培养操作系统思维的教学改革探讨

贾刚勇+赵伟华+刘真+周旭��

摘要：本文分析了學生在学习操作系统课程时的重点和难点，针对操作系统课程的特点提出了教学改革的思路及对策。

关键词：操作系统；教学改革；教学对策

操作系统是计算机相关专业的基础课程，为计算机系统中所有应用软件提供管理和服务，其他所有的应用软件只能通过操作系统使用计算机系统中的硬件资源。同时，操作系统为了提高计算机系统中资源的利用率和简化程序员的编程复杂度，提供了很多资源管理方法和使用接口。因此，操作系统课程的学习尤为重要。本文以杭州电子科技大学操作系统课程教学为例，通过分析操作系统课程学习中的重点以及学生在学习过程中遇到的难点，针对这门课程自身特点，探讨教学改革的新思路。

一、操作系统课程学习中的重点

操作系统主要是计算机系统资源的管理软件，针对系统中存在的各种资源进行实时高效的管理，尽量满足应用程序的需求。主要涉及的资源包括处理器、内存、外存以及其他外部设备。所以操作系统主要分为几个子系统：进程管理子系统、内存管理子系统、文件系统以及设备管理子系统。

针对进程管理子系统，学习的重点就是进程的概念，为什么需要有进程这个概念，也就是进程这个概念提出的背景，进程与熟悉的程序这个概念有什么区别和联系，以及系统中并发执行的多个进程之间相互的关系等。针对内存管理子系统，重点就是地址映射和存储资源的分配策略和算法。地址映射需要了解系统中存在的三种地址：逻辑地址、线性地址和物理地址。清楚这三种地址分别是什么意思，为什么需要三种不懂的地址，也就是有了这三种地址对系统会有什么样的好处。存储资源的分配策略和算法需要明白系统并发执行过程中，各进程共享内存，操作系统需要通过分配策略和算法来实现进程间的高效共享。针对文件系统，重点就是物理存储空间的管理方法，不同的管理方法形成了不同的文件系统。目录管理的目的，以及区别目录和普通文件。最后需要了解文件的共享和保护上的方法。

这些重要的知识点都需要学生从系统资源管理者的角度去理解，逐步形成系统的思维模式，能够明确区分之前学习的应用程序编程思维方式，要从应用层转变成系统层的思维模式，这也是学习操作系统最难的地方。

二、操作系统课程学习过程中的难点

对于刚接触操作系统课程的学生来说，最难的就是思维方式的转变，从应用程序的编写者转变成为系统资源的管理者。最需要转变的几个角度包括：

1从程序变成进程

学完C语言，学生在思维里面有了根深蒂固的程序的概念。开始学习操作系统，第一个需要转变的就是从程序变成进程。从应用程序编写者的角度出发，只有程序。但是到了操作系统，最多的是进程。程序和进程两个概念的区别就是最开始的应用思维和系统思维的碰撞。学生很难一下子就很好理解进程这个概念。

2操作系统的功能理解

在介绍操作系统的功能时，我们会轻描淡写地说操作系统负责程序的启动和结束。对于学生来讲，压根无法明白。笔者曾经做过一项调查，两个班总共92个人，能够很好理解这项功能的人没有一个。从中我们能够发现学生的系统思维方式尚未形成之前，压根无法理解这种描述。运行一个程序，操作系统需要为这个程序创建一个相应的进程，在这个创建过程中需要了解创建了哪些内容，各内容有什么作用。而当一个进程执行结束之后，操作系统是如何回收这个进程所占用的资源，并且是如何选择新的进程执行的。

3并发执行

多个进程在一段时间内同时执行叫作并发运行。从应用程序的角度出发，每个应用程序貌似都是独占处理器的。进程之间是如何并发执行的，以及并发执行需要的支持等。这些都是理解并发执行概念的难点，也是理解现有操作系统必不可少的部分。

4寻址机制

在内存管理子系统中，最重要也是最难的一部分内存就是寻址，从逻辑地址转变为物理地址。学生学完之后能知道怎么进行逻辑地址转变为物理地址，但是，最关键的是学生无法理解为什么需要寻址，寻址的目的何在。对于寻址这部分内容，笔者也进行了一个调研。讲完寻址这部分内容，出了两道地址转换的题目。两个班92个人，做对两道的33人，对一道的27人，一道都没对的32人，只有不到10人大体能够明白为什么需要寻址。

5进程控制块和文件控制块数据结构

进程控制块和文件控制块等这些数据结构在系统中的作用是操作系统的难点。为什么说进程控制块和文件控制块分别是进程和文件在系统中的唯一标识，系统如何通过这些数据结构来管理进程和文件。学生理解起来都较难

三、操作系统课程教学改革的探讨

[JP3]大学教育需要的是专业教育，让学生形成专业的思维模式，带领学生进入某一领域研究。因此，操作系统课程的教学过程中，针对操作系统课程本身具有的特殊性，注重培养系统思维。

器的使用要点进行介绍，再现场演示实验操作。学生分组实验完成后，填写实验报告，教师再有针对性地讲解。对学生来讲就可能存在以下的不足：第一，由于教学课时的限制，实验往往做得很匆忙，学生对实验的要点掌握不牢固；第二，学生基础知识参差不齐导致理解力和接收能力相差大，课堂上思考的时间不充足，学生机械地模仿教师，却不明白为什么要这样做，当稍微有一点变化就不知道怎么操作；第三，由于学生人数多，实验设备往往不足，勤奋好学的学生会积极动手进行操作，而有的学生可能连仪器都不碰一下或者想动手做实验但是缺少仪器。

3利用微信平台具体的操作步骤

以土的含水率实验教学方法为例。其教学方法是在传统所用方法的基础上，运用微信平台作为辅助教学手段。先将土的含水率实验的实验步骤以简明扼要的形式制作成Powerpoint文档。为什么不选用Word呢？是因为Powerpoint文档制作出来的文件，色彩明丽，图文并茂，视觉冲击感强烈，能激发学生阅读的兴趣，并且印象深刻。视觉效果是微信制作需考虑的首要因素。简单明了有利于学生理清实验步骤，学习起来思路清晰，同时一个实验不致于花太多时间来学习，学习时间太长了容易使学生产生厌学的情绪。一个实验的学习时间控制在15分钟内为宜；一个实验的Powerpoint文档制作以5～8页为宜；视频经过剪辑后在10分钟内为宜。合理控制单个实验项目的学习时间是微信制作的关键。第二步，录制土的含水率实验的操作视频。可能有人会问，既然有该实验的文档资料，为什么还要录制视频？文档资料和视频资料相结合，也就是理论和实践相结合才能让学生更好地明白仪器的使用方法，更容易理解试验步骤，掌握实验操作要领，掌握数据处理方法，对实验结果进行分析，有针对性地学好本实验。第三步，将Powerpoint文档资料和视频文档资料上传到二维码生成器软件，就可以生成该试验的二维码了。网上有免费的二维码生成器软件，操作起来快速、方便，成本低。第四步，学生通过微信平台扫描该二维码，就可以随时随地进行学习。

以下是笔者制作的两张土的含水率实验的PPT，本来该实验共有5页，限于篇幅取前面两张（图1、图2）。经调查，学生通过微信平台扫二维码学习该实验后，普遍认为文字简洁易懂，画面感强，能激发学生学习的兴趣，同时再配以该实验的操作视频，使学生能更好地掌握该试验的操作方法。也达到了本课程培养学生实践操作技能的目标。

4运用微信平台的优点

道路材料将微信平台作为辅助教学手段，其优点如下：（1）能激发学生学习兴趣。书本上是长篇的文字叙述，枯燥单调，而打开微信观摩实验，简单明了，图文并茂并且还配有视频，学习起来更加轻松愉快，更感兴趣。（2）学习方便，不受时间、地点限制。书本携带不方便，并且只能在教室学习，而微信教学法可以让学生利用空余时间随时随地扫描二维码来学习。（3）有利于学生更好地掌握知识点，方便学生预习和复习。

若学生在实训时对某个试验不是特别熟悉，点开微信扫描二维码就可以复习一下该实验，能使学生更好地巩固知识点。（4）有利于提高学生的实践操作能力。学生通过反复观看实验的操作视频，能了解正确的实验操作方法，然后动手做实验，找出自己实验不规范的地方，这样重复练习，可以大大提高学生的动手能力。

三、结束语

微信平台运用于我系路桥专业道路材料课程中，经过两个学期的实践运用，该教学方法激发了学生的学习兴趣，增强了学生对知识点的掌握，学生的理论和实践成绩均有明显的提高，因此，该教学方法在实验教学中起到了非常重要的作用。

参考文献：

[1]陈晓明道路材料[M]北京：人民出版社，2008

[2]郭琳微信公众平台在教学服务中的应用[J]职大学报，2014（6）

[3]冯志强微信公众平台在高校中的应用研究[J]无线互联科技，2013（9）