多平臺環(huán)境下課件建設(shè)案例教學(xué)模式的研究與實踐

申鴻燁++張寧

摘要： 操作系統(tǒng)課程是計算機應(yīng)用專業(yè)的必修課程，由于比較抽象，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)效果一直不是很好。本文提出了面授與遠(yuǎn)程教育相結(jié)合的解決方案，在網(wǎng)絡(luò)微課程的知識點中引入案例教學(xué)方法，并以進(jìn)程死鎖為例，從過獨木橋的事例逐步過渡到進(jìn)程間占有資源和申請資源的方法。通過循序漸進(jìn)、貼切恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)案例，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低了學(xué)生對知識點的接受難度，達(dá)到理想的教學(xué)效果，得到了多平臺環(huán)境下遠(yuǎn)程終身教育課件建設(shè)的目的。

關(guān)鍵詞： 案例教學(xué)； 案例引入； 網(wǎng)絡(luò)微課程

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-2163（2017）04-0102-03

0引言

操作系統(tǒng)課程是計算機應(yīng)用專業(yè)的必修課程，在專業(yè)課程中占有重要的地位。操作系統(tǒng)是為裸機配置的系統(tǒng)軟件，是用戶和用戶程序與計算機之間的接口，是用戶程序和其它系統(tǒng)程序的運行平臺和環(huán)境。操作系統(tǒng)可以有效地控制和管理計算機系統(tǒng)中的各種硬件和軟件資源，合理地組織計算機系統(tǒng)的工作流程，最大限度地方便用戶使用機器，發(fā)揮資源的潛在效能與執(zhí)行作用。在操作系統(tǒng)課程中，學(xué)生將會掌握進(jìn)程管理、處理機調(diào)度、存儲管理、文件管理、設(shè)備管理等內(nèi)容，掌握操作系統(tǒng)控制和管理計算機的方法，是一門理論性與實踐性并行等重的綜合性課程。該課程的先修課程是程序設(shè)計語言、計算機組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，該課程直接影響到學(xué)生對計算機運行體系的認(rèn)知，因此具有重要意義。目前，在我校的開放教育教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生多數(shù)是成人在崗學(xué)生，和全日制院校相比，平時工作繁忙，學(xué)習(xí)的連貫性不強，而操作系統(tǒng)課程由于涉及的課程、知識面都很廣，學(xué)習(xí)難度相對較大。

遠(yuǎn)程教育學(xué)生的學(xué)習(xí)模式存在以下問題：業(yè)余時間參與學(xué)習(xí)，僅僅依靠面授模式，知識點較多，很多概念偏于抽象，影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教育效果也難于趨近理想設(shè)定。

另外，由于教學(xué)計劃中安排的課程學(xué)時有限，相對全日制院校，成人學(xué)生只有晚間或者休息日的時間來學(xué)習(xí)，理論課程比較多。在這種情況下，研究高校采用面授和實訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)模式，即安排面授課程，同時也設(shè)立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程。其中，面授課程可以保證學(xué)生與教師真實交流，從而充分理解傳授課程內(nèi)容，而網(wǎng)絡(luò)課程則通過學(xué)習(xí)平臺加載課件微課程等學(xué)習(xí)資源，學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生之間可以有效引入異地交流，真正實現(xiàn)任何時間、任何地點，隨時隨地參與學(xué)習(xí)的研究目的。

基于此，本文即針對計算機專業(yè)操作系統(tǒng)課程的案例教學(xué)模式進(jìn)行了研究，期望通過該種教學(xué)模式的設(shè)計探討，可以積極調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提升、并改善學(xué)生的自學(xué)能力。

1案例教學(xué)模式

案例教學(xué)模式是由哈佛大學(xué)最先提出，旨在針對某一學(xué)習(xí)目標(biāo)，抽象提取某真實案例，并進(jìn)行典型化處理，供學(xué)生圍繞相關(guān)主題展開研究和討論，達(dá)到學(xué)生自主研究學(xué)習(xí)效果，拓展其學(xué)習(xí)需求，并且進(jìn)一步提高解決問題和分析問題的能力。

在操作系統(tǒng)課程中，有些問題比較抽象，例如進(jìn)程管理中的生產(chǎn)者消費者問題、哲學(xué)家問題、作業(yè)管理的先來先服務(wù)算法、磁盤調(diào)度的最短尋道時間優(yōu)先算法等，為便于學(xué)生理解，可以將知識點設(shè)計為案例教學(xué)模式，輔助學(xué)生消化吸收，直至透徹應(yīng)用理解。

2教學(xué)設(shè)計舉例

死鎖是進(jìn)程死鎖的簡稱，是由Dijkstra于1965年研究銀行家算法時首次提出的，是計算機操作系統(tǒng)乃至并發(fā)程序設(shè)計中的難點講解問題之一。死鎖是進(jìn)程管理中的重要概念，在計算機系統(tǒng)中有很多一次只能由一個進(jìn)程使用的資源，包括：打印機、磁帶機、文件等。在多道程序設(shè)計時，多個進(jìn)程常常需要共享這些資源，而且一個進(jìn)程所需要的資源不止一個。這樣，就會出現(xiàn)若干進(jìn)程競爭有限資源，又推進(jìn)順序不當(dāng)，從而構(gòu)成無限期循環(huán)等待的局面。這種狀態(tài)就是死鎖。死鎖的危害在于：不僅要浪費大量的系統(tǒng)資源，甚至導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰，帶來災(zāi)難性后果。操作系統(tǒng)中的死鎖問題是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點和難點，在理論和技術(shù)上都亟待給予高度重視。

2.1案例的引入

單純從字面學(xué)習(xí)死鎖，比較抽象不好理解，因此可以借助非線性編輯軟件Edius開發(fā)微課程課件實現(xiàn)相關(guān)的教學(xué)設(shè)計。相關(guān)案例可以從日常生活中的例子說起，例如，有條河上有一座橋，橋面較窄，只能容納一輛汽車通過，無法讓2輛汽車對向同時通過。如果有2輛汽車A和B分別由橋的兩端駛上該橋，則出現(xiàn)互相頂牛的現(xiàn)象，如圖1所示。

以A車為例，該車走過橋面左邊的橋面，相當(dāng)于占據(jù)了橋的部分資源，如果要通過橋面需要等待B車讓出其右側(cè)橋面，否則A車無法前進(jìn)；同理，對于B車，若走過橋面右邊的橋面，也相當(dāng)于占據(jù)了橋的另一部分資源，如果要想過橋面還須等待A車讓出其左邊橋面，否則B車也無法前進(jìn)。如果A、B兩車都不退讓，必將造成2車互相等待對方讓出橋面，但是誰也不率先讓路的情形，如此無休止地等待，無限循環(huán)，這種現(xiàn)象叫做“死鎖”。

在網(wǎng)絡(luò)微課程中，首先設(shè)計給出上述現(xiàn)實生活中的案例，隨后進(jìn)一步拓展，將汽車比喻為進(jìn)程，橋面比喻為資源，則上述問題隨即演變?yōu)椋哼M(jìn)程A占有某資源甲（左側(cè)橋面），等待進(jìn)程B釋放其占有的資源乙（右側(cè)橋面）；進(jìn)程B占有資源乙，等待進(jìn)程A占有的資源甲，而且資源甲、乙，只允許一個進(jìn)程占用，即：不允許2個進(jìn)程同時占用。

在此基礎(chǔ)上，繼而推廣到計算機系統(tǒng)中，軟件、硬件資源都可能發(fā)生死鎖。例如：系統(tǒng)中只有一臺CD-ROM驅(qū)動器和一臺打印機，某一個進(jìn)程占有了CD - ROM驅(qū)動器，再申請打印機；另一個進(jìn)程占有了打印機，申請CD-ROM。如此，2個進(jìn)程都被阻塞，如果沒有外力作用，均將無法使用自身力量破解這種死鎖關(guān)系，后果就是2個進(jìn)程都無法繼續(xù)執(zhí)行。再不采取其它措施，這種循環(huán)等待狀況將無限期持續(xù)下去，也就是所說的死鎖，圖例示意則如圖2所示。

在詳細(xì)論述了死鎖案例之后，進(jìn)而在微課程中及時歸納出死鎖的定義，即所謂死鎖，是指在一個進(jìn)程集合中的每個進(jìn)程都在等待僅由該集合中的另一個進(jìn)程才能引發(fā)的事件而無限期地僵持下去的局面。然后，適時提出死鎖定義：在多數(shù)情況下，進(jìn)程是在等待該集合中另一個進(jìn)程釋放其所占有的資源。也就是說，每個進(jìn)程都期待獲得另一個進(jìn)程正占用的資源。由于集合中的所有進(jìn)程都不能運行，因而誰也不會釋放資源，導(dǎo)致最終陷入死鎖。endprint

2.2案例的拓展

[HT5”SS][ST5”BZ][WT5”BZ]

隨后，可以引申到多個進(jìn)程死鎖的問題，同樣以交通問題為例， 即如圖3所示， 在一個多岔路口，每個方向的車輛都占據(jù)了一部分道路（相當(dāng)于資源），都等待其它方向車輛讓開自己想去的方向，互不相讓，結(jié)果導(dǎo)致全部卡在路口不得動彈，仍然將汽車比喻為進(jìn)程，橋面比喻為資源，就可以展示獲得由2個進(jìn)程的死鎖推廣拓展到多個進(jìn)程死鎖。

綜上分析后，可以歸納出死鎖的癥結(jié)所在，即計算機系統(tǒng)產(chǎn)生死鎖的根本原因就是資源有限但卻操作不當(dāng)，無法滿足并發(fā)進(jìn)程對資源的需求，由此推演可得：一方面，可能是由于系統(tǒng)提供的資源太少，也可能是由于進(jìn)程推進(jìn)順序未能臻至合理，造成互相都占據(jù)了一部分資源，又等待其它進(jìn)程釋放本體所需資源，這種資源訪問順序的不合理也可能造成死鎖。

在微課程課件的結(jié)論設(shè)計中，總結(jié)了產(chǎn)生死鎖的4個必要條件，并提出，破解任一條件即可避免死鎖，具體如下：

1）互斥條件：一個資源每次只能被一個進(jìn)程使用。

2）請求與保持條件：一個進(jìn)程在請求資源被阻塞時，對自身已經(jīng)獲得的資源仍然未予釋放。

[JY]（下轉(zhuǎn)第107頁）[FL）]

3）不剝奪條件：進(jìn)程已獲得的資源，在末使用完之前，不能被強行剝奪掉。

4）循環(huán)等待條件：若干進(jìn)程之間形成一種頭尾相接的循環(huán)等待資源關(guān)系。

如果要避免死鎖，只要消除上述任何一個條件即可杜絕死鎖的發(fā)生。

最后，微課程還給出了課后思考題，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)之余再次梳理、并深入思考死鎖的起因和解決方案。

3結(jié)束語

本文擬針對基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的案例教學(xué)的具體實例“死鎖”展開探討研究。遠(yuǎn)程教育不同于常規(guī)的面授教育，該種教育具有任何時間、任何地點隨時隨地參與學(xué)習(xí)的優(yōu)點，但卻也面臨著無法如面授課程一樣隨時提問答疑解惑的弊端限制，通過循序漸進(jìn)、重點貼切的案例教學(xué)，設(shè)計研發(fā)了這種面授+遠(yuǎn)程教育的學(xué)習(xí)模式，有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，降低了學(xué)生對知識點的接納難度，最終取得了理想的教學(xué)效果，從而達(dá)到了多平臺環(huán)境下遠(yuǎn)程終身教育課件建設(shè)的預(yù)期目的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孟慶昌. 操作系統(tǒng)[M]. 北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，2008.

[2] （美）斯托林斯. 操作系統(tǒng)：精髓與設(shè)計原理[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3] 張堯?qū)W，宋虹，張高. 計算機操作系統(tǒng)教程[M]. 4版. 北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[4] TANENBAUM A S. 操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[5] 王紅. 操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)指導(dǎo)、習(xí)題解析與實訓(xùn)[M]. 北京：水利水電出版社，2009.

[6] 陸松年，訾小超，潘理，等. 操作系統(tǒng)習(xí)題與應(yīng)用解析[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2012.endprint