基于KM教学法的《操作系统》课程的教学探索与实践

舒文豪　钱文彬　杨珺

摘要：操作系统作为计算机及相关专业的核心基础课程，对学生知识、能力和综合素质的发展起着重要的作用。本文提出了基于KM教学法的“操作系统”课程教学实践，将操作系统课程的“知识逻辑结构图”与“思维导图”进行融合，建立基于操作系统的知识整体结构和内在联系。并通过“薄—厚—薄”的教学方式，使得“操作系统”抽象知识以形象直观的方式展示，便于学生在有限的时间内快速地掌握和理解知识点，达到高效的教学目的。

关键词：知识逻辑结构图；思维导图；KM教学法；操作系统

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）50-0106-03

一、引言

操作系统是计算机软件系统中最基本的系统软件，它管理和控制着计算机硬件和软件资源，同时给用户提供了一个方便、安全可靠的工作环境。计算机操作系统是计算机专业的一门主干课程，该课程主要讲述操作系统的特性、主要功能、进程管理、处理机调度与死锁、存储器管理、虚拟存储器、输入输出管理、文件管理以及磁盘存储器的管理等内容，这些课程内容涉及层面广泛、概念多且抽象、理论性强，知识点错综复杂，比较枯燥和乏味。学生在学习过程中往往对抽象概念不易理解，难于掌握原理和方法，很难充分发挥积极性和主动性，从而导致学生丧失对该课程的学习兴趣，进而使得教学质量与效果较差。因此，针对该课程有必要在教学方法上做出相应的教学改革与实践。

国内外教育者们在现有的教学方法上作了很多研究工作，将已有的教学方法对课程进行不断的改革和创新，比如在国内，有反思型教学、专题式教学、引导式教学、“瘦型知识体系”教学等，以上教学方法对减少学生的知识容量、激发学生学习的兴趣具有重要作用。但是大部分教学方法主要对课程方法和技术做改进，很难从根本上解决课堂实施等问题。而在《操作系统》的课程教学过程中，探寻高效实用的教学方法一直是一个重要环节。KM教学法符合当今信息化学习方式的需求，能构造多层递阶的知识系统，有重点地组织教学内容，符合学生学习思维的认知思路，能融入到教学的主要环节[1]。本文将KM教学法引入《操作系统》课程的教学过程中，尝试并探索将课程的知识逻辑结构图和思维导图应用于操作系统的教学中，用以提高教师的教学质量与学生的学习兴趣。

二、KM教学法的基本思想

KM教学法是由北京科技大学杨炳儒教授经过长期的教学实践提出的一种行之有效的教学论[2，3]。KM教学法是指课程的知识经过深层逻辑思维的加工，教学过程经过“抽点—连线—成网—扩展—嵌入”等过程，在宏观实施步骤中融入微观的思维导图，是一种利用知识的逻辑结构图与思维导图相互结合的教学方法[4]。其中，K是指“知识逻辑结构”（Knowledge Logic Structure），M是指“思维导图”（Mind Mapping）。

知识逻辑结构的表达形式是知识逻辑结构图，它给出知识系统的一个结构清晰的全貌，即在宏观的总体框架上，理清了知识总体上各子系统间的宏观关系；而思维的表达形式是思维导图，它揭示了知识的逐步精化过程。KM教学法通过结合“知识逻辑结构图”和“思维导图”，注重学生接受课程的框架知识和细节知识，也注重激发学生的课题学习兴趣、培养学生的学习能力和创新能力，其主要思想在于引导学生侧重于“知识逻辑结构图”，由此在知识逻辑结构下通过融入课程的“思维导图”，构造出整个课程下多层递阶的知识系统[2]。

三、“操作系统”课程的KM教学法

“操作系统”课程是计算机高等教育中的一门重要基础课程，对于培养高校的计算机各层次人才具有战略性作用。通过操作系统的课程学习，培养学生在系统软件设计及开发上的灵活思维方式及创新能力，从而让学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，加深理解和巩固操作系统的基本原理、设计目标和主要算法技术的实现技术和技巧，培养学生分析和设计操作系统的初步能力，为今后进一步从事计算机操作系统和系统软件的分析、研制和开发奠定扎实的理论和实践基础。由此可见，“操作系统”是一门理论型强、思维灵活的课程，适合KM教学法的教学模式。

1.“操作系统”课程的逻辑思维过程。“操作系统”的关键是管理好计算机硬件和软件资源，以及如何提高设备的利用率和系统的吞吐量。操作系统课程主要包括处理机管理、存储器管理、输入和输出（I/O）设备管理、文件管理。处理机管理就是用于分配和控制处理机，主要功能是：创建和撤销进程，对诸进程的运行进行协调，实现进程间的信息交换，以及按照一定的算法把处理机分配给进程。存储器管理主要负责内存的分配与回收，主要功能有：內存分配和回收、内存保护、地址映射和内存扩充等。I/O设备管理主要负责I/O设备的分配（回收）与操纵，主要功能有：缓冲管理、设备分配以及虚拟设备等。文件管理就是用于实现对文件的存取、共享和保护，主要功能有：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理以及文件的共享与保护等。

“操作系统”的整个知识内容通过概况所有知识点而得。以汤小丹、梁红兵、哲风屏、汤子瀛编著，西安电子科技大学出版社的《计算机操作系统（第四版）》为例[5]，书中第一章为引论；第二章和第三章讲述进程和线程的基本概念、同步与通信、调度和死锁；第四章和第五章介绍了连续和离散存储器管理方式及虚拟存储器；第六章自下而上地阐述了I/O软件的各层次；第七章和第八章介绍了文件系统和磁盘存储器管理；第九章介绍了操作系统的接口方式和实现方法；第十至第十二章介绍了与目前操作系统相关方面的内容，如多处理机OS、网络OS、多媒体OS。由此基于KM教学法可构造出如下操作系统课程知识的逻辑思维图，如图1所示。

通过这张思维逻辑图的引导，就能很清楚操作系统整个课程的知识面貌。学生在这张逻辑思维图的理解下，能够很容易地理解知识，并牢固地掌握知识。老师在这张图的引导下，可以有效地进行备课，合理地组织课堂；在这张图的指导下，基础好的学生可借助这个图来提升对整个知识结构的了解，基础稍差的学生可快速地获取知识的全面貌，进而提高整体的教学效果。如图1所示，在KM教学方法的指导下，操作系统设计的逻辑思维图与学生学习计算机管理资源的科学规律相吻合，在此基础上，可以有效地更新总体框架下的知识要点，是一种行之有效的教学方法。endprint

2.“操作系统”课程的KM教学方法。在操作系统的课程教学中，根据KM教学法，利用先薄到厚再到薄的教学思路，逻辑上有条理、掌握重点地给学生教授知识。从具体的角度来讲，首先，给出操作系统课程知识的总体框架，然后，以思维导向方式为模式进行启发式的教学，逻辑地将课程知识进行延展，重点讲解处理机管理、存储器管理、I/O管理和文件管理，最后，教师给出对应的思考题让学生们进行练习，并对知识点进行总结。下面就存储器管理这部分，根据KM教学法，可构造存储器管理的逻辑思维图，如图2所示：

如图2所示，首先从管理学的角度给学生讲解管理，从三方面考虑：分配、置换和回收。分配主要分为单一连续分配、固定分区分配、动态分区分配和动态可重定位分配，然后针对每一种分配方式进行详细的讲解。以固定分区分配为例，将内存的用户空间分为分区大小相等和分区大小不等两种方式，为了便于内存分配，同时建立一张分区使用表对这两种分配方式分配内存给用户。但是根据进程的实际需要，需动态地分配内存空间，进而提出动态分区分配。当进程在运行过程中，若内存的空间不够，且访问的页面要调入内存，则需从内存中置换出一页程序或者数据，置换的方式有：分页式、分段式和段页式。同理，当进程运行完了，需要释放内存空间，根据回收区的首址和空闲分区的位置：与空闲区相邻或者不相邻，对内存进行回收。

以此类推，根据图1所示的操作系统课程知识的逻辑思维图可将课程的各个知识子系统仿照存储器管理过程进行组织和扩展，进而构成一颗树型结构的知识系统。这颗树型结构知识系统包含一个课程知识逻辑思维图的根节点、每个知识点逻辑思维图生成的子节点、每个知识子逻辑思维图再生成的子结点。

当然，KM教学法以学生为主体，不是独立存在的个体，需要与其他教学手段相结合，再加上练习题、作业题和设计题等，通过其他方面的帮助使学生理解和记忆课程内容，才能达到事半功倍的效果。通过将KM教学法引入到操作系统的课程教学中，提高了学生的学习效果，值得在教学过程中实施。

四、結束语

针对理论性较强的“操作系统”课程，本文提出了KM教学法下操作系统课程的具体思路，在课程知识的逻辑结构、理论架构和内在联系的框架下，将所有的操作系统课程知识点融为一体。通过教学评价说明，KM方法更利于学生了解和掌握操作系统知识，对于老师以及学生来说都是一种有效的教学方法。在今后的课程实践道路上，我们将使用多种教学方法并存的方式来提高操作系统的教学质量。

参考文献：

[1]杨炳儒，张桃红.理工科课堂KM教学法研究[J].现代大学教育，2006，（4）：83-85.

[2]张桃红，彭珍，杨炳儒，谢永红.“C程序设计”课程的KM教学论研究[J].计算机教育，2010，（2）：113-115.

[3]杨炳儒.KM教学论研究与实践[J].北京科技大学学报（社会科学版），2012，（1）：89-92.

[4]杨炳儒，马楠，谢永红.知识逻辑结构与思维形式注记教学法研究与探索[J].中国大学教学，2011，（4）：57-59.

[5]汤小丹，梁红兵，哲凤屏，汤子瀛.计算机操作系统[M].第四版.西安电子科技大学出版社.

Abstract：Operating system is the core basic course of computer and related subjects，which plays an important role in the development of students' knowledge，ability and comprehensive quality. In this paper，based on the KM teaching method of operating system in the course teaching practice，the knowledge logic structure diagram and the mind mapping is integrated into the course of operating system，and the overall knowledge structure and internal relations of operating system is established. In addition，through the teaching mode of "thin-thick-thin"，the abstract knowledge of operating system is displayed in a vivid and intuitive way，which is convenient for students to quickly grasp and understand the knowledge point in finite time，so as to achieve the efficient teaching.

Key words：knowledge logic structure diagram；mind mapping；KM teaching method；operating systemendprint