“操作系统”课程教学法探析

摘要：操作系统是计算机系统中必不可少的系统软件，“操作系统”课程是讲述操作系统工作原理的课程，为了提高学生的学习兴趣和培养学生的创新能力，对该课程的教学法进行研究，提出了类比启发式教学法，并借助于计算机辅助教学平台，设计和利用编程实现的多媒体动态课件等方法开展教学，经实践教学证明，效果良好。

关键词：操作系统；教学法；课堂教学；教学实施

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0048-02

计算机系统由硬件和软件组成，操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，其他系统软件或应用软件都依赖于操作系统的支持，取得它的服务，因此操作系统是计算机必不可少的系统软件，它承担了当计算机工作时各硬件的协调和管理工作。[1-3]“操作系统”课程是一门讲述计算机操作系统工作原理的课程，它是计算机专业学生的必修课，学习该课程的重要性如下：第一，操作系统是计算机硬件之上的第一层软件系统，没有它，用户无法顺利地操纵、指挥和组织计算机硬件工作。第二，对于计算机专业的学生而言，必须了解其内核原理，理解各类问题的解决方案。便于今后编写和维护操作系统软件。第三，鉴于操作系统在计算机系统中所处的位置，目前报考计算机专业研究生时，“操作系统”为必考专业课程。

虽然该课程的重要性不言而喻，但在实际教学中却遇到以下问题：一是无用论。因为该课程有别于其他编程课程和应用软件，无法直接看到运行结果，因此感觉无趣。其次学生不知了解和掌握操作系统的工作原理有何作用。二是难学论。内容繁杂，知识点多，概念抽象，难以理解掌握，教学难度高。综上所述，“操作系统”课程教学法的研究十分重要且必要。

一、“操作系统”课程的教学法研究

1.“操作系统”课程的内容特点分析

从用户角度看操作系统是用户与硬件系统之间的接口，是服务的提供者。从系统的角度来观察，操作系统是计算机系统资源的管理者，是程序执行的控制者。[4]

（1）操作系统是用户与硬件系统之间的接口。操作系统处于用户和计算机硬件之间，用户通过操作系统来使用计算机系统。用户通过操作界面可使用操作系统提供的各种功能，而无需了解软硬件本身的细节，所以，操作系统是一个友善的用户与硬件系统之间的接口。

（2）操作系统是计算机系统资源的管理者。计算机系统中有各种各样的软件和硬件资源。操作系统的主要功能正是针对这些软硬件资源进行管理：处理机管理、存储器管理、I/O设备管理、文件管理。因此操作系统除了要为用户提供简单、有效的资源使用手段外，还要最大限度地实现各类资源的共享，提高资源利用率，从而提高计算机系统的效率。

（3）操作系统是程序执行的控制者。程序运行时进入内存后变为进程。为了提高系统效率，操作系统必须支持多进程的并发工作。因此，操作系统的主要工作就是合理调度和分配各种资源给多个进程，充分发挥计算机各部件的性能，使它们最大限度地保持忙碌，也因此引申出了诸如互斥、同步、死锁等问题。

本文所研究的“操作系统”课程是面向计算机专业学生开设的。对于这些学生，上一年级时所学的计算机应用基础讲述了Windows操作系统的使用，在二年级时又开设了“linux 操作系统”，这两门课剖析了操作系统的第一个特点，主要介绍具体的操作系统软件的操作。所以本文所研究的“操作系统”课程的教学内容重点是从系统的角度观察操作系统作为计算机系统资源的管理者和程序执行的控制者的主要实现原理。

2.“操作系统”课程的教学目标

综上所述，本文研究的“操作系统”有以下几个教学目标：使学生全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程；使学生掌握现代计算机操作系统的基本原理、基本设计方法及实现技术；具有分析现行操作系统和设计、开发实际操作系统的基本能力，为今后从事各种软硬件开发打下扎实的基础；使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，提高运用理论知识解决实际问题的能力。

3.“操作系统”课程的类比启发式教学法

针对“操作系统”课程的教学目标和在实际教学中遇到的问题所研究的教学方法需要达到以下的效果：形象化地讲解，帮助学生理解操作系统工作原理；训练和提高学生分析问题和解决问题的能力。

为了实现以上效果，笔者将日常生活中的管理经验引入教学，找出生活中的类比问题，从其解决方法进行操作系统相关问题解决方案的类比，启发学生自己提出解决方案，既方便学生理解原理，又调动了学生的积极性，训练了学生分析问题和解决问题的能力。具体类比启发式教学案例如表1、表2、表3、表4所述。

表1 操作系统引论

课程内容 类比案例 启发问题

操作系统的四大管理 到电脑商店买组装电脑。选购的重要部件恰好是操作系统需要管理的计算机部件 哪些重要部件是组装电脑的重要专注点

单道批处理系统与脱机I/O 医生在门诊看病。医生自己到候诊室叫下一个病人，相当于脱机I/O。护士负责叫号或电脑大屏幕叫号相当于单道批处理系统 医生看病叫号有何不同方式

表2 处理机管理

课程内容 类比案例 启发问题

进程与线程的差别 研究所为一个正研究某个课题的科研团队分配实验室、设备、人员等资源，其工作可看成进程。为了提高效率，将部分研究内容由几个小组并行推进，这些小组成员本身是该团队人员，所以系统不用另外分配实验室、设备等资源，相当于线程 通过类比案例可以看出进程与线程的最大区别是什么

PCB是进程的重要组成部分 一个学生进入大学，在校四年将从事各种学习活动，为了对每个同学的关键信息进行管理，一入校每人被建学生信息档案。一个学生可看成一个进程，PCB则相当于信息档案 每个学生进校则被建立信息档案，进程是否也需要档案呢

表3 存储器管理和文件管理

课程内容 类比案例 启发问题

首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法 宾馆管理员分客房，从小房号开始依次寻找空房间分配类似首次适应算法；从上次分配的最后一个房号开始分配类似循环首次适应算法；当团体来订房且要求连号时，总选适合要求且连号间数最少的位置分配，相当于最佳适应算法 你作为宾馆管理员，如何分配房间便于自己的管理

连续分配方式到基本分页存储方式的演化 类比书简到装订书的演化。书简的长度由其内容长度决定，与连续分配方式类似。装订书按照每页固定大小印刷，查找时只需指出是第几页第几个字，正好对应于基本分页存储的地址结构 书的历史演化过程是什么？各阶段有何特点

表4 设备管理

课程内容 类比案例 启发问题

设置设备控制器的原因 物业公司调度负责接听电话，居民向其反映遇到的问题，他根据经验判断原因，然后派相应工种的工人去解决。该物业公司调度就相当于设备控制器 从这个类比的例子可以推断出设备控制器的作用是什么

I/O通道的适用场合 小公司经理凡事需亲力亲为，当小公司成长为中等公司后，就需要为经理配秘书了，此时秘书就相当于I/O通道 由例子推断何时需使用I/O通道

通过类比，对于重要概念能通过生活中大家熟悉的事物来理解，同时通过启发式问题训练学生的分析问题的能力，也教会学生对于科学问题的求解可以通过将生活中的其他领域解决问题的方法移植过来。

二、其他多元化教学手段

1.计算机辅助教学平台

由于学生对知识的接受理解能力和速度不同，教师在有限的课堂时间内的讲授，不可能让每个学生都能透彻掌握知识。为了弥补传统教学的不足，推进学生个性化自主学习，利用教学网站来辅助教学，可以打破传统教学时空的限制，让学生体验到自由获取知识的乐趣。

笔者利用学校提供的课程中心网的教学平台，设计和配置了如图1所示的几大模块，实现了协同的教学环境。模块有：课程简介、课程内容、电子教案、课程资源、作业与习题、实验、网络论坛、课程互动。

2.有效运用多媒体动态课件

通过编程的方法制作完成较直观的动态课件，让难弄懂难理解的概念或算法形象化、具体化，更好地表达讲课内容，使学生容易接受，便于理解，达到事半功倍的效果。比如：银行家算法动态演示构件。如图2所示。

演示内容并不是事先预备好的算法执行过程，参数由用户自己任意填入。点击“增加进程”按钮后会生成相应的起始资源分配表，如图3所示。用户可编辑所有进程的相关参数。

编辑好的资源分配表如图4所示：

点击“开始演示”按钮，系统会自动调用算法对参数表中的数据进行提取和处理。资源分配过程如图5所示，演示执行完毕后如图6所示。

由以上例子可以看出，动态演示构件可以由用户自己设定参数，演示过程完全由编程时设定好的算法带入用户设定的参数来展示，演示构件具有一定的智能。学生既可利用该演示构件学习算法，也可检验自己的作业结果，是更高级的演示教学方法，效果很好，只是这种演示构件需要编程实现，有一定难度。

3.加强课堂师生互动

虽然教学网站师生可以通过论坛互动，但是充分利用课堂，根据教学内容精心设计安排提问，引导学生思考，这种面对面的互动方式更能调动学生的积极性。此外，还可以通过提问和对话让学生更积极地思考问题和提出自己的观点及思路。

三、结束语

笔者采用上述的类比启发式教学、多媒体动态课件、计算机辅助教学平台以及加强课堂互动等方法进行“操作系统”教学，效果良好。教学质量的提高是每个教育工作者永恒的追求。在“操作系统”课程的教学过程中，教师要始终围绕提高学生的学习兴趣和培养学生的创新能力这个主题，注重教学方法的改进，不断归纳出行之有效的教学方法，在教学上推陈出新，才能更好地实现计算机专业人才培养目标。

参考文献：

[1]孙钟秀，费翔林，骆斌.操作系统教程[M].第4版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]汤小丹，梁红兵，哲凤屏.计算机操作系统[M].第三版.西安：西安电子科技大学出版社，2007.

[3]张尧学，史美林，张高.计算机操作系统教程[M].第三版.北京：清华大学出版社，2006.

[4]骆斌，费翔林，叶保留，等.“操作系统”课程教材建设与教学实施探讨[J].计算机教育，2009，（14）：47-50.