“挖坑”方法在《操作系統(tǒng)》教學(xué)中的應(yīng)用

潘麗麗

摘 要：操作系統(tǒng)課程作為計(jì)算機(jī)類的專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性強(qiáng)，知識點(diǎn)抽象，不易理解。在教育教學(xué)改革的活動中，教學(xué)方法同樣需要改革，“挖坑”的方法突破了以往教師講，學(xué)生聽的傳統(tǒng)模式，將課堂歸還給學(xué)生，采用創(chuàng)新的理念加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;操作系統(tǒng);“挖坑”方法

操作系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在專業(yè)課程體系中占有非常重要的地位，在軟件開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)及硬件驅(qū)動等各學(xué)科中，操作系統(tǒng)原理都為其提供了技術(shù)支持。然而，作為一門原理性的課程，它抽象、晦澀、不容易理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中往往感到難度很大，能將其理論知識在具體實(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用的學(xué)生更是少之用少。

近年來，隨著教學(xué)改革的不斷深化，教學(xué)手段不斷更新，教學(xué)方法也不斷改進(jìn)，以“學(xué)生為主體”，“將課堂歸還給學(xué)生”的理念逐步被更多的教師所接受和踐行，本文將從具體的教學(xué)方法中闡述用給學(xué)生“挖坑”的方法，使抽象的理論知識更易于學(xué)生接受和掌握。

一、什么是“挖坑”理論

（一）“挖坑”的概念

這里所提到的“挖坑”理論有別于經(jīng)濟(jì)學(xué)研究中的“挖坑”。在操作系統(tǒng)教學(xué)的過程中，如經(jīng)典的PV原語、進(jìn)程調(diào)度等內(nèi)容對學(xué)生而言，這些知識很抽象，不容易理解和掌握。在筆者所在的獨(dú)立院校中，大部分學(xué)生對教師在課堂中給出的答案即作為結(jié)論進(jìn)行記憶，很少有學(xué)生會提出異議或者有更優(yōu)于現(xiàn)實(shí)的算法和想法，學(xué)生的學(xué)習(xí)更多的是處于被動狀態(tài)。因此，在課堂中開始轉(zhuǎn)變教學(xué)方法迫在眉睫?！巴诳印狈椒ň褪峭ㄟ^循序漸進(jìn)的利用知識點(diǎn)給學(xué)生設(shè)置“障礙”，即“挖坑”，讓學(xué)生掉進(jìn)“坑”里后，再通過對知識的了解和理解，從“坑里”爬出來，通過這樣的方法培養(yǎng)學(xué)生逐步建立起主動學(xué)習(xí)的興趣，再通過進(jìn)一步引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生對抽象知識的理解和掌握。在課程設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)生可以通過對知識的理解和貫通，建立起實(shí)踐的框架，為日后操作系統(tǒng)在各學(xué)科中的具體應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）哪些情景適合“挖坑”

在講授一些抽象的理論時(shí)，學(xué)生往往采用死記硬背的方法來完成學(xué)習(xí)任務(wù)。事實(shí)上，這種方法對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)毫無益處。教師使用“挖坑”的方法講授抽象的理論，能夠加深學(xué)生對知識點(diǎn)的印象，繼而達(dá)到融會貫通的目的。

二、“挖坑”方法在操作系統(tǒng)課程中的具體使用

（一）在進(jìn)程調(diào)度中的使用

在教學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對進(jìn)程調(diào)度中的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法的理解不清晰，而時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法又是分時(shí)操作系統(tǒng)中重要的調(diào)度算法，是其后的多級反饋隊(duì)列調(diào)度算法的基礎(chǔ)。在講授該算法時(shí)，首先明確進(jìn)程在就緒隊(duì)列中是按照FCFS的算法進(jìn)行調(diào)度，分配CPU。但隨著進(jìn)程調(diào)度的開始，會有不同的進(jìn)程在不同的時(shí)刻到達(dá)系統(tǒng)，這樣在就緒隊(duì)列中等待調(diào)度的進(jìn)程的類型就分為：上一個(gè)時(shí)間片沒完成任務(wù)的進(jìn)程，原來就存在于就緒隊(duì)列中的進(jìn)程，第三種就是在該時(shí)刻剛到達(dá)系統(tǒng)的進(jìn)程。這三類進(jìn)程在某一時(shí)刻，將同時(shí)存在就緒隊(duì)列中，他們應(yīng)該是怎樣的排隊(duì)方式，決定了系統(tǒng)會將時(shí)間片分給哪個(gè)進(jìn)程，繼而會對進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時(shí)間產(chǎn)生影響。教師先將這樣的矛盾拋給學(xué)生，讓他們以小組的方式進(jìn)行討論：在該算法中，有一種進(jìn)程的位置是明確的，即在上一個(gè)時(shí)間片中未完成任務(wù)的進(jìn)程一定是排在就緒隊(duì)列的末尾。那么，另外兩類進(jìn)程它們的位置應(yīng)該如何確定呢？事實(shí)上，正如所了解的一樣，算法沒有對錯(cuò)，只有哪種算法更利于資源的利用。在學(xué)生小組討論結(jié)束后，教師充分聽取每組代表所闡述的結(jié)論，再開始講解第一種算法，即就緒隊(duì)列順序?yàn)椋耗硶r(shí)刻剛到達(dá)系統(tǒng)的進(jìn)程，就緒隊(duì)列中原有的進(jìn)程，和上一時(shí)間片沒完成任務(wù)的進(jìn)程。這樣，“利用”大多數(shù)學(xué)生對教師的充分信任，就已經(jīng)把“坑”給學(xué)生挖好了，大多數(shù)學(xué)生會認(rèn)為這就是標(biāo)準(zhǔn)的，唯一的算法。然后教師再引導(dǎo)學(xué)生從進(jìn)程的狀態(tài)考慮，如果采用這樣的策略，是否對所有的進(jìn)程都相對公平公正？因?yàn)闀粩嘤行逻M(jìn)程到達(dá)系統(tǒng)，這樣，可能導(dǎo)致就緒隊(duì)列中的原有進(jìn)程會長時(shí)間得不到調(diào)度，不能處于執(zhí)行狀態(tài)，會造成進(jìn)程的饑餓，進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)程會被掛起。因此，第一種算法在資源分配的均衡性上尚需完善，從而引導(dǎo)學(xué)生自己動手判斷哪種算法更優(yōu)。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，剛接觸操作系統(tǒng)的學(xué)生往往不能夠?qū)⑤嗈D(zhuǎn)調(diào)度算法和進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換兩個(gè)知識點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，而通過這種方式“挖坑”，既增強(qiáng)學(xué)生對算法的理解和掌握，也把進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的知識進(jìn)行了鞏固和應(yīng)用。由此可見，這種“挖坑”的方式還有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，將核心知識點(diǎn)與基本知識點(diǎn)相融合。

（二）在PV原語中的簡單應(yīng)用

PV原語是操作系統(tǒng)中的另外一個(gè)難點(diǎn)，在課堂教學(xué)中容易出現(xiàn)“課堂上能聽懂，課下做題全忘光”的現(xiàn)象。為加深學(xué)生的印象，可以充分使用“挖坑”方法，如在記錄型信號量的講解中，可以使用網(wǎng)絡(luò)中共享打印機(jī)的案例，每次申請資源都會產(chǎn)生-1的操作，讓學(xué)生自行進(jìn)行減法操作，當(dāng)資源減到0，直至減到負(fù)數(shù)的情況，發(fā)生了哪些事情，這些事情對進(jìn)程會產(chǎn)生怎樣的影響，進(jìn)程將會何去何從，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解信號量的申請和釋放操作，為后面進(jìn)程同步知識的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

“挖坑”的方法在講解存儲器管理，虛擬存儲，以及磁盤管理中都能夠起到事半功倍的效果。在具體的講授過程中，教師應(yīng)該能夠?qū)⒊橄蟮闹R形象化，在使用“挖坑”的方法夯實(shí)基礎(chǔ)知識的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生想象力和逆向思維的能力，將創(chuàng)新的理念也融于理論課的教學(xué)之中。

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