翟红英　王 波　李 湛

摘 要： “操作系统” 课程是计算机科学与技术专业的一门核心基础课程， 其课程特点决定了教学方法在讲授该课程中的重要性。 本文根据实际教学经验， 总结了类比法， 介绍了类比法在讲授 “操作系统” 课程中概念和原理时的应用实例， 进一步证明了类比法在“操作系统” 课程教学中效果明显， 提高了课堂教学效率。

关键词： 操作系统， 类比法， 教学方法

一、 引言

计算机系统由硬件系统和软件系统组成， 而操作系统是整个软件系统的基础， 是计算机系统的核心软件， 当成功启动计算机后， 映入眼帘的就是操作系统的界面， 操作系统为使用计算机建立应用环境奠定了重要基础。 “操作系统” 课程作为计算机科学与技术专业的一门核心基础课程， 其课程特点决定在讲授操作系统知识时， 教学方法变得尤其重要。 本文结合作者多年的 “操作系统” 课程实际教学经验， 在分析 “操作系统” 课程本身特点的基础上， 摸索出基于类比法的 “操作系统” 课程教学方法。 该教学方法使学生在学习操作系统新知识的领悟力， 理解新概念的透彻程度都有所提高。

二、 “操作系统” 课程特点

“操作系统” 是计算机系统中整个软件系统的基础， 是计算机系统的核心软件， 从某种角度说， 操作系统也是一种大型通用软件系统。 由于操作系统要管理控制和调度计算机系统中的所有资源， 其内部几乎集中了软件领域最精华的算法和最巧妙的设计技巧， 也因此决定了 “操作系统” 课程其自身的特点。 作者在多年 “操作系统” 课程教学实践中， 总结出操作系统课程具有以下三个突出特点。

（一）知识涉及面广

“操作系统” 课程内容庞杂、 知识面广， 涉及计算机科学基础课程多， 如计算机硬件结构、 数据结构等。

（二）概念、原理、策略多

“操作系统” 课程概念、 原理多， 这些概念具有较强的抽象性和概括性， 既需要大量记忆， 还需要在记忆上加以理解。 另外， 调度策略多， 各种策略考虑的因素多， 使用的环境不同， 相同名字的调度策略， 有的使用在作业调度， 有的使用在进程调度，因此对调度算法本质的理解就变得非常重要。

（三）不断发展，实践困难

随着计算机硬件技术发展和应用需求的增长， 操作系统的发展也是日新月异的。不断有新的设计思想、 新的原理、 新的技术、 新的方法出现。 另外， 操作系统不仅理论性强， 而且实践性也非常强， 但是对实验环境和学生能力要求高， 要想完成一个小型操作系统实践起来还是有困难的。

三、 基于类比法的教学方法应用

由于 “操作系统” 课程本身的特点， 对于那些非常抽象的概念和知识点， 学生理解起来变得很困难， 为了达到教学目标和要求， 作者在实际教学过程中尝试用类比法教学， 将问题由抽象变具体， 由复杂变简单， 扫清了学生学习上的障碍， 保障了教学的顺利实施， 取得了较好的教学效果。

（一）类比法教学方法概念

百度百科对类比法的解释是： 类比法 （Method of analogy） 也叫 “比较类推法”， 是指由一类事物所具有的某种属性， 可以推测与其类似的事物也应具有这种属性的推理方法。其结论必须由实验来检验，类比对象间共有的属性越多，则类比结论的可靠性越大。

类比法在实施时有两个步骤， 首先教师要根据所讲授的新知识选择合适的类比对象， 原则是选择学生熟悉的、 直观的事物作为类比对象。 其次在类比对象确定后， 要找出类比对象间的相同点或相似点， “由此及彼” 进行推理。 类比法的特点是 “先比后推”， 比是类比的基础。

（二）类比法在教学中的应用

下面结合具体实例， 讨论类比法在 “操作系统” 课程实际教学中是如何应用的。

1. 在概念理解上的应用

“操作系统” 课程概念多， 抽象性强， 难于理解。 为了帮助学生更容易理解概念，在教学活动中使用类比法教学， 使他们能够触类旁通， 并且印象深刻， 不容易忘记。

中断技术是操作系统得以正常工作的最重要的手段， 其对于操作系统的重要性就像机器中的齿轮一样。 在讲解中断技术时， 涉及两个非常容易混淆的概念： 禁止中断和中断屏蔽。 禁止中断也叫作关中断， 给出的定义是， 在有些情况下， 即使产生了中断源， 并发出了中断请求， 不允许CPU响应中断。 而中断屏蔽是指系统通过软件设置，有选择地封锁部分中断源而允许其他中断源的中断信号被送入CPU。 单从文字叙述上看， 学生并不好理解这两个概念， 也不好比较出这两个概念的异同， 理解不到概念的本质。 在讲解这两个概念时， 用学生使用的手机的两个非常常用的功能， 即飞行模式和黑名单来进行类比， 学生很快就能掌握。 手机的飞行模式是在不希望收到短信、 电话打扰时， 在不关机的状态下让手机信号为零。 而当你不想让某人或者某些人的短信或电话打扰到， 可以把他的手机号设置到手机黑名单中， 这样当在黑名单中的号码给你打电话或者发短信的时候， 电话和短信就会被拦截下来， 而其他人照样可以短信或电话联络你。 在课堂上这样一类比， 学生就能很快理解禁止中断和中断屏蔽这两个概念的本质， 并且能够比较出这两个概念的区别， 如表1所示。

表1 禁止中断、 中断屏蔽的类比(www.daowen.com)

在教学中还有很多知识点能够用类比法进行讲解， 如并发性和并行性。 并发性强调的是在一段时间间隔内同时发生， 而并行性强调的是在某个时刻的同时发生。 前者是一段时间内， 后者是某个时间点。 讲解这两个概念时可以类比两条腿走路。 走路上学时， 如果两条腿一前一后交替行走， 则两条腿就是并发的； 若两条腿并拢往前跳着走， 则两条腿就是并行的。

2. 在原理理解上的应用

“操作系统” 课程教学中， 进程的同步机制原理比较难理解， 虽然不同的操作系统教材中也都用类比法来进行讲解， 但由于例子本身比较抽象， 脱离学生实际生活， 学生理解起来还是感觉困难。 在教学中， 作者以银行同一账号下的主副卡为例开展教学，效果就好多了。 设定每张银行卡都可独立存款和取款， 规定每次存款和取款的金额为1000元， 可以透支。 自动存取款机中为银行卡设置如下两个程序： 其中amount为银行卡现有金额， 设amount的初值为1000。 如果主卡实行存款1000元， 副卡实行取款1000元， 在实际操作中， amount的值保持不变， 仍为1000。 存款程序为SAVE （），取款程序为TAKE （）， 程序具体内容如下：

SAVE（）//存款程序

{

intk；

……

}

TAKE（）//取款程序

{

intt；

……

}

由于主副卡都可以存取款， 且存取款是随机的， 故存款和取款程序可以并发执行。如果执行顺序是1，3，2，4，最终amount的值为0元， 就产生错误了。 分析产生这种错误的根本原因在于：在并发程序中共享了公共变量amount， 使得程序的计算结果与并发程序执行的速度有关。为了解决这种问题， 引入了同步机制， 使得系统中并发进程在使用共享资源时，能够相互协同工作，从而使程序的执行具有可再现性， 得到正确的结果。学生对这个例子不陌生，而且日常生活中就在使用， 通过这种类比， 使得学生理解同步与互斥，以及操作系统中为什么引入同步机制，同步机制解决什么问题等一系列知识点都迎刃而解，并且能够理解其本质，明白操作系统的知识不是字面上的理论，而是在实际生活中是非常有用途的，解决实际问题是用得上的，做到了理论联系实际，激发学生学习的热情。

四、 结束语

在 “操作系统” 课程教学中使用类比法， 使学生的学习变得更轻松， 不仅使学生掌握了知识， 又训练了类推思维， 一举两得， 教学效果明显， 提高了课堂教学效率。类比法教学方法不仅可以用在 “操作系统” 课程中， 只要掌握类比法的使用步骤和特点， 这种教学方法可以迁移到其他课程教学中， 只是在使用过程中， 还要注意指出类比的不足之处， 避免学生在学习知识的过程中出现负迁移。

参考文献

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