《計算機作業系統》教學設計範文
《計算機作業系統》教學設計範文
作為一位無私奉獻的人民教師，時常需要編寫教學設計，教學設計把教學各要素看成一個系統，分析教學問題和需求，確立解決的程式綱要，使教學效果最最佳化。那麼優秀的教學設計是什麼樣的呢？以下是小編為大家整理的《計算機作業系統》教學設計範文，歡迎大家借鑑與參考，希望對大家有所幫助。
作業系統是計算機系統的核心組成部分，是計算機系統硬體平臺中的第一層系統軟體，也是計算機及其相關專業的一門重要專業基礎理論課，這既使這門課程的教學學習存在非常大的困難和困惑，又使其無論在教學、科學研究和專案開發中都處於非常重要的地位。
一、課程教學難點
1、理論性強
該課程教學內容理論性強、概念抽象、涉及知識面廣，學生時其整體實現思想和技術往往難以理解，學習時有較大難度，大部分學生有一種畏難情緒。因此學生很容易陷入疲於記憶的狀態，忽略了對課程各部分間關係和課程教學目標的把握。因而該課程是計算機專業中教師“最難教”，學生“最難學”的課程之一。
2、學習效果見效不快
很多學生對學後有立竿見影效果的課程興趣較大，如程式設計語言，學生學會了便很快可以就某個問題編寫程式上機執行，頗有成就感；而對諸如作業系統這樣原理性強，實驗要求高，設計一個作業系統又不現實的課程，一些學生因感覺學習後效應不會立即顯現而對課程重視度較低。
二、教學目標
作業系統是目前最複雜、技術含量最高的軟體，在計算機專業軟、硬體課程的設定上起著承上啟下的作用，其中的許多設計思想、技術和演算法都可以推廣和應用到大型的、複雜的系統設計，以及其他領域。因此，其教學目標應重在培養學生理解和掌握計算機作業系統的基本工作原理、設計技術及設計方法，培養學生開發系統軟體和大型應用軟體的意識和能力，同時還要讓學生了解現代作業系統的新思想、新技術和發展研究動向。
三、課程知識體系設計
鑑於以上課程教學難點，教師若能從繁雜抽象的理論中理出一個脈絡清晰的課程知識體系呈現給學生，將為有效達到教學目標要求起到事半功倍的作用。該課程教學內容有縱、橫兩條主線，縱線主要指作業系統各功能的設計思想、處理機制，橫線主要指功能實現的具體技術方法、不同環境下的實現差異。因此，整個課程知識體系可按縱、橫兩條線展開，遵循知識、能力、素質協調發展的原則，從知識模組、知識單元和知識點3個層次來設計。其中知識模組代表特定學科子領域，可包括若干知識單元；知識單元代表知識模組中的不同方向，可包括若干知識點；知識點代表知識模組中單獨的主題，是教學活動中傳遞教學資訊的基本單元。
1、縱向功能線
本文的縱向功能線是從資源管理功能出發來設計，透過基於操作資源管理功能的知識建構，學生能明確所學內容在知識體系中的層次、位置、關係。此處為使結構更清晰，按作業系統資源管理功能出發的縱向功能線細化為程序管理、處理機管理、儲存器管理、裝置管理、檔案管理和使用者介面六個知識模組，由此設計的縱向功能線知識結構如下：
（1）程序管理知識模組包括程序概念、程序排程、程序互斥、程序同步、程序通訊、程序死鎖各知識單元。程序概念包含程序特徵、程序狀態與轉換、程序控制各知識點；程序排程包含排程時機、排程演算法、排程過程各知識點；程序互斥包含與時間有關的錯誤、臨界資源與臨界區、臨界區使用原則、臨界區互斥訪問的解決途徑、臨界區互斥訪問的解決途徑各知識點；程序同步包含訊號量同步機制、生產者與消費者問題、讀者與寫者問題、哲學家進餐問題各知識點；程序通訊包含忙等待策略、睡眠和喚醒策略、訊息傳遞策略各知識點；程序死鎖包含產生原因、必要條件、解決途徑各知識點。
（2）處理機管理知識模組包括分級排程、排程演算法、演算法評價各知識單元。分級排程包含作業排程、交換排程、程序排程各知識點；排程演算法包含作業排程演算法、程序排程演算法各知識點；演算法評價包含作業排程演算法評價、程序排程演算法評價各知識點。
（3）儲存器管理知識模組包括儲存管理功能、儲存管理方案各知識單元。儲存管理功能包含記憶體分配與回收、地址對映、記憶體共享、記憶體保護、記憶體擴充各知識點；儲存管理方案包含分割槽儲存管理、頁式儲存管理、段式儲存管理、段頁式儲存管理各知識點。
（4）裝置管理知識模組包括資料傳送控制方式、並行技術各知識單元。資料傳送控制方式包含程式直接控制方式、中斷方式、DMA方式、通道控制方式各知識點；並行技術包含通道技術、中斷技術、緩衝技術、分配技術、虛擬技術各知識點。
（5）檔案管理知識模組包括檔案結構、檔案儲存空間管理、檔案目錄管理、檔案存取控制各知識單元。檔案結構包含檔案邏輯結構與檔案存取、檔案物理結構與儲存裝置各知識點；檔案儲存空間管理包含空閒檔案目錄、空閒塊鏈、位示圖各知識點；檔案目錄管理包含檔案目錄形式、檔案共享與保護、目錄檢索各知識點；檔案存取控制包含檔案存取控制方法。
（6）使用者管理知識模組包括命令介面和系統呼叫知識單元。命令介面包含離線控制命令、聯機控制命令知識點；系統呼叫包含裝置管理類命令、檔案管理類命令、程序管理類命令、儲存管理類命令、執行緒管理類命令各知識點。
2、橫向技術線
作業系統知識點看似繁雜，但究其原理，在對不同系統資源功能進行管理時，所採取的`策略和方法有很多是相同的。因此透過對重要方法和機制進行貫穿式的橫向技術線，可使被條塊分割的教學內容有效關聯起來；透過橫縱交錯的連線，可使看似離散的知識有穩固而緊密銜接的結構。從作業系統四種重要實現技術出發的橫向技術線包括中斷技術、共享技術、虛擬技術和緩衝技術。當然，有些技術在其它相關課程中已有介紹，也可看出其在整個計算機系統中的重要程度，由此設計橫向技術線知識結構如下：
（1）中斷技術知識模組是實現程式併發執行與裝置並行操作的基礎，它包括中斷型別、中斷優先順序、中斷事件各知識單元。中斷型別知識單元包括外中斷、內中斷知識點；中斷優先順序知識點在不同的系統中有不同的規定；中斷事件知識單元包括程序建立與撤消、程序阻塞與喚醒、分時時間片、缺頁中斷與缺段中斷、I/O操作、檔案操作各知識點。
（2）共享技術知識模組是提高資源利用率的必然途徑，它包括處理機共享、儲存共享、裝置共享、檔案共享各知識單元。處理機共享包含程序的併發執行；儲存共享包含外儲存器共享、記憶體儲器共享知識點；裝置共享包含SPOOLing系統；檔案共享包含便於共享的檔案目錄。：
（3）虛擬技術知識模組是把一個物理實體變為若干面向使用者的邏輯單元，使資源的使用者使用與系統管理相分離，從而提高資源利用率和安全性方，它包括虛擬處理機、虛擬儲存器、虛擬儲存器方法、虛擬裝置、虛擬檔案各知識單元。虛擬處理機包含多程序管理；虛擬儲存器包含地址轉換、中斷處理過程、置換知識點；虛擬儲存器方法包含頁式管理、段式管理、段頁式管理各知識點；虛擬裝置包含裝置共享；虛擬檔案包含檔案共享。
（4）緩衝技術知識模組是非同步技術的實現前提，可大大提高相關資源的並行操作程度，它包括儲存管理緩衝技術、裝置管理緩衝技術、檔案管理緩衝技術各知識單元。儲存管理緩衝技術包含快表；裝置管理緩衝技術包含硬緩衝、軟緩衝、SPOOLing系統中的輸入/輸出井知識點；檔案管理緩衝技術包含記錄成組技術、檔案表的開啟。
四、課程知識體系操作
知識體系的設計顯然要有必要的操作作為支援才能使其與學習者間進行互動，形成交流並達到知識的內化。依據上述的知識體系設計，該課程教學可採用以下兩個步驟進行操作，一是以“核心拓展”的方式進行縱向功能學習，二是以“小組學習和共同學習相結合”方式進行橫向技術綜合學習。
“核心拓展”方式中核心指六大知識模組，它們也是該課程的核心內容，教師應結合具體系統的具體例項以講授方式進行，講授過程中對於一些關鍵演算法一定要以具體例項加以講解，不能照本宣科。“小組學習和共同學習相結合”方式可採用將多次出現的具體技術單獨提出來，討論哪些功能應用了該技術。分小組，一個小組負責總結一項技術，然後以小組宣講共同討論的方式來加深技術對功能的應用。
透過這兩個步驟的操作，整個課程的知識體系便可以橫、縱兩條線的形式清晰地呈現在學生面前，為培養學生從離散到系統性的學習和思維習慣創造條件。