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操作系统原理课程关联教学方法研究

操作系统原理课程关联教学方法研究 摘要: 针对操作系统原理课程教学困难的状况,分析该课程授课过程中的主 要问题及出现原因, 提出基于联想方式的关联教学方法,将整个计算机系统看作 完整的社会体系, 加强与其他学科的交叉与联系,加强与实验之间的具体关联与 对应, 从开发者角度加强编程与系统原理的联系, 同时给出具体实例并加以阐述。 关键词:操作系统原理;关联法;交叉学习;联想教学;教学改革 1 背景 操作系统是一系列非常复杂的程序,该课程以概念抽象、知识点多而杂、逻 辑层次发散为特点, 因此教授该课程是一项具有挑战性的任务。很多学生在学习 该课程时还未掌握相关的编程方法和硬件知识, 在学习计算机操作系统内核程序 时感觉十分困难。 教授该课程的老师也常常陷入操作系统庞大的理论体系中,无 法给出一条能贯穿整个系统的主线。 许多学生在学习该课程后都不约而同地感到 疑惑: 计算机操作系统原理到底是在学什么?与其他课程有什么样的关系?每一 部分学习结束之后如何与前一章节的知识点连贯起来?实验与教授的内容为什 么难以一一对应?很多教师也都在研究如何改进该课程的教学方法, 或者想办法 改进实验内容及设施, 这些文献从不同角度分析了传统教学模式的不足。目前的 操作系统原理课程及实验内容与实际教学确实存在较多问题。 2 存在的主要问题及原因剖析 排除教师教授方法僵化、教学手段单一、实验设备陈旧等原因,我们从课程 本身分析该课程的特点与难点。 2.1 课程及实验难度较大 该课程概念多、原理性强、抽象度高,学生理解起来困难;课程基础和原理 性的知识居多,几乎占全部内容的 70%,且重点内容和知识点分散,难以发现各 概念间的内在逻辑关系。另外,操作系统自身是复杂的程序集,所涉及的实验理 解和设计都有难度。 2.2 教学内容与实验无法有效关联 对于学生来说, 实验和课堂内容无法有效关联, 很多重点知识没有提供实验, 而内容很少的部分却提供了较多的验证实验,具体情况如下: (1)有关内存管理 和设备管理的实验很少或者基本没有; (2)实验多为验证性质,设计性实验数量 少且较难; (3)课程学习的是各操作系统的共性问题,而具体操作系统的实验与 教学内容无法一一对应; (4)操作系统与硬件紧密相关,但实验往往与硬件关联 不大或难以实现。 综上可知实验内容的选择和安排至关重要, 太难和太简单都不能达到学习操 作系统原理的目的。国内外教师都意识到了这个问题,因此,针对实验平台和实 验内容提出了一些相应的解决办法。 2.3 学生先导经验不足 先导课程开设不合理,以至于学生开发经验及硬件相关知识薄弱。另外,学 生在学习该课程时,没有实现从人类思维向计算机编程思维转换。 2.4 课程内容与其他课程脱节。未能利用其他学科范例触类旁通 有些课程与操作系统课程内容联系紧密,同样的内容,会以不同角度、不同 方式重现,但学生在学习时却没有把其他学科范例关联和利用起来。 2.5 考试内容与应用相对脱离 考试注重概念和原理,往往与实际应用脱离,导致学生学习重点偏移,不注 重实践,对知识点的掌握流于死记硬背。 2.6 思维方式僵化,教课和学习方法不够开放 操作系统本身就是社会现象的一种浓缩和提升,是对资源的管理和分配过 程, 因此和社会现象以及现代管理学都能够联系起来。目前学生对该课程的学习 多数采用各类模拟题进行训练, 没有掌握本质, 考题的方式稍微变化就无法回答, 说明学生的思考能力和关联能力较弱,知识掌握得太死。 3 课程改革研究现状 自从 2011 年教育部发布关于国家精品开放课程建设的实施意见后,操作系 统原理课程进入精品课程建设行列, 各大学校都开始了该课程的精品课程建设工 作, 在教学课件、 教学方法、 实验平台方面做了大量工作, 起到很好的示范作用, 很多教师针对目前存在的弊端, 从实验和教学两个角度给出了一些解决方案,一 些学校为了给学生搭建更好的实践环境,甚至为学生提供了远程虚拟实验室。远 程虚拟实验平台的好处显而易见,但其局限性是实验均为验证已经编好的程序, 如果想更好地理解操作系统原理的实际过程, 最好的方法还是动手编写相关的内 核程序。 相对国内来说, 国外更关注扩展教学实践范围,例如合理地进行实验内容的 设计以及选取不同的实验平台。 文献[8]设计并阐述了如何基于 Android 平台进行 操作系统实验设计; 文献[9]和文献[10]分别设计了基于实验的操作系统系统管理 和调度的教学模式。 国内一些教师从学生学习的角度提出了一系列教学改革方法,如文献 [2]探 讨了以计算机思维为主体的操作系统教学改革方法;文献 [3]提出了基于学生自 主学习模式、 互动式理论学习的教学方法改革。还有一部分教师关注教材建设和 实验内容的建设,如文献[4]从操作系统课程内容角度提出了课程、实验的改革 方案,强调教材建设与教学建设同等重要;文献 [5]从操作系统的教学、实验等 方面探讨了操作系统课程的理论与实践教学。 很多教师还关注教学方法和学习理 论的提高与改进,如文献[6]、文献[7]从课程内容体系的组建、教学方法、教学 手段的改进、实践教学环节的合理制定等方面提出了课程教学改革的基本构想; 文献[11]探讨了行为、认知、建构和人本主义 4 种不同的学习理论并应用于操作 系统教学。 综上所述, 操作系统原理课程自身难度无法克服,好的教材能起到推波助澜 的作用,更需要授课老师知识的积累,因此,采用合理教学方法尤为重要,只有 以人为本,充分发挥教师的作用,才能够事半功倍。由于客观原因,所有的学生 都接触到名师的可能性不大, 而一套合理高明的教学方法是每个普通教师都能掌 握的, 好的教学方法关注的是授课质量的提高,因此即使教材和实验设备仍具有 客观现实制约, 采用关联教学法也必将最大程度地调动学生的积极性,引导学生 自主学习,提高自身的学习能力。 (3)帮助学生将关键概念与熟悉的社会现象关 联,比如什么是进程和线程。进程可以理解为完成不同工作的小组,每一组

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