《操作系統》課程中抽象知識的實例化教學研究

忻州師范學院計算機系 馮麗萍 曹建芳

《操作系統》是計算機相關專業的一門重要基礎課程。在《高等學校計算機科學與技術專業核心課程教學實施方案》里這樣定義操作系統的課程性質：“本課程是計算機科學與技術專業學生必須學習和掌握的一門理論性和實踐性并重的核心主干課程和專業基礎課程。”學習該課程的主要目的是讓學生理解操作系統的基本原理與基本概念，熟悉操作系統的設計方法。由于《操作系統》課程中內容理論性強而且抽象，因此一直是計算機相關專業中既難教又難學的一門專業基礎課程。如何讓學生在學習過程中對這些枯燥而又抽象的概念與原理有深刻的理解，是一個值得思考的問題。

實例化教學法有助于將抽象的概念和原理轉化為具體的問題和解決方案，幫助學生加深對這些概念和原理的理解。本文通過進程以及進程并發執行的例子來闡述實例化教學法在操作系統教學中的應用。

一、《操作系統》課程中知識的抽象性特點

《操作系統》課程主要講解操作系統中基本概念、基本原理以及實現方法。目的是讓學生掌握操作系統設計的基本思想和方法、了解操作系統的基本架構與功能，培養學生的邏輯思維能力與解決問題的能力。從系統角度講，操作系統的主要知識體系結構是按照它的功能模塊組織的，包括對計算機硬件資源(CPU、存儲器和外設)和軟件資源（文件）的管理模塊。從用戶角度講，操作系統實現的一個很重要的功能是提供了用戶與計算機之間的接口。

在這些知識體系中，CPU 的管理和調度是一個重點也是一個難點內容。CPU 管理又稱為進程管理，進程是一個看不見、摸不著的抽象概念，要使學生深刻理解進程的定義，教師不能單純地按照課本上提到的進程概念來講授，必須要從實際生活中找一些具體例子幫助學生理解。另外，在多任務多用戶的操作系統中，進程并發執行是一個很重要而且很抽象的概念，學生從理論上理解起來比較困難。因此，為了讓學生對“進程”和“進程的并發執行”這兩個概念有一個形象的認識，教師可以從生活中提取一些實例進行解釋。

二、實例化教學設計

這里提出的實例化教學主要是針對課程中一些抽象的概念通過生活中具體的實例來形象解釋，達到降低知識的抽象性，提高學生對概念理解的目的。

1.關于“進程”概念的實例化教學設計

“進程”是操作系統中非常重要的基本概念之一。它是在多道程序設計技術出現以后，引入的一個比較抽象的概念。進程是資源分配和調度的基本單位，是一個動態的概念。在介紹進程動態性時，是以其在整個生命周期內的三種基本狀態（就緒狀態、執行狀態、阻塞狀態）為基礎展開的，進程在其生命周期內在三種基本狀態之間。這個動態轉化過程比較抽象，學生不容易理解，教師在講解時，如果能通過生活中的實例進行解釋，就會有助于學生理解。例如，可以把操作系統中的程序比作做飯時的菜譜，把進程比作炒菜的過程，進程之間的狀態轉換比作炒菜時狀態的變化。這樣，學生理解起來就具體化。

2.進程并發執行的實例化教學設計

理解了進程的概念以后，接下來要學習進程的并發執行。進程并發執行是指多個進程在同一段時間內同時使用處理機執行的過程。事實上，在單個處理機系統中，任一時刻下，只能有一個進程占用處理機，所以從這個意義上講，并發實際上是多個進程交替使用處理機的過程。這是一個比較抽象的描述，學生理解起來比較困難。

實際上，生活中有很多類似進程并發執行的事件。教師在講解這個這個知識點時，可以列舉生活中的例子啟發學生理解。例如，可以用辦公室中一個秘書的活動比擬進程的并發執行。CPU 就是秘書本身。執行每件事情時應遵循的步驟類似于計算機程序。如果在同一時間段內，有許多工作需要完成，那么秘書會根據事情的緊急程度來處理，有時會停下當前的工作去處理另一件工作。在這種情況下，她很可能說“同時要做許多工作”。但實際上，在任意時刻，她只做一件事情，只是頻繁地從一件事情轉向另一件造成一種總的并發的印象。如果我們設想在辦公室中增加了一些秘書，于是在執行不同任務的各個秘書之間，就有了一種真正的并發。事實上，只有當“秘書的人數=事件數”時，才能以真正的并發方式執行各項任務。通過這個示例，學生對操作系統的并發執行就會有比較直觀的認識。

操作系統作為計算機及其相關專業的一門基礎核心課，在計算機知識體系結構中占有極其重要的地位。如何讓學生對這門課程感興趣，真正掌握課程中的基本概念、基本原理，是操作系統教學過程中研究的一個重要內容。根據操作系統課程中知識抽象性的特點，本文提出了實例化教學方法，在講解一些抽象概念及原理時，盡量使用生活中具體的事例來比喻，這樣可以加強學生對相關知識的理解。幾年的教學效果表明，實例化教學方法對于幫助學生理解抽象知識，提高學生學習積極性是有效的。

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