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(jī)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(yùn)用。

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

1. 引言

操作系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，傳統(tǒng)課程教學(xué)著重講授計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基本概念和基本原理，課程內(nèi)容包括進(jìn)程管理、處理機(jī)調(diào)度、存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)硬件、軟件多方面的知識(shí)，課程表現(xiàn)為概念多、內(nèi)容龐雜、涉及面廣、知識(shí)點(diǎn)難度跨度大等特點(diǎn)。高等教育的本根目的不在于教會(huì)學(xué)生多少知識(shí)，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(guò)程中結(jié)合本課程的特點(diǎn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生思考問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力是教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該不斷探索和研究的問(wèn)題。本文根據(jù)積累的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(jìn)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(rèn)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，進(jìn)而調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，引導(dǎo)他們獨(dú)立思考、積極探索，從而達(dá)到啟迪思維、發(fā)展智力、提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在教學(xué)中可以通過(guò)“教師提出問(wèn)題，學(xué)生主動(dòng)思考問(wèn)題，最終共同解決問(wèn)題”的良性互動(dòng)過(guò)程，使學(xué)生真正掌握操作系統(tǒng)課程的知識(shí)。

在運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)方法教授操作系統(tǒng)的過(guò)程中，教師可以通過(guò)如下思路實(shí)施教學(xué)過(guò)程：首先要確認(rèn)教學(xué)目標(biāo)，明確該知識(shí)點(diǎn)要解決的問(wèn)題；接著選擇日常生活中與該問(wèn)題有共通點(diǎn)的情境，并提出思考性的問(wèn)題；然后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活中類(lèi)似的情境進(jìn)行思考與尋找解決問(wèn)題的方案，之后后啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用思考出的方案思路解決操作系統(tǒng)中的問(wèn)題；最后進(jìn)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(shí)施

本節(jié)以處理機(jī)管理中的重點(diǎn)內(nèi)容：處理機(jī)調(diào)度算法為例，講述如何在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中運(yùn)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(lái)先服務(wù)調(diào)度算法、短進(jìn)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(shí)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(shí)，如果按照課本羅列出來(lái)的這些算法逐一講述這些算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)等內(nèi)容，不管講述得有多詳細(xì)，都有枯燥乏味之嫌，學(xué)生是處于被動(dòng)的接受教師所灌輸?shù)闹R(shí)，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(shí)，不應(yīng)只是逐個(gè)羅列出各種調(diào)度算法，而是通過(guò)啟發(fā)的方式，讓學(xué)生主動(dòng)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(shí)有多個(gè)進(jìn)程處于就緒狀態(tài)等待獲得CPU并運(yùn)行，而系統(tǒng)可以根據(jù)不同的策略選擇一個(gè)最適合運(yùn)行的進(jìn)程使其占用CPU并運(yùn)行，這個(gè)“策略”就是本次課要講的調(diào)度算法，此時(shí)教師可以提出一個(gè)問(wèn)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(lái)教師可以引入生活中與處理機(jī)調(diào)度有共通點(diǎn)的例子：顧客到銀行去儲(chǔ)蓄?？梢约僭O(shè)一個(gè)儲(chǔ)蓄窗口相當(dāng)于一個(gè)CPU，為了與單處理機(jī)的調(diào)度算法相對(duì)應(yīng)可以做一個(gè)限制性的假設(shè)，即假設(shè)只有一個(gè)儲(chǔ)蓄窗口的情形。而要進(jìn)行儲(chǔ)蓄的顧客很多，多個(gè)顧客都想獲得窗口的服務(wù)，用什么方法對(duì)顧客進(jìn)行服務(wù)才顯得比較公平呢？此時(shí)，很多學(xué)生自然會(huì)想到先來(lái)后到的辦法，即排隊(duì)，先到達(dá)的顧客排在隊(duì)頭先獲得服務(wù)，后到達(dá)的顧客插入到隊(duì)尾進(jìn)行等待。此時(shí)教師可以引導(dǎo)學(xué)生“把這個(gè)思想用到進(jìn)程的調(diào)度算法中就是先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法”。學(xué)生會(huì)覺(jué)得非常有道理，而且很容易就記住先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法的特點(diǎn)。

正當(dāng)部分學(xué)生覺(jué)得先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法是比較公平的調(diào)度算法時(shí)（因?yàn)槠綍r(shí)大家去銀行儲(chǔ)蓄的時(shí)候基本上都這么做），教師在原來(lái)的問(wèn)題提出新的假設(shè)：如果排在隊(duì)頭的顧客（假設(shè)為A）需要儲(chǔ)蓄的操作很麻煩估計(jì)用很多時(shí)間，例如幾十分鐘甚至幾個(gè)小時(shí)，而他后面的顧客需要服務(wù)的時(shí)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(shí)間僅為幾分鐘，卻為了幾分鐘等上幾個(gè)小時(shí)，你樂(lè)意不樂(lè)意？不少學(xué)生肯定強(qiáng)烈的表示不樂(lè)意，此時(shí)他們已經(jīng)完全投入問(wèn)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(shí)，若學(xué)生答不出社么好的方法，教師還可以在等待時(shí)間上作提示，從而引導(dǎo)學(xué)生提出解決的辦法：即讓儲(chǔ)蓄時(shí)間少顧客先獲得服務(wù)，最后才是儲(chǔ)蓄時(shí)間大的顧客獲得服務(wù)，這樣大家等待的時(shí)間就相對(duì)少很多。這個(gè)思想運(yùn)用到進(jìn)程調(diào)度算法中就是最短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法。

介紹了最短進(jìn)程調(diào)度算法后，教師可以讓學(xué)生回到儲(chǔ)蓄的問(wèn)題上：如果需短時(shí)間儲(chǔ)蓄的顧客源源不斷的到來(lái)，在剛才的策略上A是否獲得服務(wù)的機(jī)會(huì)？此時(shí)不少學(xué)生會(huì)猛然發(fā)現(xiàn)，按剛才的策略時(shí)間短的都先獲得服務(wù)的機(jī)會(huì)，如果時(shí)間短顧客不斷的來(lái)“插隊(duì)”，那A豈不是永遠(yuǎn)沒(méi)有獲得服務(wù)的機(jī)會(huì)了嗎？最短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法肯定有缺限，那用什么方法來(lái)解決呢？此時(shí)教師可以引導(dǎo)學(xué)生提出先來(lái)先服務(wù)調(diào)度算法和最短進(jìn)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(jì)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(jìn)程，但又不至于使的進(jìn)程“餓死”，即大進(jìn)程等待一定的時(shí)間后也會(huì)獲得服務(wù)的機(jī)會(huì)。

此時(shí)，善于總結(jié)的學(xué)生就會(huì)有一個(gè)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(shí)如果出現(xiàn)了一個(gè)VIP客戶(hù)，怎么辦？因?yàn)閂IP客戶(hù)有服務(wù)的優(yōu)先權(quán)，其他的顧客就必須等待，此時(shí)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(duì)進(jìn)程的調(diào)度算法有了一定理解，此時(shí)教師可以提出另一種調(diào)度算法，它不考慮等待時(shí)間也不考慮優(yōu)先權(quán)，而是把CPU的時(shí)間分成一定的時(shí)間片，各進(jìn)程在時(shí)間片內(nèi)輪流使用CPU，在時(shí)間片內(nèi)沒(méi)有執(zhí)行完畢的進(jìn)程必須放棄CPU并排到隊(duì)尾重新申請(qǐng)CPU，這個(gè)算法就是基于時(shí)間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。

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

3. 結(jié)束語(yǔ)

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(shí)際的授課過(guò)程中，除了處理機(jī)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(jìn)程同步與互斥、有關(guān)死鎖的問(wèn)題和請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理等，都可以采用啟發(fā)式的教學(xué)方法來(lái)講課。在啟發(fā)式教學(xué)中，教師將從單純的知識(shí)轉(zhuǎn)播者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的促進(jìn)者、組織者和領(lǐng)導(dǎo)者，而學(xué)生也將從單純的知識(shí)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(huì)極大地促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

參考文獻(xiàn)

【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(shí)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第三版）. 2007-5