操作系统课程的教学实践

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:操作系统是计算机专业核心课程之一,具有很强的理论性和实践性。针对教学过程中发现的课程内容复杂,概念抽象以及学生缺乏学习的积极性等问题,提出了一系列教学改进措施和方法,期望能达到有效改善教学效果,提高教学质量的目的,满足社会对人才培养的需求。

  关键词:操作系统;教学方法;教学改革;教学措施;

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1 引言

  操作系统课程是计算机相关专业的必修课程,也是计算机专业考研的重要课程,它是计算机专业学生学习其他专业课程的基础。本人所在院校是以应用型人才培养为目标的独立学院,根据以往的教学反馈,很多学生反映操作系统课程内容抽象、深奥,学习起来难度较大,缺乏学习的积极性。针对这一情况,需要对教学现状进行分析,并根据分析结果对操作系统课程的教学做出一些改革,以适应社会对人才培养的要求。

2 教学现状分析

  2.1 课程内容复杂抽象

  操作系统课程内容抽象、深奥,很多概念晦涩难懂。另外,由于操作系统课程本身的特点,需要很多计算机专业基础课程作为支撑,学生需要掌握计算机体系结构、程序设计语言、数据结构等课程的内容作为学习操作系统课程的先导知识。而这些先导课程也都有一定难度,任何一门课程学不好,都会影响学生对操作系统课程的学习,导致学习效果很难令人满意。

  2.2 学生学习兴趣不高

  学生学习兴趣不高的主要原因有两个,一方面是操作系统课程概念抽象复杂,知识点多、理论性比较强,学生学习起来难度大。而另一方面,学习操作系统课程之后不能取得立竿见影的效果,比如学习了Java Web之后便能做一个网站,学习了移动互联网开发之后,就能实现一个微信小程序。但是学习了操作系统之后,要求学生去设计一个操作系统是不现实的。因此,很多同学学习操作系统的热情不高,认为原理、理论性的东西学不学没有太大的关系,就业时也没有太大的影响。因此,提升学生学习的兴趣,调动学生学习的积极性是操作系统课程教学改革的一个重要因素。

  2.3 实验教学环节薄弱

  操作系统课程具有很强的实践性,这就要求教师在教学过程中加强实验环节的教学。目前,操作系统课程教学对实验教学重视程度不够,对学生实践能力的培养有所欠缺,教学实践环节的不足还不利于提升学生学习操作系统课程的兴趣,导致大多数学生对待操作系统课程实验都是应付的态度。提升实验教学的质量不仅可以帮助学生更好地理解操作系统的理论知识,还能培养计算机相关专业学生最需要的实践能力和创新能力。因此,加强操作系统课程的实验教学是当前操作系统的教学过程中迫切需要解决的问题。

3 教学改进措施

  针对上述在实际教学过程中出现的问题,结合操作系统课程的特点,本文提出了以下几点改进措施,以供研究、探讨。

  3.1 灵活运用现代化教学工具

  在操作系统课程的教学中灵活运用现代化教学工具可以获得良好的教学效果,我们在教学过程中引入“雨课堂”和“Flash动画”来丰富教学形式。

  “雨课堂”是一款适应网络时代的智慧教学工具[2],可以丰富教学内容,调动学生学习的积极性。在课前,教师可以需要学生提前预习的内容和相关教学资源推送给学生,学生可以在“雨课堂”App上获取推送的学习资料。在课中,教师在讲授新的章节知识点之前,先让学生通过“雨课堂”做15分钟关于上一章节知识的测验题,了解学生对知识点的掌握情况,帮助学生在课堂上消化知识、巩固所学知识,对于测验成绩比较好的同学可直接给予红包奖励,调动学生学习的积极性。在课后,教师可以布置课后习题并随时了解学生的学习效果。

  Flash教学动画是指借助Flash软件将特定的某个教学内容或某个教学活动制作成动画,目的是辅助教与学,并完成特定的教学任务,实现教学目标[8]。Flash具有如下3个特点:(1)使用方便,交互性强;(2)有较好的导入和发布能力以及强大的多媒体素材整合功能;(3)作品容量小、质量高。这三个优点保证了Flash在课程教学中有着天然的优势,在操作系统课堂教学中,恰当地运用Flash进行辅助教学,可以充分调动学生学习的积极性,促进教学过程的全面优化,提升教学质量。在讲解磁盘结构这部分内容的时候,如果光讲解书本上的内容,会使得学生难以理解,学生听课的兴趣也随之下降,这时候利用Flash制作一个教学动画来表达磁头、柱面、磁道和扇区之间的关系,通过一种形象化的方式表达抽象的内容

  3.2 增强教学互动

  操作系统的课程教学中应该增强教学互动,这样能够提高学生的参与度,提升学生学习的兴趣,使得枯燥难懂的课程不再令人乏味。

  进程同步和互斥问题一直是操作系统课程的重点内容,也是教学中的一个难点问题,为了提升教学质量,保证教学效果,增强教学互动是一个很好的措施。在讲解PV操作完成进程互斥的内容时,举一个例子“餐桌上有一个盒子,爷爷只往盒子里放水果糖,奶奶只往盒子里放奶糖,并且每次只能放入一课糖果,孙子专门等盒子中的奶糖吃,孙女专门等着吃水果糖”。这时可以让四位同学来到讲台上演示这一过程,两位男生扮演爷爷和孙子,两位女生扮演奶奶和孙女,然后让其他学生观察并指出这个过程中出现的同步和互斥的错误,这样生动形象,使学生深刻领悟到PV操作实现进程间同步、互斥操作的流程与机制。

  银行家算法的安全序列的求解一直是操作系统的重要知识点,也是考研的热点内容之一。在讲解这部分内容的时候,请学生到黑板上计算银行家算法安全序列,然后教师和其他学生一起批改,指出学生计算过程中出现的错误,增强教学互动,提升学生学习操作系统课程的兴趣。

  3.3 演示法、实物展示法的运用

  在操作系统的课程教学中,演示法的使用可以取得非常好的教学效果。在讲解进程同步和互斥问题时,通过演示Python多进程模拟抢票程序来讲解,先演示多进程抢占资源造成的问题,然后演示通过信号量机制保证进程的同步,最后演示锁机制保证数据安全。这种教学方式不仅直观生动,便于学生理解,又培养了学生编程的兴趣。教师还可以打开Windows的磁盘碎片整理程序,给学生演示磁盘碎片的分析过程以及存储的位置、大小等来帮助学生更好地理解本节课中“碎片”的概念。

  操作系统课程中涉及非常多的设备名称,例如CPU、内存、光驱、硬盘、软盘、主板、显卡等等。对于这部分内容,教师可以通过实物展示法来讲解,教师在讲课时将携带的CPU、内存条、光驱、磁盘、软盘、显卡、主板等设备给学生展示,让学生亲手拿着这些设备仔细地看。这种方式可与活跃课程气氛,激发学生的好奇心,学生不再凭空想象这些设备,而是实实在在地看着和摸着这些设备,让学生直观形象地学习这些设备概念。通过实物展示教学法,可以让学生加深对课本上概念的理解,避免出现计算机专业学生不认识内存条,不认识硬盘,不知道光驱的尴尬现象,同时活跃了课堂气氛,激发学生学习的兴趣。

  3.4 类比法、对比法的运用

  在操作系统课程的授课过程中可以灵活运用类比法、对比法和举例法,以达到良好的教学效果。

  类比教学法[5,6,7]是教学中广泛使用的一种方法,它利用学生熟悉的、生动直观的东西与新知识之间的相似性来进行教学,能降低教学难度、提升学生的学习兴趣,因此我们将类比教学法应用于操作系统的教学当中,以提高课程教学的质量。巧妙地运用类比教学法进行讲解,恰当地运用类比教学法能够帮助学生更准确、深入地理解和掌握抽象的知识与内容。在讲解CPU、核、线程这些比较抽象的概念时,可以使用类比法类比产品、厂房和生产线的概念,将CPU类比为厂房,核类比为生产线,线程类比为产品,这样表达也更加通俗易懂,学生理解起来也更加容易。

  对比法是教学过程中经常使用的一种教学方法。对比法是在特定条件下将两个或两个以上的对象或过程的某些特征进行对比,便于学生将相近或者相似的知识内容进行理解和掌握。在操作系统教学中使用对比法可以取得良好的教学效果。在讲解完几种磁盘调度算法之后,可以使用对比法对比几种磁盘调度算法的优缺点来帮助学生理解和掌握。

  3.5 与其他计算机课程的融会贯通

  操作系统课程是计算机相关专业的基础课程,它和很多计算机课程之间存在着联系,因此在操作系统的教学过程中做到和其他计算机课程的融会贯通,不仅可以帮助学生学好操作系统这门课程,还能促进学生对其他计算机课程的理解。在讲解操作系统设备分配中的数据结构时,可以描述《工程系统设计》这门课程的一项作业中,学生提交的某个系统因为数据结构设计得不好而导致统计相关结果特别复杂,以此来强调数据结构在操作系统中的重要性。在讲解操作系统课程中RAID技术的时候,可以给学生讲解分布式相关概念、讲解大数据相关知识。也可以通过讲解计算机结构图示来引导学生学习多核、多线程的概念,做到了计算机体系结构和操作系统知识的融合。

  3.6 加强实验教学环节

  操作系统课程具有很强的实践性,实验课程不仅可以提升学生的实践能力,也有助于学生更深入地理解操作系统的理论知识,达到更好的学习效果。在设计实验课程时,要充分考虑面向具体应用,不能流于形式,为了实验而实验。在实验课程中,针对一些复杂的实验,可以安排3-4个学生为一个小组,共同协作完成实验,这样不仅培养学生的团队协作精神,还能增强学生的沟通能力,这也是计算机相关专业的学生在以后的工作中必不可少的能力。另外,选择一些基础比较好的学生分析理解部分Linux源代码,即可以帮助学生理解操作系统的工作原理,也可以提升学生的编程能力。

4 结语

  操作系统是一门重要内容抽象、深奥,概念晦涩难懂并且实践性很强的课程。为了保证操作系统课程的教学质量,教师需要不断提升教学水平,改进教学方法,通过灵活的教学手段和教学互动提升学生学习的兴趣,通过演示法、对比法和类比法的巧妙运用使学生真正理解操作系统的相关知识点,通过加强实验环节的教学培养学生的实践能力,通过在教学过程中做到和其他计算机课程的融会贯通促进学生对其他计算机课程的理解。不断改进课程的教学方法、完善教学措施,为学生就业或考研提供应有的帮助,实现应用型高校培养计算机专业人才的目标,为国家培养优秀的计算机人才。

参考文献

  [1] 鞠时光,詹永照.操作系统设计原理[M].北京:科学出版社2020.

  [2]王帅国.雨课堂:移动互联网与大数据背景下的智慧教学工具[J].现代教育技术,2017,27(5):26-32.

  [3]李凌云,田生文.操作系统课程多元化教学方法探讨[J].中国现代教育装备,2019(1):47,48.

  [4]汤子赢,哲凤屏,汤小丹等.计算机操作系统[M].西安:电子科技大学出版社.2006.

  [5]李佳静,徐慧.操作系统课程教学中类比教学法的应用探讨[J].教育现代化,2019(5):143-144.

  [6]欧凤霞,马春,谢啸.类比法和比较法在操作系统教学中的应用探讨[J].现代计算机(专业版),2014(28):15-17,25.

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  [8]吴英林,张彦丽.Flash教学动画在生物教学中学生自主学习能力培养方面的作用[J].牡丹江大学学报,2019(6):129-130,144.

  [9]艾明晶,李莹.以计算思维能力培养为核心的大学计算机课程改革[J].计算机教育,2014(5):5-9.

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作者:李明星 单位:江苏大学京江学院

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