《操作系统》课程中抽象知识的实例化教学研究

忻州师范学院计算机系 冯丽萍 曹建芳

《操作系统》是计算机相关专业的一门重要基础课程。在《高等学校计算机科学与技术专业核心课程教学实施方案》里这样定义操作系统的课程性质：“本课程是计算机科学与技术专业学生必须学习和掌握的一门理论性和实践性并重的核心主干课程和专业基础课程。”学习该课程的主要目的是让学生理解操作系统的基本原理与基本概念，熟悉操作系统的设计方法。由于《操作系统》课程中内容理论性强而且抽象，因此一直是计算机相关专业中既难教又难学的一门专业基础课程。如何让学生在学习过程中对这些枯燥而又抽象的概念与原理有深刻的理解，是一个值得思考的问题。

实例化教学法有助于将抽象的概念和原理转化为具体的问题和解决方案，帮助学生加深对这些概念和原理的理解。本文通过进程以及进程并发执行的例子来阐述实例化教学法在操作系统教学中的应用。

一、《操作系统》课程中知识的抽象性特点

《操作系统》课程主要讲解操作系统中基本概念、基本原理以及实现方法。目的是让学生掌握操作系统设计的基本思想和方法、了解操作系统的基本架构与功能，培养学生的逻辑思维能力与解决问题的能力。从系统角度讲，操作系统的主要知识体系结构是按照它的功能模块组织的，包括对计算机硬件资源(CPU、存储器和外设)和软件资源（文件）的管理模块。从用户角度讲，操作系统实现的一个很重要的功能是提供了用户与计算机之间的接口。

在这些知识体系中，CPU 的管理和调度是一个重点也是一个难点内容。CPU 管理又称为进程管理，进程是一个看不见、摸不着的抽象概念，要使学生深刻理解进程的定义，教师不能单纯地按照课本上提到的进程概念来讲授，必须要从实际生活中找一些具体例子帮助学生理解。另外，在多任务多用户的操作系统中，进程并发执行是一个很重要而且很抽象的概念，学生从理论上理解起来比较困难。因此，为了让学生对“进程”和“进程的并发执行”这两个概念有一个形象的认识，教师可以从生活中提取一些实例进行解释。

二、实例化教学设计

这里提出的实例化教学主要是针对课程中一些抽象的概念通过生活中具体的实例来形象解释，达到降低知识的抽象性，提高学生对概念理解的目的。

1.关于“进程”概念的实例化教学设计

“进程”是操作系统中非常重要的基本概念之一。它是在多道程序设计技术出现以后，引入的一个比较抽象的概念。进程是资源分配和调度的基本单位，是一个动态的概念。在介绍进程动态性时，是以其在整个生命周期内的三种基本状态（就绪状态、执行状态、阻塞状态）为基础展开的，进程在其生命周期内在三种基本状态之间。这个动态转化过程比较抽象，学生不容易理解，教师在讲解时，如果能通过生活中的实例进行解释，就会有助于学生理解。例如，可以把操作系统中的程序比作做饭时的菜谱，把进程比作炒菜的过程，进程之间的状态转换比作炒菜时状态的变化。这样，学生理解起来就具体化。

2.进程并发执行的实例化教学设计

理解了进程的概念以后，接下来要学习进程的并发执行。进程并发执行是指多个进程在同一段时间内同时使用处理机执行的过程。事实上，在单个处理机系统中，任一时刻下，只能有一个进程占用处理机，所以从这个意义上讲，并发实际上是多个进程交替使用处理机的过程。这是一个比较抽象的描述，学生理解起来比较困难。

实际上，生活中有很多类似进程并发执行的事件。教师在讲解这个这个知识点时，可以列举生活中的例子启发学生理解。例如，可以用办公室中一个秘书的活动比拟进程的并发执行。CPU 就是秘书本身。执行每件事情时应遵循的步骤类似于计算机程序。如果在同一时间段内，有许多工作需要完成，那么秘书会根据事情的紧急程度来处理，有时会停下当前的工作去处理另一件工作。在这种情况下，她很可能说“同时要做许多工作”。但实际上，在任意时刻，她只做一件事情，只是频繁地从一件事情转向另一件造成一种总的并发的印象。如果我们设想在办公室中增加了一些秘书，于是在执行不同任务的各个秘书之间，就有了一种真正的并发。事实上，只有当“秘书的人数=事件数”时，才能以真正的并发方式执行各项任务。通过这个示例，学生对操作系统的并发执行就会有比较直观的认识。

操作系统作为计算机及其相关专业的一门基础核心课，在计算机知识体系结构中占有极其重要的地位。如何让学生对这门课程感兴趣，真正掌握课程中的基本概念、基本原理，是操作系统教学过程中研究的一个重要内容。根据操作系统课程中知识抽象性的特点，本文提出了实例化教学方法，在讲解一些抽象概念及原理时，尽量使用生活中具体的事例来比喻，这样可以加强学生对相关知识的理解。几年的教学效果表明，实例化教学方法对于帮助学生理解抽象知识，提高学生学习积极性是有效的。

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