操作系统原理教学方法浅析

浅析“操作系统原理”专业课课堂教学方法

郭渊博　郝耀辉

(信息工程大学电子技术学院四系，河南郑州450004)

摘　要　本文分析探讨了提高“操作系统原理”这门课程课堂教学质量的一些基本方法，包括“问题引导、任务驱动”的课堂教学设计方法、从多个不同视角对关键问题进行透视的方法、对学员探索式/辩证式学习的鼓励和引导方法、对一些复杂难懂且易于混淆的概念或算法联系实际进行比喻的方法等。实践证明，这些方法为提高“操作系统原理”这门课程的课堂教学质量奠定了良好的基础。

关键词　教学方法;操作系统;课堂教学

一、课程内容及授课对象分析

操作系统是对计算机系统硬件性能的抽象，通过它来控制硬件，并通过它来使用计算机系统的资源。“操作系统”是计算机科学与技术学科知识体系中的一个核心领域，是计算机专业本科生的主干课程。操作系统中的许多思想也可用于计算机的其他领域，例如并发程序设计、算法设计和实现、虚拟环境的创建、安全系统的创建及网络管理等。

“操作系统原理”课程是计算机专业的主干课程之一，其课程目标是:通过本课程的学习，要求学员理解、掌握现代操作系统的基本概念、原理、设计方法和主要的实现算法。其课程内容是各种操作系统的组成结构、设计思想、设计方法和理论的综合，涉及的基本概念多、密度大、抽象性强、易混淆;专业术语涉及的知识面广，某些技术的实现思想难以理解。学员在学习过程中常常感到这门课程所介绍的理论太抽象、难以理解与掌握，甚至会产生这门课程没有什么实际用途的误解，无法提起兴趣，往往只是被动地背概念和知识点以应付考试，失去了学习本身的意义。

教材是教学指导思想、培养目标、教学要求、教学内容的具体体现，教员通过教材全面、具体地理解教学要求与教学内容，以它为依据进行讲授并组织教学活动;学员通过教材掌握所规定的知识，并以它为依据进行学习。我们认为，作为教材，绝不是越深越好，也绝不是学术水平越高越好。凡是能较好地实现教学指导思想和课程基本要求、能有效地提高教学质量的教材，就是好教材。根据课程标准的要求，同时考虑到学院学科特色，选用了汤子瀛主编、西安电子科技大学出版社出版的《计算机操作系统》(第三版)，此教材是全国计算机类本科规划教材，曾获电子工业部优秀教材一等奖。教材章节设置合理，整本书逻辑性强，课后习题充分，注重理论的所谓“深入浅出”。

本门课程开设时间是大三上学期，面向对象是技术类生长干部本科学员，从教学情况来看，大部分学员具备了一定的计算机科学方面的基础知识，理解能力较强;但部分学员的学习兴趣不高，主动性不强，在学科思维、实践能力等方面还有所欠缺。且自由学习时间不多，对课前预习和课后复习等环节不甚重视，容易产生理论知识掌握不扎实和所学内容脱离实际的操作系统等问题。因此，应在轻松的课堂氛围中让学员掌握课堂所授的知识，并启发和鼓励学员课下分析和思考问题，要求学员课下针对课堂讲解的原理寻找其在Windows、Linux等操作系统中的应用，以加强对课程内容的理解，培养学员理论联系实际的学习态度，并享受学习的快乐。

二、教学方法

俗话说:“教无定法，贵在得法。”根据对教材及教学对象、教学目标、教学内容重点难点的分析，在教学中应强调学员的主体作用，让学员多动脑、自主探索，引导学员主动的思考问题和总结知识，对不同层次的学员，应以鼓励为主，激发其学习兴趣。操作系统这种原理性强、涉及面广的特征，要求在向学员讲授操作系统的一般设计原理的过程中，需要注重训练学员的抽象思维能力和逻辑思维能力，让学员去思考各种算法的不同点，并说出每种算法的优缺点和现实应用场合，强调掌握构造可行性算法的方法和评价算法性能优劣的方法的重要性，应有意识地培养学员动脑的习惯，在教学中，启发、诱导方法应贯穿始终，已充分调动学员的学习积极性。同时将大师们发现知识时的思维过程传授给学员，使学员学会思维，特别是学会创造性思维。

下面以“进程管理”中的第一节内“进程的基本概念”的课堂教学为例，阐述我们在“操作系统原理”专业课课堂教学实施上的一些方法。本节课程内容中进程的“概念”是重点，进程的“五个基本状态”是难点，这两项内容都是形成学员合理知识链的一个必要环节，是本章后续内容和第三章“处理机调度”等内容的核心基础。

(1)采用“问题引导、任务驱动”的方法设计课堂教学。让学员在启发和鼓励下去分析和思考问题，以提高学员的学习积极性和学习效率。同时在讲授理论的过程中适当增加应用知识的介绍，让学员基本掌握各个知识点应用背景。例如，为了导入进程的概念，我们选择飞机售票的程序代码作为例子，说明现在的计算机系统为了提高吞吐量和执行效率，程序都采用并发执行的方式。通过演示飞机售票的程序代码在并发执行时的两种不同的执行流程，设置提问和学员交互，鼓励学员观察程序在并发执行时不同的执行顺序，产生了不同结果。然后针对产生不同结果的问题，采用启发式的教学方法，引导学员探索问题产生的原因，思考解决的办法。得出在多道程序环境下，因程序并发执行时失去了封闭性，造成程序的并发执行结果是不可再现的。

(2)注重联系实际、巧打比方。例如，“进程的概念”是本节课的重点内容，但该内容理解起来比较困难，可采用比喻教学法，将“进程的概念”比喻为“现实中厨师做菜”的过程，CPU相当于厨师，程序相当于菜谱，数据相当于做菜所需的原料，进程就是厨师按照菜谱，选择各种原料，制作菜肴的一系列动作的总和，使得原本抽象难懂的概念，变得容易理解，同时极大地提高了他们的学习兴趣便于学员理解记忆。(www.xing528.com)

(3)鼓励和引导探索式、辩证式学习。在讲多解进程间的状态转换时，向学员阐述五状态并不是唯一的分类方式，例如Windows的进程有7个，Solaris有6个。但不管5个、6个、还是7个，或者其他数目，其目的都是便于操作系统对进程的管理。

(4)从多个不同视角对问题进行透视。在对比“进程”和“程序”两个概念的区别时，最重要的是进程是一个动态的概念，而程序是一个静态的概念。在引导学员对进程的动态性进行理解时，从物理视角(进程切换)、逻辑视角(多道并发)、时间视角(持续推进)这三个不同角度进行分析，以加深学员对概念的本质理解。

(5)采用多媒体教学为主，“粉笔+黑板”为辅的方式。选用三段式的板书书写方法，把黑板分为三部分，第一部分写本次授课的提纲，即进程的概念和进程五个基本状态这两个标题;第二块将“进程五个基本状态间的转换关系”以图形的形式画出来;第三块用来做机动黑板，为学员列举一些关键词汇、说明一些中间问题。这种板书方式能充分展示教员的讲课思路，并能给学员留下较充裕的思考与做笔记的时间。在讲解中如能配合对一些关键知识点的讨论和提问，会使黑板变成师生交流的便捷工具。

(6)总结巩固、延伸新课。下课前对课堂讲述内容进行归纳小结，强调本节课学员应该掌握的重点内容是进程的概念和进程5个基本状态之间的转换关系，延伸下节课的内容:进程有5个不同的状态，应如何组织和标识?当前系统负荷较大时，如何考虑进程状态转换时的效率和公平性问题?

三、教学反思

“操作系统原理”是解放军信息工程大学首批“课堂教学模式改革试点”课程，本身比较抽象难学，在教学中需要有效调动学员学习积极性，激发学员的求知欲，挖掘学员的创新潜能，培养学员的创新思维，促使学员扎实掌握操作系统基本知识，深入理解操作系统工作机制，紧密跟踪操作系统发展趋势。在实践中我们贯彻“以教员为主导，以学员为主体，以问题为基础”的教学指导思想，在课堂教学中由浅入深、循序渐进，有计划地培养学员发现问题、分析问题、解决问题的能力，且从现实生活中的一些常见实例出发，将抽象的进程的概念比喻为现实中一些日常生活实例，并尝试从多个不同视角对一些关键性的概念进行分析讲解，既有利于引导学员养成认真多视角多维度思考问题的习惯，又有利于培养学员通过现象发掘知识内在本质的能力;同时充分利用各种教学手段来激发学员的学习兴趣，以便达到学员课堂上即对知识消化吸收的教学效果。

从教学效果上看，让学员带着问题学习新知识，有的放矢，注重学员独立思考能力的培养，教学互动，达到应有的教学效果。但这种教学对教员要求比较高，要求教员在始终坚持教书育人、爱岗敬业的思想前提下，不断深入思考问题，切实树立“教学员一滴水，首先自己要有一桶水”的理念，充分做好课前准备，随机应变。

然而必须指出的是，由于操作系统课程涉及的知识面很宽，理论性和实践性都很强，本文所阐述的教学方法仅仅为提高“操作系统原理”这门课程的课堂教学质量奠定了基础，要真正提高该门课程的教学质量，还有赖于与课后辅导、实验教学以及课后作业等多个环节的相辅相成。

参考文献

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

［2］Andrew S.Tanenbaum.Modern Operating Systems.北京:机械工业出版社，2003.

［3］罗宇，邹鹏，吴庆波，等.“操作系统”国家精品课程建设总结.计算机教育，2009(14).

［4］张旭，钱慎一.从“操作系统”的教学浅谈学生能力的培养.计算机教育，2009(14).

［5］邹恒明.上海交通大学“操作系统”精品课程的立体化建设.计算机教育，2006(7).