教學(xué)設(shè)計(jì)理論在操作系統(tǒng)課程中的運(yùn)用與探討

袁紅麗　王雷　王艷艷

摘要：針對(duì)計(jì)算機(jī)“操作系統(tǒng)”課程的特點(diǎn)，通過分析加涅的教學(xué)設(shè)計(jì)理論，本著激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果的原則，對(duì)課程進(jìn)行了詳細(xì)的教學(xué)設(shè)計(jì)。本文以“信號(hào)量機(jī)制”這堂課為例，具體闡述了教學(xué)設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)信號(hào)量機(jī)制

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（b）-0186-01

操作系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，其理論性強(qiáng)，原理枯燥，乏味，學(xué)生不易理解，而且學(xué)生感覺學(xué)到的知識(shí)似乎“毫無用武之地”，因此學(xué)生對(duì)這門課的學(xué)習(xí)并不積極。如何提高學(xué)生對(duì)該課程的興趣，成為當(dāng)務(wù)之急。筆者非常重視這個(gè)問題，經(jīng)過反復(fù)查閱資料，除了研究大量的操作系統(tǒng)方面的書籍外，還包括教育心理學(xué)，深深感受到在了解學(xué)生學(xué)習(xí)心理的情況下，教學(xué)更容易進(jìn)行。于是筆者經(jīng)過仔細(xì)揣摩，將教學(xué)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論與具體教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，果然可以得到不一樣的效果。

1教學(xué)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

加涅曾在《教學(xué)設(shè)計(jì)原理》（1988年）中界定為：“教學(xué)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)化（system atic）規(guī)劃教學(xué)系統(tǒng)的過程。”教學(xué)設(shè)計(jì)就是指教師為了提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生在單位時(shí)間內(nèi)能夠?qū)W到更多的知識(shí)，從而得到更好地發(fā)展，既而對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行的系統(tǒng)規(guī)劃。依據(jù)有四方面。

（1）現(xiàn)代教育理論。

（2）教學(xué)的實(shí)際需要。

（3）學(xué)生的特點(diǎn)。

（4）教師的個(gè)性和風(fēng)格。

教學(xué)設(shè)計(jì)有許多階段，階段有即時(shí)的，也有長(zhǎng)期的[1]?？梢允菍?duì)一門課程，一個(gè)教學(xué)單元，一堂課的設(shè)計(jì)，也可以是設(shè)計(jì)一個(gè)完整的教學(xué)系統(tǒng)。本文主要探討的是一堂課的教學(xué)設(shè)計(jì)。

2“信號(hào)量機(jī)制”課程的設(shè)計(jì)

筆者針對(duì)以上四個(gè)依據(jù)對(duì)這堂課做了如下的分析。

（1）教學(xué)手段：傳統(tǒng)教學(xué)和現(xiàn)代教育技術(shù)手段—— 多媒體教學(xué)相結(jié)合的方式

（2）教學(xué)目標(biāo)。

①了解信號(hào)量的wait和signal操作如何實(shí)現(xiàn)；

②掌握整型信號(hào)量存在的不足，記錄型信號(hào)量是如何解決整型信號(hào)量的不足；

③重點(diǎn)掌握用信號(hào)量如何實(shí)現(xiàn)互斥，為什么wait和signal必須成對(duì)出現(xiàn)，否則會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果。

（3）學(xué)生特點(diǎn)：學(xué)生對(duì)純理論知識(shí)比較抵觸，識(shí)記也比較困難，如能與生活實(shí)踐相結(jié)合，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

下面筆者以現(xiàn)代教育理論為指導(dǎo)，從教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)，以“信號(hào)量機(jī)制”這一節(jié)課為例來探討一下，教學(xué)設(shè)計(jì)在操作系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一堂課的知識(shí)點(diǎn)如果是分散的，學(xué)生就難以掌握，而且容易遺忘，如果將其看做是一個(gè)緊密聯(lián)系的整體的話，學(xué)生識(shí)記起來就比較容易，且知識(shí)也由“死”知識(shí)變成了“活”知識(shí)。因此在準(zhǔn)備這節(jié)課的時(shí)候，首先應(yīng)該縱觀全局，考慮這節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系。這節(jié)課講述了四種信號(hào)量，整型信號(hào)量在執(zhí)行過程中，只要信號(hào)量S小于等于0，就會(huì)不斷的進(jìn)行測(cè)試。并沒有釋放CPU，使CPU處于忙等狀態(tài)，所以，這種機(jī)制不遵循“讓權(quán)等待”原則。為了提高CPU的利用率，使CPU擺脫忙等現(xiàn)象，因而引入記錄型信號(hào)量。記錄型信號(hào)量解決的是多個(gè)進(jìn)程等待訪問同一個(gè)臨界資源的情況。但是有的進(jìn)程需要先獲得兩種或多種資源以后才能執(zhí)行任務(wù)，為此，引入AND型信號(hào)量。以上三種信號(hào)量都是一次申請(qǐng)一個(gè)資源，如果一次申請(qǐng)多個(gè)同種資源呢，針對(duì)這個(gè)情況，又引入信號(hào)量集機(jī)制。由上可看出四種信號(hào)量機(jī)制是一種遞進(jìn)關(guān)系，后一種機(jī)制往往應(yīng)前一種機(jī)制的不足，應(yīng)運(yùn)而生。在講解時(shí)，一定要注意內(nèi)容的銜接過渡，使各部分的內(nèi)容融為一個(gè)系統(tǒng)，連成網(wǎng)絡(luò)，便于學(xué)生掌握。

2.2 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

2.2.1 開頭

高爾基說“文章的開頭為定調(diào)”，好的開頭是成功的一半，開好頭的關(guān)鍵是巧妙地提出問題，鉗住學(xué)生的思維，創(chuàng)造一種有疑待解的氣氛。

根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，在“信號(hào)量機(jī)制”這節(jié)課中，筆者采用的是以例引理的方法。通過剖析現(xiàn)實(shí)事件—美國(guó)和俄羅斯太空飛船相撞事件來引出信號(hào)量機(jī)制。相對(duì)比圖片、講述，筆者認(rèn)為視頻更能刺激學(xué)生學(xué)習(xí)。具體實(shí)施：首先，播放一段關(guān)于美國(guó)和俄羅斯衛(wèi)星相撞的新聞視頻。這一事件引起了全世界的廣泛關(guān)注，很多專家稱在太空建立交通法已迫在眉睫。提出疑問：“兩個(gè)衛(wèi)星為什么會(huì)相撞呢？”。很多學(xué)生都會(huì)迅速回答：“因?yàn)樗麄冇靡粋€(gè)軌道”。此時(shí)學(xué)生非常興奮，趁熱打鐵，緊接著將此事件與本節(jié)內(nèi)容相聯(lián)系：美國(guó)和俄羅斯的衛(wèi)星之所以相撞是因?yàn)樗麄儬?zhēng)用軌道，在這個(gè)事件中，兩個(gè)衛(wèi)星就相當(dāng)于進(jìn)程，軌道相當(dāng)于臨界資源，衛(wèi)星爭(zhēng)用軌道會(huì)相撞，進(jìn)程爭(zhēng)用臨界資源自然也會(huì)相撞，因此多個(gè)進(jìn)程之間也需要有一個(gè)交通法來規(guī)范他們的運(yùn)行，以避免相撞。信號(hào)量機(jī)制就是進(jìn)程之間的交通規(guī)則。這樣自然而然引入本節(jié)要介紹的內(nèi)容—— 信號(hào)量機(jī)制，并且讓學(xué)生立竿見影的明白信號(hào)量機(jī)制的用途。

2.2.2 過程設(shè)計(jì)

將實(shí)際應(yīng)用和生活中人們熟悉的事物與枯燥、抽象的操作系統(tǒng)概念、基礎(chǔ)理論進(jìn)行類比，有助于學(xué)生直觀、形象的理解操作系統(tǒng)的理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。使教學(xué)過程變得簡(jiǎn)單、明了。因此筆者在設(shè)計(jì)上選用了類比的方法。整型信號(hào)量機(jī)制到記錄型機(jī)制的發(fā)展，筆者將之與銀行辦業(yè)務(wù)情況的發(fā)展進(jìn)行類比。這兩個(gè)信號(hào)量機(jī)制的發(fā)展特點(diǎn)是：整型信號(hào)量具有忙等待的缺點(diǎn)，而記錄型信號(hào)量用阻塞喚醒的方式使處理器不再忙等待。這種情況非常像銀行排隊(duì)辦業(yè)務(wù)情況的發(fā)展，以前只是單純排隊(duì)辦業(yè)務(wù)，站在那里等待，等待過程中，不能做其他事情，只是一味的等。而現(xiàn)在則變成取號(hào)，取號(hào)之后如果前邊有人在辦理，就可以休息片刻，相當(dāng)于阻塞，聽到叫號(hào)之后再去辦理，相當(dāng)于喚醒。在等待期間，可以做其他事情。

2.2.3 結(jié)尾設(shè)計(jì)

一個(gè)好的結(jié)尾可以起到畫龍點(diǎn)睛的作用，筆者在設(shè)計(jì)中，根據(jù)本節(jié)課所講內(nèi)容提出問題，引出了下一節(jié)課的內(nèi)容。如：這節(jié)課大家學(xué)習(xí)了信號(hào)量機(jī)制，那么在操作系統(tǒng)中是如何使用信號(hào)量機(jī)制來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的共享和同步的呢？這就是下節(jié)課所要介紹的內(nèi)容—— 生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題。

3結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課程，講好這門課是任課教師的重要任務(wù)。針對(duì)本課程的特點(diǎn)，如何激發(fā)學(xué)生的興趣成了上課教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的重要問題之一。筆者在具體講述操作系統(tǒng)課程的實(shí)踐中，采用的就是上述方法，學(xué)生反映效果很好，實(shí)踐證明，生活中的實(shí)例確實(shí)能夠激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，尤其是當(dāng)下的焦點(diǎn)新聞。因此，靈活的運(yùn)用教學(xué)設(shè)計(jì)理論，可以創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境，從而達(dá)到教學(xué)目的，取得良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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