操作系统课程实验教学改革探析

摘要:本文分析了目前操作系统课程实验教学中存在的问题,提出基于培养学生动手能力和创新能力为目标的实验教学改革方案,对操作系统实验教学内容、教学方式、教学手段进行了探索。实践证明,操作系统实验教学改革提高了实验效率,强化了学生的动手能力,培养了学生的创新意识。

关键词:操作系统;Linux;教学改革;创新

操作系统课程是计算机科学与技术专业的专业基础课,是一门理论性和综合性较强的学科,其内容丰富而且概念比较抽象,学生理解起来比较困难。课程特点决定了实验教学将成为该课程学习过程中的一个重要环节。目前的操作系统实验教学内容单纯、形式呆板,主要以验证、仿真为主,实验教学没有发挥其应有的作用。为了在实验教学中充分锻炼学生的动手能力、培养学生学习兴趣和激发学生的创新意识,我校在操作系统实验教学内容、教学方式、实验室管理等方面进行了探索,取得了较好的实践效果。

1操作系统实验教学现状及弊端

1.1实验内容设置问题

操作系统从功能上可以分为五大模块:进程管理模块、存储管理模块、文件管理模块、设备管理模块、网络管理模块。实验教学应该紧紧围绕这些模块展开,但是由于受到实验平台的制约,有些实验难以开展,实验内容设置主要是一些基础性、验证性实验,且主要围绕教材中的主要算法。例如,进程调度实验:编写程序模拟时间片轮转调度算法和基于优先级的抢占调度算法。P、V操作实验:通过P、V操作来模拟两个进程间的同步与互斥。存储管理实验:用首次适应算法 、最佳适应算法 、最差适应算法模拟可变分区的存储管理方式。页面置换实验:用先进先出算法、最久未使用页面置换算法模拟请求分页式管理中的页面置换过程。

操作系统课程概念多而且概念比较抽象,仅仅围绕实现几个算法难以把众多抽象的概念直观地表现出来;另一方面,基础、验证性实验缺乏培养学生综合运用知识的能力和独立设计的能力,而且学生的实验基本都是通过程序模拟实现,不易调动学生的积极性和提高学生的学习兴趣。实验成为一种形式,理论与实践脱离得相当严重。

1.2实验平台选择问题

操作系统实验大多选择Windows操作系统作为实验平台,主要考虑到Windows操作系统是学生最熟悉的操作系统,易于操作。但是Windows操作系统是一个傻瓜式的操作系统,其源代码不对外公开,其内部结构和实现原理对用户是透明的,只能利用操作系统提供的外部接口对其进行操作。学生实验时无法深入到操作系统内部进行学习和探究,限制了学生对操作系统工作原理的理解和创新能力的培养。

1.3实验教学方式问题

实验过程中,实验内容和实验方案均由教师制定,学生仅仅是按照实验步骤在规定的时间内进行演示或验证,实验方式如图1所示。实验室主要在学校规定的实验时间内开放,条件的局限性限制了学生创新能力的进一步发展。

2实验教学改革思路

当今教育改革的一个重要课题之一就是如何培养和造就具有创新精神的高素质人才,这也是实验教学改革的一个方向[1]。根据这一思想,我们对操作系统实验内容、实验方式和实验手段等方面进行了改革。

2.1增加实验教学时数

根据社会培养应用型人才的要求,我们对操作系统的课时设置进行了修改,增加了实验教学时数。操作系统课程为72学时,实验教学时数设置了30学时,比原来多了一倍,占总课时的42%。

2.2选择合适的实验平台

良好的实验平台是学生做好实验的前提,我们根据课程需要,在实验室的每一台计算机上安装了双操作系统:Windows和Linux,实验教学以Linux操作系统为主进行。之所以选择Linux操作系统作为实验平台,主要考虑以下几点:

(1)Linux是开放源代码的操作系统。学生可以阅读、修改Linux的源代码,清楚地掌握操作系统的内部实现机制。

(2)Linux是免费的操作系统。用户可以从Internet上免费下载该系统,没有版权问题。而且Linux资源丰富,对硬件要求也比较低,完全适合在实验室或实验室之外的个人PC机上安装使用。

(3) 有利于培养学生创新能力。传统的操作系统实验教学主要是在Windows平台下仿真或模拟操作系统各个部分的功能或概念,没有真实感。在Linux环境下进行实验则是对真实操作系统内核的操作,学生可以在内核中添加新的功能,或者修改原来的功能,通过重新编译内核定制自己的操作系统。对于学生来说可扩展的空间和进行创新的空间较大,有利于创新能力的培养。

2.3改革实验内容

进行实验教学内容改革的思路是:精简基础性、验证性实验;规划综合性实验和模拟设计性实验[2]。根据这一思路,从操作系统的五大模块出发,我们开设的实验主要包括:(1)熟悉Linux常用命令;(2)Linux下进程的创建与撤销;(3)进程间的通信;(4)Linux进程调度;(5)文件管理;(6)内核模块实验;(7)存储管理实验;(8)Linux下网络通信实验。实验内容基本上能涉及到操作系统的各个方面。大部分实验要求学生独立设计,通过修改操作系统内核来完成,激发了学生的学习兴趣和主动性,训练了学生分析问题、解决问题的能力,起到了比较好的效果[3-4]。

2.4引入多元化的教学策略

实验教学的形式应该多元化[5],而不仅仅是传统的上机操作。为了更好地提高学生的学习兴趣,培养学生的创新意识,我们采取了如下几种教学策略。

(1) 案例教学。

案例教学是通过对一个具体案例的思考,启发学生的创造潜能。首先由教师通过案例给学生演示实验过程,然后学生自己重复调试或者在此基础上进行一些改进性或创造性的工作。

(2) 成立兴趣小组。

除了在实验室上机外,课外我们还组织学生以小组的形式完成一些较大的实验项目,实验项目可以由教师制定,也可以由学生自己选择。小组中的每一个成员根据自己的兴趣爱好进行分工,各负其责,小组成员之间可以相互讨论,共同学习。鼓励学生在完成项目的过程中积极思考,提出一些独到的见解,从而培养学生的创新能力和团队协作能力[6]。

(3) 引导学生参与教师的科研项目。

结合教师的课题,积极引导学生参与。实验教学与科研实现了有机的融合,有力地推动了学生创新活动的开展,收到了明显的成效[2,7]。通过这种形式,学生可以提早参与到项目开发中来,为以后走上社会就业打下良好的基础。

(4) 开放式实验教学。

面向本科生开放实验室资源,一方面提高了实验资源的利用率,另一方面实施开放式实验教学,对培养具有创新精神、实践能力和社会竞争力的创新人才具有重要作用[8]。实验室全天面向学生开放,给学生提供更多的实践机会。

3结语

教学思想、教学内容、教学手段的改革是与时俱进的。操作系统实验教学的改革,促进了学生对操作系统知识的理解和掌握,并对提高教学质量起到了重要的作用,让学生在学习中得到了更多的锻炼,培养了学生的创新意识。实验教学应该以培养学生创新意识和创新能力为主线,不断深化改革,为社会提供更多符合市场需求的实用型人才,充分发挥实验教学应有的作用。

参考文献:

[1] 张俊华,郭新,王大平,等. 实验教学培养学生创新能力的研究与实践[J]. 实验技术与管理,2008,25(9):124-126.

[2] 丁爱侠,郑春龙. 大学生创新性开放实验项目管理的探索与实践[J]. 实验技术与管理,2009,26(4):212-214.

[3] 韩智,张振虹. 数字图像处理实验课教学改革与实践[J]. 实验室研究与探索,2008,27(9):102-104.

[4] 靳天玉,吕振肃. 加强实验教学建设培养创新能力[J]. 实验室研究与探索,2008,27(9):94-95.

[5] 宋广华,李善平,郑扣根. 边学边干:操作系统课程教学改革的探索与实践[J]. 计算机教育,2006(4):27-29.

[6] 索剑.“计算机科学与技术导论”教学与思考[J]. 计算机教育,2005(1):40-41.

[7] 吕守林. 更新教育观念,深化实验教学改革[J]. 实验技术与管理,2008,25(9):28-30.

[8] 韦化,曾冬梅,秦钢年. 实验教学与科研相结合,培养学生的创新能力[J]. 实验技术与管理,2008,25(5):31-34.

Exploration on Reform of Experimental Teaching of the Operating System Course

ZHANG Qi-liang, HAN Bin

(College of the Computer, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang212003, China )

Abstract: By analyzing the problems on experimental teaching of operating system course, this paper proposes the experimental teaching reform program based on the cultivation of students’ practical ability and innovative ability,and makes some exploration on teaching contents and teaching methods. The exploration on experimental teaching improves the experimental efficiency,strengthens the students’ practical ability and cultivates the student's sense of innovation.

Key words: Operating System; Linux; teaching-reform; innovation