培養操作系統思維的教學改革探討

賈剛勇+趙偉華+劉真+周旭??

摘要：本文分析了學生在學習操作系統課程時的重點和難點，針對操作系統課程的特點提出了教學改革的思路及對策。

關鍵詞：操作系統；教學改革；教學對策

操作系統是計算機相關專業的基礎課程，為計算機系統中所有應用軟件提供管理和服務，其他所有的應用軟件只能通過操作系統使用計算機系統中的硬件資源。同時，操作系統為了提高計算機系統中資源的利用率和簡化程序員的編程復雜度，提供了很多資源管理方法和使用接口。因此，操作系統課程的學習尤為重要。本文以杭州電子科技大學操作系統課程教學為例，通過分析操作系統課程學習中的重點以及學生在學習過程中遇到的難點，針對這門課程自身特點，探討教學改革的新思路。

一、操作系統課程學習中的重點

操作系統主要是計算機系統資源的管理軟件，針對系統中存在的各種資源進行實時高效的管理，盡量滿足應用程序的需求。主要涉及的資源包括處理器、內存、外存以及其他外部設備。所以操作系統主要分為幾個子系統：進程管理子系統、內存管理子系統、文件系統以及設備管理子系統。

針對進程管理子系統，學習的重點就是進程的概念，為什么需要有進程這個概念，也就是進程這個概念提出的背景，進程與熟悉的程序這個概念有什么區別和聯系，以及系統中并發執行的多個進程之間相互的關系等。針對內存管理子系統，重點就是地址映射和存儲資源的分配策略和算法。地址映射需要了解系統中存在的三種地址：邏輯地址、線性地址和物理地址。清楚這三種地址分別是什么意思，為什么需要三種不懂的地址，也就是有了這三種地址對系統會有什么樣的好處。存儲資源的分配策略和算法需要明白系統并發執行過程中，各進程共享內存，操作系統需要通過分配策略和算法來實現進程間的高效共享。針對文件系統，重點就是物理存儲空間的管理方法，不同的管理方法形成了不同的文件系統。目錄管理的目的，以及區別目錄和普通文件。最后需要了解文件的共享和保護上的方法。

這些重要的知識點都需要學生從系統資源管理者的角度去理解，逐步形成系統的思維模式，能夠明確區分之前學習的應用程序編程思維方式，要從應用層轉變成系統層的思維模式，這也是學習操作系統最難的地方。

二、操作系統課程學習過程中的難點

對于剛接觸操作系統課程的學生來說，最難的就是思維方式的轉變，從應用程序的編寫者轉變成為系統資源的管理者。最需要轉變的幾個角度包括：

1從程序變成進程

學完C語言，學生在思維里面有了根深蒂固的程序的概念。開始學習操作系統，第一個需要轉變的就是從程序變成進程。從應用程序編寫者的角度出發，只有程序。但是到了操作系統，最多的是進程。程序和進程兩個概念的區別就是最開始的應用思維和系統思維的碰撞。學生很難一下子就很好理解進程這個概念。

2操作系統的功能理解

在介紹操作系統的功能時，我們會輕描淡寫地說操作系統負責程序的啟動和結束。對于學生來講，壓根無法明白。筆者曾經做過一項調查，兩個班總共92個人，能夠很好理解這項功能的人沒有一個。從中我們能夠發現學生的系統思維方式尚未形成之前，壓根無法理解這種描述。運行一個程序，操作系統需要為這個程序創建一個相應的進程，在這個創建過程中需要了解創建了哪些內容，各內容有什么作用。而當一個進程執行結束之后，操作系統是如何回收這個進程所占用的資源，并且是如何選擇新的進程執行的。

3并發執行

多個進程在一段時間內同時執行叫作并發運行。從應用程序的角度出發，每個應用程序貌似都是獨占處理器的。進程之間是如何并發執行的，以及并發執行需要的支持等。這些都是理解并發執行概念的難點，也是理解現有操作系統必不可少的部分。

4尋址機制

在內存管理子系統中，最重要也是最難的一部分內存就是尋址，從邏輯地址轉變為物理地址。學生學完之后能知道怎么進行邏輯地址轉變為物理地址，但是，最關鍵的是學生無法理解為什么需要尋址，尋址的目的何在。對于尋址這部分內容，筆者也進行了一個調研。講完尋址這部分內容，出了兩道地址轉換的題目。兩個班92個人，做對兩道的33人，對一道的27人，一道都沒對的32人，只有不到10人大體能夠明白為什么需要尋址。

5進程控制塊和文件控制塊數據結構

進程控制塊和文件控制塊等這些數據結構在系統中的作用是操作系統的難點。為什么說進程控制塊和文件控制塊分別是進程和文件在系統中的唯一標識，系統如何通過這些數據結構來管理進程和文件。學生理解起來都較難

三、操作系統課程教學改革的探討

[JP3]大學教育需要的是專業教育，讓學生形成專業的思維模式，帶領學生進入某一領域研究。因此，操作系統課程的教學過程中，針對操作系統課程本身具有的特殊性，注重培養系統思維。

器的使用要點進行介紹，再現場演示實驗操作。學生分組實驗完成后，填寫實驗報告，教師再有針對性地講解。對學生來講就可能存在以下的不足：第一，由于教學課時的限制，實驗往往做得很匆忙，學生對實驗的要點掌握不牢固；第二，學生基礎知識參差不齊導致理解力和接收能力相差大，課堂上思考的時間不充足，學生機械地模仿教師，卻不明白為什么要這樣做，當稍微有一點變化就不知道怎么操作；第三，由于學生人數多，實驗設備往往不足，勤奮好學的學生會積極動手進行操作，而有的學生可能連儀器都不碰一下或者想動手做實驗但是缺少儀器。

3利用微信平臺具體的操作步驟

以土的含水率實驗教學方法為例。其教學方法是在傳統所用方法的基礎上，運用微信平臺作為輔助教學手段。先將土的含水率實驗的實驗步驟以簡明扼要的形式制作成Powerpoint文檔。為什么不選用Word呢？是因為Powerpoint文檔制作出來的文件，色彩明麗，圖文并茂，視覺沖擊感強烈，能激發學生閱讀的興趣，并且印象深刻。視覺效果是微信制作需考慮的首要因素。簡單明了有利于學生理清實驗步驟，學習起來思路清晰，同時一個實驗不致于花太多時間來學習，學習時間太長了容易使學生產生厭學的情緒。一個實驗的學習時間控制在15分鐘內為宜；一個實驗的Powerpoint文檔制作以5～8頁為宜；視頻經過剪輯后在10分鐘內為宜。合理控制單個實驗項目的學習時間是微信制作的關鍵。第二步，錄制土的含水率實驗的操作視頻。可能有人會問，既然有該實驗的文檔資料，為什么還要錄制視頻？文檔資料和視頻資料相結合，也就是理論和實踐相結合才能讓學生更好地明白儀器的使用方法，更容易理解試驗步驟，掌握實驗操作要領，掌握數據處理方法，對實驗結果進行分析，有針對性地學好本實驗。第三步，將Powerpoint文檔資料和視頻文檔資料上傳到二維碼生成器軟件，就可以生成該試驗的二維碼了。網上有免費的二維碼生成器軟件，操作起來快速、方便，成本低。第四步，學生通過微信平臺掃描該二維碼，就可以隨時隨地進行學習。

以下是筆者制作的兩張土的含水率實驗的PPT，本來該實驗共有5頁，限于篇幅取前面兩張（圖1、圖2）。經調查，學生通過微信平臺掃二維碼學習該實驗后，普遍認為文字簡潔易懂，畫面感強，能激發學生學習的興趣，同時再配以該實驗的操作視頻，使學生能更好地掌握該試驗的操作方法。也達到了本課程培養學生實踐操作技能的目標。

4運用微信平臺的優點

道路材料將微信平臺作為輔助教學手段，其優點如下：（1）能激發學生學習興趣。書本上是長篇的文字敘述，枯燥單調，而打開微信觀摩實驗，簡單明了，圖文并茂并且還配有視頻，學習起來更加輕松愉快，更感興趣。（2）學習方便，不受時間、地點限制。書本攜帶不方便，并且只能在教室學習，而微信教學法可以讓學生利用空余時間隨時隨地掃描二維碼來學習。（3）有利于學生更好地掌握知識點，方便學生預習和復習。

若學生在實訓時對某個試驗不是特別熟悉，點開微信掃描二維碼就可以復習一下該實驗，能使學生更好地鞏固知識點。（4）有利于提高學生的實踐操作能力。學生通過反復觀看實驗的操作視頻，能了解正確的實驗操作方法，然后動手做實驗，找出自己實驗不規范的地方，這樣重復練習，可以大大提高學生的動手能力。

三、結束語

微信平臺運用于我系路橋專業道路材料課程中，經過兩個學期的實踐運用，該教學方法激發了學生的學習興趣，增強了學生對知識點的掌握，學生的理論和實踐成績均有明顯的提高，因此，該教學方法在實驗教學中起到了非常重要的作用。

參考文獻：

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