“操作系統”課程教學法探析

摘要：操作系統是計算機系統中必不可少的系統軟件，“操作系統”課程是講述操作系統工作原理的課程，為了提高學生的學習興趣和培養學生的創新能力，對該課程的教學法進行研究，提出了類比啟發式教學法，并借助于計算機輔助教學平臺，設計和利用編程實現的多媒體動態課件等方法開展教學，經實踐教學證明，效果良好。

關鍵詞：操作系統；教學法；課堂教學；教學實施

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0048-02

計算機系統由硬件和軟件組成，操作系統是配置在計算機硬件上的第一層軟件，其他系統軟件或應用軟件都依賴于操作系統的支持，取得它的服務，因此操作系統是計算機必不可少的系統軟件，它承擔了當計算機工作時各硬件的協調和管理工作。[1-3]“操作系統”課程是一門講述計算機操作系統工作原理的課程，它是計算機專業學生的必修課，學習該課程的重要性如下：第一，操作系統是計算機硬件之上的第一層軟件系統，沒有它，用戶無法順利地操縱、指揮和組織計算機硬件工作。第二，對于計算機專業的學生而言，必須了解其內核原理，理解各類問題的解決方案。便于今后編寫和維護操作系統軟件。第三，鑒于操作系統在計算機系統中所處的位置，目前報考計算機專業研究生時，“操作系統”為必考專業課程。

雖然該課程的重要性不言而喻，但在實際教學中卻遇到以下問題：一是無用論。因為該課程有別于其他編程課程和應用軟件，無法直接看到運行結果，因此感覺無趣。其次學生不知了解和掌握操作系統的工作原理有何作用。二是難學論。內容繁雜，知識點多，概念抽象，難以理解掌握，教學難度高。綜上所述，“操作系統”課程教學法的研究十分重要且必要。

一、“操作系統”課程的教學法研究

1.“操作系統”課程的內容特點分析

從用戶角度看操作系統是用戶與硬件系統之間的接口，是服務的提供者。從系統的角度來觀察，操作系統是計算機系統資源的管理者，是程序執行的控制者。[4]

（1）操作系統是用戶與硬件系統之間的接口。操作系統處于用戶和計算機硬件之間，用戶通過操作系統來使用計算機系統。用戶通過操作界面可使用操作系統提供的各種功能，而無需了解軟硬件本身的細節，所以，操作系統是一個友善的用戶與硬件系統之間的接口。

（2）操作系統是計算機系統資源的管理者。計算機系統中有各種各樣的軟件和硬件資源。操作系統的主要功能正是針對這些軟硬件資源進行管理：處理機管理、存儲器管理、I/O設備管理、文件管理。因此操作系統除了要為用戶提供簡單、有效的資源使用手段外，還要最大限度地實現各類資源的共享，提高資源利用率，從而提高計算機系統的效率。

（3）操作系統是程序執行的控制者。程序運行時進入內存后變為進程。為了提高系統效率，操作系統必須支持多進程的并發工作。因此，操作系統的主要工作就是合理調度和分配各種資源給多個進程，充分發揮計算機各部件的性能，使它們最大限度地保持忙碌，也因此引申出了諸如互斥、同步、死鎖等問題。

本文所研究的“操作系統”課程是面向計算機專業學生開設的。對于這些學生，上一年級時所學的計算機應用基礎講述了Windows操作系統的使用，在二年級時又開設了“linux 操作系統”，這兩門課剖析了操作系統的第一個特點，主要介紹具體的操作系統軟件的操作。所以本文所研究的“操作系統”課程的教學內容重點是從系統的角度觀察操作系統作為計算機系統資源的管理者和程序執行的控制者的主要實現原理。

2.“操作系統”課程的教學目標

綜上所述，本文研究的“操作系統”有以下幾個教學目標：使學生全面地了解和掌握操作系統的目標、作用和模型，從資源管理的角度領會操作系統的功能和實現過程；使學生掌握現代計算機操作系統的基本原理、基本設計方法及實現技術；具有分析現行操作系統和設計、開發實際操作系統的基本能力，為今后從事各種軟硬件開發打下扎實的基礎；使學生系統科學地受到分析問題和解決問題的訓練，提高運用理論知識解決實際問題的能力。

3.“操作系統”課程的類比啟發式教學法

針對“操作系統”課程的教學目標和在實際教學中遇到的問題所研究的教學方法需要達到以下的效果：形象化地講解，幫助學生理解操作系統工作原理；訓練和提高學生分析問題和解決問題的能力。

為了實現以上效果，筆者將日常生活中的管理經驗引入教學，找出生活中的類比問題，從其解決方法進行操作系統相關問題解決方案的類比，啟發學生自己提出解決方案，既方便學生理解原理，又調動了學生的積極性，訓練了學生分析問題和解決問題的能力。具體類比啟發式教學案例如表1、表2、表3、表4所述。

表1 操作系統引論

課程內容類比案例啟發問題

操作系統的四大管理到電腦商店買組裝電腦。選購的重要部件恰好是操作系統需要管理的計算機部件哪些重要部件是組裝電腦的重要專注點

單道批處理系統與脫機I/O 醫生在門診看病。醫生自己到候診室叫下一個病人，相當于脫機I/O。護士負責叫號或電腦大屏幕叫號相當于單道批處理系統醫生看病叫號有何不同方式

表2 處理機管理

課程內容類比案例啟發問題

進程與線程的差別研究所為一個正研究某個課題的科研團隊分配實驗室、設備、人員等資源，其工作可看成進程。為了提高效率，將部分研究內容由幾個小組并行推進，這些小組成員本身是該團隊人員，所以系統不用另外分配實驗室、設備等資源，相當于線程通過類比案例可以看出進程與線程的最大區別是什么

PCB是進程的重要組成部分一個學生進入大學，在校四年將從事各種學習活動，為了對每個同學的關鍵信息進行管理，一入校每人被建學生信息檔案。一個學生可看成一個進程，PCB則相當于信息檔案每個學生進校則被建立信息檔案，進程是否也需要檔案呢

表3 存儲器管理和文件管理

課程內容類比案例啟發問題

首次適應算法、循環首次適應算法、最佳適應算法賓館管理員分客房，從小房號開始依次尋找空房間分配類似首次適應算法；從上次分配的最后一個房號開始分配類似循環首次適應算法；當團體來訂房且要求連號時，總選適合要求且連號間數最少的位置分配，相當于最佳適應算法你作為賓館管理員，如何分配房間便于自己的管理

連續分配方式到基本分頁存儲方式的演化類比書簡到裝訂書的演化。書簡的長度由其內容長度決定，與連續分配方式類似。裝訂書按照每頁固定大小印刷，查找時只需指出是第幾頁第幾個字，正好對應于基本分頁存儲的地址結構書的歷史演化過程是什么？各階段有何特點

表4 設備管理

課程內容類比案例啟發問題

設置設備控制器的原因物業公司調度負責接聽電話，居民向其反映遇到的問題，他根據經驗判斷原因，然后派相應工種的工人去解決。該物業公司調度就相當于設備控制器從這個類比的例子可以推斷出設備控制器的作用是什么

I/O通道的適用場合小公司經理凡事需親力親為，當小公司成長為中等公司后，就需要為經理配秘書了，此時秘書就相當于I/O通道由例子推斷何時需使用I/O通道

通過類比，對于重要概念能通過生活中大家熟悉的事物來理解，同時通過啟發式問題訓練學生的分析問題的能力，也教會學生對于科學問題的求解可以通過將生活中的其他領域解決問題的方法移植過來。

二、其他多元化教學手段

1.計算機輔助教學平臺

由于學生對知識的接受理解能力和速度不同，教師在有限的課堂時間內的講授，不可能讓每個學生都能透徹掌握知識。為了彌補傳統教學的不足，推進學生個性化自主學習，利用教學網站來輔助教學，可以打破傳統教學時空的限制，讓學生體驗到自由獲取知識的樂趣。

筆者利用學校提供的課程中心網的教學平臺，設計和配置了如圖1所示的幾大模塊，實現了協同的教學環境。模塊有：課程簡介、課程內容、電子教案、課程資源、作業與習題、實驗、網絡論壇、課程互動。

2.有效運用多媒體動態課件

通過編程的方法制作完成較直觀的動態課件，讓難弄懂難理解的概念或算法形象化、具體化，更好地表達講課內容，使學生容易接受，便于理解，達到事半功倍的效果。比如：銀行家算法動態演示構件。如圖2所示。

演示內容并不是事先預備好的算法執行過程，參數由用戶自己任意填入。點擊“增加進程”按鈕后會生成相應的起始資源分配表，如圖3所示。用戶可編輯所有進程的相關參數。

編輯好的資源分配表如圖4所示：

點擊“開始演示”按鈕，系統會自動調用算法對參數表中的數據進行提取和處理。資源分配過程如圖5所示，演示執行完畢后如圖6所示。

由以上例子可以看出，動態演示構件可以由用戶自己設定參數，演示過程完全由編程時設定好的算法帶入用戶設定的參數來展示，演示構件具有一定的智能。學生既可利用該演示構件學習算法，也可檢驗自己的作業結果，是更高級的演示教學方法，效果很好，只是這種演示構件需要編程實現，有一定難度。

3.加強課堂師生互動

雖然教學網站師生可以通過論壇互動，但是充分利用課堂，根據教學內容精心設計安排提問，引導學生思考，這種面對面的互動方式更能調動學生的積極性。此外，還可以通過提問和對話讓學生更積極地思考問題和提出自己的觀點及思路。

三、結束語

筆者采用上述的類比啟發式教學、多媒體動態課件、計算機輔助教學平臺以及加強課堂互動等方法進行“操作系統”教學，效果良好。教學質量的提高是每個教育工作者永恒的追求。在“操作系統”課程的教學過程中，教師要始終圍繞提高學生的學習興趣和培養學生的創新能力這個主題，注重教學方法的改進，不斷歸納出行之有效的教學方法，在教學上推陳出新，才能更好地實現計算機專業人才培養目標。

參考文獻：

[1]孫鐘秀，費翔林，駱斌.操作系統教程[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]湯小丹，梁紅兵，哲鳳屏.計算機操作系統[M].第三版.西安：西安電子科技大學出版社，2007.

[3]張堯學，史美林，張高.計算機操作系統教程[M].第三版.北京：清華大學出版社，2006.

[4]駱斌，費翔林，葉保留，等.“操作系統”課程教材建設與教學實施探討[J].計算機教育，2009，（14）：47-50.

（責任編輯：王意琴）