培養(yǎng)操作系統(tǒng)思維的教學(xué)改革探討

賈剛勇+趙偉華+劉真+周旭??

摘要：本文分析了學(xué)生在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程時(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，針對操作系統(tǒng)課程的特點(diǎn)提出了教學(xué)改革的思路及對策。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；教學(xué)改革；教學(xué)對策

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有應(yīng)用軟件提供管理和服務(wù)，其他所有的應(yīng)用軟件只能通過操作系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件資源。同時(shí)，操作系統(tǒng)為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中資源的利用率和簡化程序員的編程復(fù)雜度，提供了很多資源管理方法和使用接口。因此，操作系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)尤為重要。本文以杭州電子科技大學(xué)操作系統(tǒng)課程教學(xué)為例，通過分析操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的難點(diǎn)，針對這門課程自身特點(diǎn)，探討教學(xué)改革的新思路。

一、操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)

操作系統(tǒng)主要是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理軟件，針對系統(tǒng)中存在的各種資源進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的管理，盡量滿足應(yīng)用程序的需求。主要涉及的資源包括處理器、內(nèi)存、外存以及其他外部設(shè)備。所以操作系統(tǒng)主要分為幾個(gè)子系統(tǒng)：進(jìn)程管理子系統(tǒng)、內(nèi)存管理子系統(tǒng)、文件系統(tǒng)以及設(shè)備管理子系統(tǒng)。

針對進(jìn)程管理子系統(tǒng)，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)就是進(jìn)程的概念，為什么需要有進(jìn)程這個(gè)概念，也就是進(jìn)程這個(gè)概念提出的背景，進(jìn)程與熟悉的程序這個(gè)概念有什么區(qū)別和聯(lián)系，以及系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行的多個(gè)進(jìn)程之間相互的關(guān)系等。針對內(nèi)存管理子系統(tǒng)，重點(diǎn)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)并發(fā)執(zhí)行過程中，各進(jìn)程共享內(nèi)存，操作系統(tǒng)需要通過分配策略和算法來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的高效共享。針對文件系統(tǒng)，重點(diǎn)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(tǒng)。目錄管理的目的，以及區(qū)別目錄和普通文件。最后需要了解文件的共享和保護(hù)上的方法。

這些重要的知識點(diǎn)都需要學(xué)生從系統(tǒng)資源管理者的角度去理解，逐步形成系統(tǒng)的思維模式，能夠明確區(qū)分之前學(xué)習(xí)的應(yīng)用程序編程思維方式，要從應(yīng)用層轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)層的思維模式，這也是學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)最難的地方。

二、操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)

對于剛接觸操作系統(tǒng)課程的學(xué)生來說，最難的就是思維方式的轉(zhuǎn)變，從應(yīng)用程序的編寫者轉(zhuǎn)變成為系統(tǒng)資源的管理者。最需要轉(zhuǎn)變的幾個(gè)角度包括：

1從程序變成進(jìn)程

學(xué)完C語言，學(xué)生在思維里面有了根深蒂固的程序的概念。開始學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)，第一個(gè)需要轉(zhuǎn)變的就是從程序變成進(jìn)程。從應(yīng)用程序編寫者的角度出發(fā)，只有程序。但是到了操作系統(tǒng)，最多的是進(jìn)程。程序和進(jìn)程兩個(gè)概念的區(qū)別就是最開始的應(yīng)用思維和系統(tǒng)思維的碰撞。學(xué)生很難一下子就很好理解進(jìn)程這個(gè)概念。

2操作系統(tǒng)的功能理解

在介紹操作系統(tǒng)的功能時(shí)，我們會輕描淡寫地說操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)程序的啟動和結(jié)束。對于學(xué)生來講，壓根無法明白。筆者曾經(jīng)做過一項(xiàng)調(diào)查，兩個(gè)班總共92個(gè)人，能夠很好理解這項(xiàng)功能的人沒有一個(gè)。從中我們能夠發(fā)現(xiàn)學(xué)生的系統(tǒng)思維方式尚未形成之前，壓根無法理解這種描述。運(yùn)行一個(gè)程序，操作系統(tǒng)需要為這個(gè)程序創(chuàng)建一個(gè)相應(yīng)的進(jìn)程，在這個(gè)創(chuàng)建過程中需要了解創(chuàng)建了哪些內(nèi)容，各內(nèi)容有什么作用。而當(dāng)一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束之后，操作系統(tǒng)是如何回收這個(gè)進(jìn)程所占用的資源，并且是如何選擇新的進(jìn)程執(zhí)行的。

3并發(fā)執(zhí)行

多個(gè)進(jìn)程在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)執(zhí)行叫作并發(fā)運(yùn)行。從應(yīng)用程序的角度出發(fā)，每個(gè)應(yīng)用程序貌似都是獨(dú)占處理器的。進(jìn)程之間是如何并發(fā)執(zhí)行的，以及并發(fā)執(zhí)行需要的支持等。這些都是理解并發(fā)執(zhí)行概念的難點(diǎn)，也是理解現(xiàn)有操作系統(tǒng)必不可少的部分。

4尋址機(jī)制

在內(nèi)存管理子系統(tǒng)中，最重要也是最難的一部分內(nèi)存就是尋址，從邏輯地址轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢淼刂贰W(xué)生學(xué)完之后能知道怎么進(jìn)行邏輯地址轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢淼刂罚牵铌P(guān)鍵的是學(xué)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(nèi)容，筆者也進(jìn)行了一個(gè)調(diào)研。講完尋址這部分內(nèi)容，出了兩道地址轉(zhuǎn)換的題目。兩個(gè)班92個(gè)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(jìn)程控制塊和文件控制塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

進(jìn)程控制塊和文件控制塊等這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)中的作用是操作系統(tǒng)的難點(diǎn)。為什么說進(jìn)程控制塊和文件控制塊分別是進(jìn)程和文件在系統(tǒng)中的唯一標(biāo)識，系統(tǒng)如何通過這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理進(jìn)程和文件。學(xué)生理解起來都較難

三、操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革的探討

[JP3]大學(xué)教育需要的是專業(yè)教育，讓學(xué)生形成專業(yè)的思維模式，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入某一領(lǐng)域研究。因此，操作系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中，針對操作系統(tǒng)課程本身具有的特殊性，注重培養(yǎng)系統(tǒng)思維。

器的使用要點(diǎn)進(jìn)行介紹，再現(xiàn)場演示實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)完成后，填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師再有針對性地講解。對學(xué)生來講就可能存在以下的不足：第一，由于教學(xué)課時(shí)的限制，實(shí)驗(yàn)往往做得很匆忙，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)掌握不牢固；第二，學(xué)生基礎(chǔ)知識參差不齊導(dǎo)致理解力和接收能力相差大，課堂上思考的時(shí)間不充足，學(xué)生機(jī)械地模仿教師，卻不明白為什么要這樣做，當(dāng)稍微有一點(diǎn)變化就不知道怎么操作；第三，由于學(xué)生人數(shù)多，實(shí)驗(yàn)設(shè)備往往不足，勤奮好學(xué)的學(xué)生會積極動手進(jìn)行操作，而有的學(xué)生可能連儀器都不碰一下或者想動手做實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)方法為例。其教學(xué)方法是在傳統(tǒng)所用方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用微信平臺作為輔助教學(xué)手段。先將土的含水率實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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?yàn)镻owerpoint文檔制作出來的文件，色彩明麗，圖文并茂，視覺沖擊感強(qiáng)烈，能激發(fā)學(xué)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(xué)生理清實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)習(xí)起來思路清晰，同時(shí)一個(gè)實(shí)驗(yàn)不致于花太多時(shí)間來學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)時(shí)間太長了容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)的情緒。一個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)時(shí)間控制在15分鐘內(nèi)為宜；一個(gè)實(shí)驗(yàn)的Powerpoint文檔制作以5～8頁為宜；視頻經(jīng)過剪輯后在10分鐘內(nèi)為宜。合理控制單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)時(shí)間是微信制作的關(guān)鍵。第二步，錄制土的含水率實(shí)驗(yàn)的操作視頻。可能有人會問，既然有該實(shí)驗(yàn)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(jié)合，也就是理論和實(shí)踐相結(jié)合才能讓學(xué)生更好地明白儀器的使用方法，更容易理解試驗(yàn)步驟，掌握實(shí)驗(yàn)操作要領(lǐng)，掌握數(shù)據(jù)處理方法，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，有針對性地學(xué)好本實(shí)驗(yàn)。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(yàn)的二維碼了。網(wǎng)上有免費(fèi)的二維碼生成器軟件，操作起來快速、方便，成本低。第四步，學(xué)生通過微信平臺掃描該二維碼，就可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

以下是筆者制作的兩張土的含水率實(shí)驗(yàn)的PPT，本來該實(shí)驗(yàn)共有5頁，限于篇幅取前面兩張（圖1、圖2）。經(jīng)調(diào)查，學(xué)生通過微信平臺掃二維碼學(xué)習(xí)該實(shí)驗(yàn)后，普遍認(rèn)為文字簡潔易懂，畫面感強(qiáng)，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)再配以該實(shí)驗(yàn)的操作視頻，使學(xué)生能更好地掌握該試驗(yàn)的操作方法。也達(dá)到了本課程培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作技能的目標(biāo)。

4運(yùn)用微信平臺的優(yōu)點(diǎn)

道路材料將微信平臺作為輔助教學(xué)手段，其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。書本上是長篇的文字?jǐn)⑹觯菰飭握{(diào)，而打開微信觀摩實(shí)驗(yàn)，簡單明了，圖文并茂并且還配有視頻，學(xué)習(xí)起來更加輕松愉快，更感興趣。（2）學(xué)習(xí)方便，不受時(shí)間、地點(diǎn)限制。書本攜帶不方便，并且只能在教室學(xué)習(xí)，而微信教學(xué)法可以讓學(xué)生利用空余時(shí)間隨時(shí)隨地掃描二維碼來學(xué)習(xí)。（3）有利于學(xué)生更好地掌握知識點(diǎn)，方便學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

若學(xué)生在實(shí)訓(xùn)時(shí)對某個(gè)試驗(yàn)不是特別熟悉，點(diǎn)開微信掃描二維碼就可以復(fù)習(xí)一下該實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生更好地鞏固知識點(diǎn)。（4）有利于提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力。學(xué)生通過反復(fù)觀看實(shí)驗(yàn)的操作視頻，能了解正確的實(shí)驗(yàn)操作方法，然后動手做實(shí)驗(yàn)，找出自己實(shí)驗(yàn)不規(guī)范的地方，這樣重復(fù)練習(xí)，可以大大提高學(xué)生的動手能力。

三、結(jié)束語

微信平臺運(yùn)用于我系路橋?qū)I(yè)道路材料課程中，經(jīng)過兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐運(yùn)用，該教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，學(xué)生的理論和實(shí)踐成績均有明顯的提高，因此，該教學(xué)方法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到了非常重要的作用。

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