《操作系統(tǒng)》課程中抽象知識(shí)的實(shí)例化教學(xué)研究

忻州師范學(xué)院計(jì)算機(jī)系 馮麗萍 曹建芳

《操作系統(tǒng)》是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程。在《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程教學(xué)實(shí)施方案》里這樣定義操作系統(tǒng)的課程性質(zhì)：“本課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須學(xué)習(xí)和掌握的一門(mén)理論性和實(shí)踐性并重的核心主干課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程?！睂W(xué)習(xí)該課程的主要目的是讓學(xué)生理解操作系統(tǒng)的基本原理與基本概念，熟悉操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。由于《操作系統(tǒng)》課程中內(nèi)容理論性強(qiáng)而且抽象，因此一直是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)中既難教又難學(xué)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程。如何讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)這些枯燥而又抽象的概念與原理有深刻的理解，是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。

實(shí)例化教學(xué)法有助于將抽象的概念和原理轉(zhuǎn)化為具體的問(wèn)題和解決方案，幫助學(xué)生加深對(duì)這些概念和原理的理解。本文通過(guò)進(jìn)程以及進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的例子來(lái)闡述實(shí)例化教學(xué)法在操作系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用。

一、《操作系統(tǒng)》課程中知識(shí)的抽象性特點(diǎn)

《操作系統(tǒng)》課程主要講解操作系統(tǒng)中基本概念、基本原理以及實(shí)現(xiàn)方法。目的是讓學(xué)生掌握操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法、了解操作系統(tǒng)的基本架構(gòu)與功能，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力與解決問(wèn)題的能力。從系統(tǒng)角度講，操作系統(tǒng)的主要知識(shí)體系結(jié)構(gòu)是按照它的功能模塊組織的，包括對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源(CPU、存儲(chǔ)器和外設(shè))和軟件資源（文件）的管理模塊。從用戶角度講，操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)很重要的功能是提供了用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口。

在這些知識(shí)體系中，CPU 的管理和調(diào)度是一個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)內(nèi)容。CPU 管理又稱為進(jìn)程管理，進(jìn)程是一個(gè)看不見(jiàn)、摸不著的抽象概念，要使學(xué)生深刻理解進(jìn)程的定義，教師不能單純地按照課本上提到的進(jìn)程概念來(lái)講授，必須要從實(shí)際生活中找一些具體例子幫助學(xué)生理解。另外，在多任務(wù)多用戶的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行是一個(gè)很重要而且很抽象的概念，學(xué)生從理論上理解起來(lái)比較困難。因此，為了讓學(xué)生對(duì)“進(jìn)程”和“進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行”這兩個(gè)概念有一個(gè)形象的認(rèn)識(shí)，教師可以從生活中提取一些實(shí)例進(jìn)行解釋。

二、實(shí)例化教學(xué)設(shè)計(jì)

這里提出的實(shí)例化教學(xué)主要是針對(duì)課程中一些抽象的概念通過(guò)生活中具體的實(shí)例來(lái)形象解釋，達(dá)到降低知識(shí)的抽象性，提高學(xué)生對(duì)概念理解的目的。

1.關(guān)于“進(jìn)程”概念的實(shí)例化教學(xué)設(shè)計(jì)

“進(jìn)程”是操作系統(tǒng)中非常重要的基本概念之一。它是在多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)出現(xiàn)以后，引入的一個(gè)比較抽象的概念。進(jìn)程是資源分配和調(diào)度的基本單位，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。在介紹進(jìn)程動(dòng)態(tài)性時(shí)，是以其在整個(gè)生命周期內(nèi)的三種基本狀態(tài)（就緒狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)、阻塞狀態(tài)）為基礎(chǔ)展開(kāi)的，進(jìn)程在其生命周期內(nèi)在三種基本狀態(tài)之間。這個(gè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程比較抽象，學(xué)生不容易理解，教師在講解時(shí)，如果能通過(guò)生活中的實(shí)例進(jìn)行解釋，就會(huì)有助于學(xué)生理解。例如，可以把操作系統(tǒng)中的程序比作做飯時(shí)的菜譜，把進(jìn)程比作炒菜的過(guò)程，進(jìn)程之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換比作炒菜時(shí)狀態(tài)的變化。這樣，學(xué)生理解起來(lái)就具體化。

2.進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的實(shí)例化教學(xué)設(shè)計(jì)

理解了進(jìn)程的概念以后，接下來(lái)要學(xué)習(xí)進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行。進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行是指多個(gè)進(jìn)程在同一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)使用處理機(jī)執(zhí)行的過(guò)程。事實(shí)上，在單個(gè)處理機(jī)系統(tǒng)中，任一時(shí)刻下，只能有一個(gè)進(jìn)程占用處理機(jī)，所以從這個(gè)意義上講，并發(fā)實(shí)際上是多個(gè)進(jìn)程交替使用處理機(jī)的過(guò)程。這是一個(gè)比較抽象的描述，學(xué)生理解起來(lái)比較困難。

實(shí)際上，生活中有很多類(lèi)似進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的事件。教師在講解這個(gè)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以列舉生活中的例子啟發(fā)學(xué)生理解。例如，可以用辦公室中一個(gè)秘書(shū)的活動(dòng)比擬進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行。CPU 就是秘書(shū)本身。執(zhí)行每件事情時(shí)應(yīng)遵循的步驟類(lèi)似于計(jì)算機(jī)程序。如果在同一時(shí)間段內(nèi)，有許多工作需要完成，那么秘書(shū)會(huì)根據(jù)事情的緊急程度來(lái)處理，有時(shí)會(huì)停下當(dāng)前的工作去處理另一件工作。在這種情況下，她很可能說(shuō)“同時(shí)要做許多工作”。但實(shí)際上，在任意時(shí)刻，她只做一件事情，只是頻繁地從一件事情轉(zhuǎn)向另一件造成一種總的并發(fā)的印象。如果我們?cè)O(shè)想在辦公室中增加了一些秘書(shū)，于是在執(zhí)行不同任務(wù)的各個(gè)秘書(shū)之間，就有了一種真正的并發(fā)。事實(shí)上，只有當(dāng)“秘書(shū)的人數(shù)=事件數(shù)”時(shí)，才能以真正的并發(fā)方式執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)。通過(guò)這個(gè)示例，學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)的并發(fā)執(zhí)行就會(huì)有比較直觀的認(rèn)識(shí)。

操作系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)核心課，在計(jì)算機(jī)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中占有極其重要的地位。如何讓學(xué)生對(duì)這門(mén)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(tǒng)教學(xué)過(guò)程中研究的一個(gè)重要內(nèi)容。根據(jù)操作系統(tǒng)課程中知識(shí)抽象性的特點(diǎn)，本文提出了實(shí)例化教學(xué)方法，在講解一些抽象概念及原理時(shí)，盡量使用生活中具體的事例來(lái)比喻，這樣可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。幾年的教學(xué)效果表明，實(shí)例化教學(xué)方法對(duì)于幫助學(xué)生理解抽象知識(shí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性是有效的。

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