操作系統(tǒng)課程的啟發(fā)式教學(xué)研究與探討

李芬

摘要：本文論述啟發(fā)式教學(xué)在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中的重要性，并以處理機調(diào)度算法為例，闡述啟發(fā)式教學(xué)在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中的運用。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；啟發(fā)式教學(xué)；處理機調(diào)度算法

1. 引言

操作系統(tǒng)課程是計算機及其相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，傳統(tǒng)課程教學(xué)著重講授計算機操作系統(tǒng)的基本概念和基本原理，課程內(nèi)容包括進程管理、處理機調(diào)度、存儲管理、設(shè)備管理和文件系統(tǒng)管理五大功能部件，其內(nèi)容涉及計算機硬件、軟件多方面的知識，課程表現(xiàn)為概念多、內(nèi)容龐雜、涉及面廣、知識點難度跨度大等特點。高等教育的本根目的不在于教會學(xué)生多少知識，而是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合能力，因此如何在操作系統(tǒng)課程教學(xué)過程中結(jié)合本課程的特點激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生思考問題與解決問題的能力是教師在教學(xué)過程中應(yīng)該不斷探索和研究的問題。本文根據(jù)積累的教學(xué)經(jīng)驗，對如何應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生思考，從而提高操作系統(tǒng)課程教學(xué)質(zhì)量進行探討與總結(jié)。

2. 操作系統(tǒng)課程中啟發(fā)式教學(xué)的應(yīng)用研究

2.1 操作系統(tǒng)課程的啟發(fā)式教學(xué)思路

啟發(fā)式教學(xué)是一種重要的教學(xué)方法，就是在教學(xué)中要求教師承認學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，進而調(diào)動他們的學(xué)習(xí)主動性，引導(dǎo)他們獨立思考、積極探索，從而達到啟迪思維、發(fā)展智力、提高分析問題和解決問題的能力。在教學(xué)中可以通過“教師提出問題，學(xué)生主動思考問題，最終共同解決問題”的良性互動過程，使學(xué)生真正掌握操作系統(tǒng)課程的知識。

在運用啟發(fā)式教學(xué)方法教授操作系統(tǒng)的過程中，教師可以通過如下思路實施教學(xué)過程：首先要確認教學(xué)目標，明確該知識點要解決的問題；接著選擇日常生活中與該問題有共通點的情境，并提出思考性的問題；然后引導(dǎo)學(xué)生對生活中類似的情境進行思考與尋找解決問題的方案，之后后啟發(fā)學(xué)生運用思考出的方案思路解決操作系統(tǒng)中的問題；最后進行反饋與總結(jié)[1]。

2.2 操作系統(tǒng)課程啟發(fā)式教學(xué)的實施

本節(jié)以處理機管理中的重點內(nèi)容：處理機調(diào)度算法為例，講述如何在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中運用啟發(fā)式教學(xué)方法。

教材列出的典型的處理調(diào)度算法有：先來先服務(wù)調(diào)度算法、短進程優(yōu)先調(diào)度算法、最高響應(yīng)比調(diào)度算法、高優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法和基于時間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法[3]91-97。教師在講到這一部分的內(nèi)容時，如果按照課本羅列出來的這些算法逐一講述這些算法的實現(xiàn)過程、優(yōu)點和缺點等內(nèi)容，不管講述得有多詳細，都有枯燥乏味之嫌，學(xué)生是處于被動的接受教師所灌輸?shù)闹R，學(xué)習(xí)的積極性不高，課堂效果也不好。因此教師在講授這部分的內(nèi)容時，不應(yīng)只是逐個羅列出各種調(diào)度算法，而是通過啟發(fā)的方式，讓學(xué)生主動逐步想出各種調(diào)度算法的思路。

首先，教師先介紹在內(nèi)存中可同時有多個進程處于就緒狀態(tài)等待獲得CPU并運行，而系統(tǒng)可以根據(jù)不同的策略選擇一個最適合運行的進程使其占用CPU并運行，這個“策略”就是本次課要講的調(diào)度算法，此時教師可以提出一個問題“那么到底常用的策略（即調(diào)度算法）有哪些呢？”以引起學(xué)生的注意。

接下來教師可以引入生活中與處理機調(diào)度有共通點的例子：顧客到銀行去儲蓄?？梢约僭O(shè)一個儲蓄窗口相當于一個CPU，為了與單處理機的調(diào)度算法相對應(yīng)可以做一個限制性的假設(shè)，即假設(shè)只有一個儲蓄窗口的情形。而要進行儲蓄的顧客很多，多個顧客都想獲得窗口的服務(wù)，用什么方法對顧客進行服務(wù)才顯得比較公平呢？此時，很多學(xué)生自然會想到先來后到的辦法，即排隊，先到達的顧客排在隊頭先獲得服務(wù)，后到達的顧客插入到隊尾進行等待。此時教師可以引導(dǎo)學(xué)生“把這個思想用到進程的調(diào)度算法中就是先來先服務(wù)調(diào)度算法”。學(xué)生會覺得非常有道理，而且很容易就記住先來先服務(wù)調(diào)度算法的特點。

正當部分學(xué)生覺得先來先服務(wù)調(diào)度算法是比較公平的調(diào)度算法時（因為平時大家去銀行儲蓄的時候基本上都這么做），教師在原來的問題提出新的假設(shè)：如果排在隊頭的顧客（假設(shè)為A）需要儲蓄的操作很麻煩估計用很多時間，例如幾十分鐘甚至幾個小時，而他后面的顧客需要服務(wù)的時間很短只需幾分鐘，如果你是后面的顧客自己需要服務(wù)的時間僅為幾分鐘，卻為了幾分鐘等上幾個小時，你樂意不樂意？不少學(xué)生肯定強烈的表示不樂意，此時他們已經(jīng)完全投入問題的討論中，他們迫切的想知道在這種情況怎么解決才能顯得比較公平。此時，若學(xué)生答不出社么好的方法，教師還可以在等待時間上作提示，從而引導(dǎo)學(xué)生提出解決的辦法：即讓儲蓄時間少顧客先獲得服務(wù)，最后才是儲蓄時間大的顧客獲得服務(wù)，這樣大家等待的時間就相對少很多。這個思想運用到進程調(diào)度算法中就是最短進程優(yōu)先調(diào)度算法。

介紹了最短進程調(diào)度算法后，教師可以讓學(xué)生回到儲蓄的問題上：如果需短時間儲蓄的顧客源源不斷的到來，在剛才的策略上A是否獲得服務(wù)的機會？此時不少學(xué)生會猛然發(fā)現(xiàn)，按剛才的策略時間短的都先獲得服務(wù)的機會，如果時間短顧客不斷的來“插隊”，那A豈不是永遠沒有獲得服務(wù)的機會了嗎？最短進程優(yōu)先調(diào)度算法肯定有缺限，那用什么方法來解決呢？此時教師可以引導(dǎo)學(xué)生提出先來先服務(wù)調(diào)度算法和最短進程優(yōu)先調(diào)度算法的折中辦法，即最高響應(yīng)比調(diào)度算法，并講解響應(yīng)比的計算公式，從公式中總結(jié)出最高相應(yīng)比調(diào)度算法優(yōu)先照顧小進程，但又不至于使的進程“餓死”，即大進程等待一定的時間后也會獲得服務(wù)的機會。

此時，善于總結(jié)的學(xué)生就會有一個結(jié)論：最高響應(yīng)比調(diào)度算法應(yīng)該是最好的調(diào)度算法了吧？教師可以提出另一種假設(shè)：此時如果出現(xiàn)了一個VIP客戶，怎么辦？因為VIP客戶有服務(wù)的優(yōu)先權(quán)，其他的顧客就必須等待，此時就很自然的引出第四種調(diào)度算法，即高優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法。

講了前面四種調(diào)度算法后，學(xué)生已經(jīng)對進程的調(diào)度算法有了一定理解，此時教師可以提出另一種調(diào)度算法，它不考慮等待時間也不考慮優(yōu)先權(quán)，而是把CPU的時間分成一定的時間片，各進程在時間片內(nèi)輪流使用CPU，在時間片內(nèi)沒有執(zhí)行完畢的進程必須放棄CPU并排到隊尾重新申請CPU，這個算法就是基于時間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。

最后，教師對這幾種調(diào)度算法的特點、優(yōu)點和缺點進行總結(jié)，還可以舉具體例子分別用前三種調(diào)度算法計算它們各自的平均周轉(zhuǎn)時間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間，以加深學(xué)生對這部分知識的理解。

3. 結(jié)束語

啟發(fā)式教學(xué)是一種常用的教學(xué)方法，在操作系統(tǒng)課程實際的授課過程中，除了處理機調(diào)度算法這部分內(nèi)容外，其他很多內(nèi)容都可以采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，例如：進程同步與互斥、有關(guān)死鎖的問題和請求頁式存儲管理等，都可以采用啟發(fā)式的教學(xué)方法來講課。在啟發(fā)式教學(xué)中，教師將從單純的知識轉(zhuǎn)播者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的促進者、組織者和領(lǐng)導(dǎo)者，而學(xué)生也將從單純的知識接受者變?yōu)樽灾鞯膶W(xué)習(xí)者、研究者和創(chuàng)新者，正確采用啟發(fā)式教學(xué)將會極大地促進教學(xué)質(zhì)量的提高。

參考文獻

【1】韋婷.啟發(fā)式教學(xué)在操作系統(tǒng)課程中的應(yīng)用.電腦知識與技術(shù).2011-5,第7卷第13期.

【1】馮麗萍,焦莉娟. 基于啟發(fā)式的《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)改革探討.福建電腦.2010年第5期.

【2】湯小丹等. 計算機操作系統(tǒng)（第三版）. 2007-5