丘靜玉　印　鑒

摘要:本文以進(jìn)程管理為例討論了游戲教學(xué)法在“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)中的應(yīng)用,并指出運(yùn)用該教學(xué)方法的意義和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);游戲;進(jìn)程管理

中圖分類(lèi)號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

“操作系統(tǒng)”課程是計(jì)算機(jī)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的核心課程,理論性強(qiáng)、概念抽象等是該課程教學(xué)中的難點(diǎn)之一。學(xué)生普遍的反映之一就是該門(mén)課程內(nèi)容枯燥乏味,學(xué)習(xí)興趣索然。筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中不斷地探索激發(fā)學(xué)生興趣、改進(jìn)教學(xué)效果的方法。其中,游戲教學(xué)法就是一個(gè)行之有效的“寓教于樂(lè)”的辦法。

1進(jìn)程管理中的游戲教學(xué)

進(jìn)程模型和并發(fā)機(jī)制是進(jìn)程管理教學(xué)中的兩個(gè)重要內(nèi)容,本節(jié)給出筆者針對(duì)這兩個(gè)內(nèi)容分別設(shè)計(jì)的兩個(gè)集體游戲。

(1) 進(jìn)程模型

進(jìn)程是多道程序系統(tǒng)中用來(lái)描述執(zhí)行實(shí)體的概念,進(jìn)程在其生命周期里會(huì)處于不同的狀態(tài),進(jìn)程模型正是用來(lái)描述進(jìn)程的不同狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系的抽象模型。進(jìn)程模型中有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:一是應(yīng)該定義哪些狀態(tài),二是不同狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系和條件。為了讓學(xué)生更好地理解經(jīng)典進(jìn)程模型,筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)集體游戲如下:

游戲角色:由A、B和C三個(gè)同學(xué)分別扮演分時(shí)系統(tǒng)中正在執(zhí)行的進(jìn)程,其中進(jìn)程B運(yùn)行過(guò)程中需要等待I/O操作。另由一個(gè)同學(xué)D扮演操作系統(tǒng)(兼CPU的分派者)。此外再請(qǐng)一個(gè)同學(xué)在旁邊計(jì)時(shí),每個(gè)時(shí)間片結(jié)束的時(shí)候給一個(gè)信號(hào)提示。

游戲道具:一個(gè)CPU(可以拿任何東西代替,如一個(gè)大蘋(píng)果)。

游戲規(guī)則:進(jìn)程A、B和C在沒(méi)有CPU在手的時(shí)候均不能進(jìn)行任何動(dòng)作(為直觀起見(jiàn),等待I/O以半蹲表示),得到CPU后可自由活動(dòng)(內(nèi)容可指定或請(qǐng)學(xué)生自行決定,如在黑板上畫(huà)畫(huà)、唱歌等等),一個(gè)時(shí)間片結(jié)束、運(yùn)行結(jié)束或等待I/O操作的時(shí)候需要將CPU交回給D。D循環(huán)地按照A、B、C的順序分派CPU,前提是該進(jìn)程沒(méi)有結(jié)束且沒(méi)有在等待其他事件。

請(qǐng)其他學(xué)生觀看游戲的時(shí)候思考2個(gè)問(wèn)題:每個(gè)同學(xué)有哪些不同的行為表現(xiàn)?他們是如何在這些不同的行為中轉(zhuǎn)換的?

游戲后,與學(xué)生一起分析這2個(gè)問(wèn)題,很自然地,學(xué)生會(huì)首先想到兩種不同行為,即是“有CPU”和“沒(méi)有CPU”,且進(jìn)程在它的生命周期中就在這兩種行為之間相互轉(zhuǎn)換,從而馬上可以得到最簡(jiǎn)單的兩狀態(tài)模型(如圖1(a)),同時(shí)可知D的工作就是將CPU分派給一個(gè)處于“未運(yùn)行”狀態(tài)的進(jìn)程。這時(shí),再請(qǐng)學(xué)生思考:A時(shí)間片用完而B(niǎo)又在等待I/O時(shí)處于“未運(yùn)行”的進(jìn)程有B和C,這時(shí)D該將CPU分派給B還是C?很容易可以得到該問(wèn)題的答案,從而提示學(xué)生其實(shí)這時(shí)候B和C的狀態(tài)還是有區(qū)別的,因而水到渠成地引出了經(jīng)典的三狀態(tài)模型(如圖1(b))。

(2) 信號(hào)量并發(fā)機(jī)制

信號(hào)量是重要的進(jìn)程并發(fā)機(jī)制之一,為了讓學(xué)生較好地理解并能應(yīng)用信號(hào)量,最好的辦法是讓學(xué)生理解信號(hào)量的物理意義,“點(diǎn)名”游戲(圖2)正是為此而設(shè)計(jì)的:

游戲角色:“寫(xiě)者”負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)問(wèn)題,一次可以在紙上寫(xiě)一個(gè)問(wèn)題并指定該問(wèn)題的回答者(如“你認(rèn)為誰(shuí)是本班最可愛(ài)的人? 張三”);“讀者”負(fù)責(zé)宣讀問(wèn)題,一次可以讀出在紙上的一個(gè)問(wèn)題以及指定的答題者(即被點(diǎn)名者);被點(diǎn)名者則務(wù)必回答問(wèn)題。所有同學(xué)都是潛在的游戲參與者。

游戲道具:一支筆和一張用來(lái)在上面寫(xiě)問(wèn)題的紙。兩個(gè)信號(hào)量計(jì)數(shù)器(寫(xiě)在黑板上即可):一個(gè)是讀信號(hào)量,初值為2;另一個(gè)是寫(xiě)信號(hào)量,初值為1。

游戲規(guī)則:讀者/寫(xiě)者按以下步驟活動(dòng):

(1) 對(duì)相應(yīng)的讀/寫(xiě)信號(hào)量進(jìn)行P操作,即計(jì)數(shù)器減1,如果減1后相應(yīng)的計(jì)數(shù)器不為負(fù)數(shù)(≥0)則轉(zhuǎn)(2),否則等待。

(2) 進(jìn)行讀/寫(xiě)。

(3) 對(duì)相應(yīng)的讀/寫(xiě)信號(hào)量進(jìn)行V操作,即計(jì)數(shù)器加1,如果加1后相應(yīng)的計(jì)數(shù)器為非正數(shù)(≤0)則轉(zhuǎn)(4),否則轉(zhuǎn)(5)。

(4) 通知一個(gè)等待的同學(xué)轉(zhuǎn)(2)。

(5) 結(jié)束。

請(qǐng)所有同學(xué)注意觀察游戲中信號(hào)量計(jì)數(shù)器值的變化與讀者/寫(xiě)者(在進(jìn)行的或在等待的)數(shù)量的關(guān)系,從而可以很自然地引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到信號(hào)量的物理意義:信號(hào)量的計(jì)數(shù)器的值代表了某類(lèi)資源的可用數(shù)(若該資源一次只允許一個(gè)進(jìn)程使用,則相應(yīng)信號(hào)量初值應(yīng)設(shè)為1);P操作相當(dāng)于是申請(qǐng)一個(gè)單位的資源;V操作者是相當(dāng)于釋放一個(gè)單位的資源;而計(jì)數(shù)器變成負(fù)值-N時(shí),則表示有N個(gè)進(jìn)程在等待該資源。在此基礎(chǔ)上,教師還可以舉進(jìn)一步的例子讓學(xué)生體會(huì)從“資源”的角度去使用信號(hào)量解決更多更廣泛的進(jìn)程同步和互斥的問(wèn)題。

2游戲教學(xué)的注意事項(xiàng)

在游戲教學(xué)中,游戲是載體,教學(xué)是目的,為了取得最佳的效果,教師在使用游戲教學(xué)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

首先,游戲的設(shè)計(jì)要切題,不能為樂(lè)而樂(lè),而應(yīng)緊扣教學(xué)內(nèi)容,將理論知識(shí)融入到游戲中去。這要求教師對(duì)課程內(nèi)容非常熟悉。

其次,要充分激發(fā)學(xué)生的參與熱情,只有親身參與,學(xué)生的主觀能動(dòng)性才能充分發(fā)揮。因此,游戲應(yīng)有趣且貼近學(xué)生生活,并給參與者主觀能動(dòng)和自我展示的空間,同時(shí)在游戲過(guò)程中教師也要多多鼓勵(lì),營(yíng)造良好的氣氛。

最后,教師不能只作旁觀者,應(yīng)注意引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題,同時(shí)也要注意引申和總結(jié)。事實(shí)上,這也是教學(xué)互長(zhǎng)的一個(gè)重要手段。

實(shí)踐證明,在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中適當(dāng)使用游戲教學(xué)法,不但可以活躍課堂氣氛,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,更重要的是可以將理論知識(shí)形象化、具體化,幫助學(xué)生理解操作系統(tǒng)各方面理論的問(wèn)題來(lái)源、提出辦法以及實(shí)現(xiàn)依據(jù),使學(xué)生從“灌輸式”教學(xué)中的被動(dòng)方變成發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的主動(dòng)方,充分發(fā)揮學(xué)生的潛能,大大提高課堂效率。

參考文獻(xiàn):

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