教学提出的新课题。近年来,对“操作系统”教学改革的话题一直未断,大家也在进行着各种方式的探索,而且也取得了许多良好的成效。但是,我认为任何一种改革都应该与本校的教学实际相结合,脱离了这个基础,教学改革将会事与愿违,一事无成。

多年来,我们结合本校的实际情况进行了“操作系统”教学的研究与实践,总结了一些教训,也取得了一些经验。

4.1用实际问题引导学生做角色转换

我们知道兴趣是掌握知识的有力武器。为了促使学生了解操作系统知识,我们从调动学生学习兴趣入手。学生在学习操作系统原理之前都或多或少的使用过计算机中的一些工具,比如完成一些作业编程和程序调试,但是他们对系统本身和所带工具的设计问题很少考虑。大部分学生认为系统或工具设计不是我应该考虑的问题,或者认为其中包含的技术难度高不可攀。我们以此作为切入点,调动大家的学习兴趣。

我们采用的方法是角色转换法,在课程开始时并不急于讲述有关的基本概念,而是提出几个实际问题让大家来考虑。比如,程序在计算机中如何存放才是合理的?在编辑程序时所设立的程序规范格式是如何告诉计算机的?当同时提交多项任务请求时,计算机会不会记错了次序而产生混乱呢?当无休止地提出请求时,计算机会有多大的耐心呢?等等。所提问题有些是比较直观的,也有些是需要在系统中进行实验才能拿出数据的。

这些问题,不仅增加了学生在计算机上进行演练的兴趣,而且在演练中学生会派生出许多过去不曾想过的问题,这样学生学习的兴趣也会被激发起来。当学生在考虑这些问题时,实际上就在进行着一种角色的变换,原来认为系统理所应当为自己完成的事情,现在需要自己来考虑了,尽管大多数同学对这些问题的解答是通过所使用的操作系统有关介绍了解到的,或者有些一时还无法考虑清楚,但这种换位思考的方式正是需要得到的效果,因为这些非常有利于提高对操作系统原理学习的热情和兴趣。