多平台环境下课件建设案例教学模式的研究与实践

申鸿烨++张宁

摘要： 操作系统课程是计算机应用专业的必修课程，由于比较抽象，传统的网络教学效果一直不是很好。本文提出了面授与远程教育相结合的解决方案，在网络微课程的知识点中引入案例教学方法，并以进程死锁为例，从过独木桥的事例逐步过渡到进程间占有资源和申请资源的方法。通过循序渐进、贴切恰当的教学案例，有效提高了学生的学习兴趣，降低了学生对知识点的接受难度，达到理想的教学效果，得到了多平台环境下远程终身教育课件建设的目的。

关键词： 案例教学； 案例引入； 网络微课程

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2095-2163（2017）04-0102-03

0引言

操作系统课程是计算机应用专业的必修课程，在专业课程中占有重要的地位。操作系统是为裸机配置的系统软件，是用户和用户程序与计算机之间的接口，是用户程序和其它系统程序的运行平台和环境。操作系统可以有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源，合理地组织计算机系统的工作流程，最大限度地方便用户使用机器，发挥资源的潜在效能与执行作用。在操作系統课程中，学生将会掌握进程管理、处理机调度、存储管理、文件管理、设备管理等内容，掌握操作系统控制和管理计算机的方法，是一门理论性与实践性并行等重的综合性课程。该课程的先修课程是程序设计语言、计算机组成原理、数据结构等，该课程直接影响到学生对计算机运行体系的认知，因此具有重要意义。目前，在我校的开放教育教学环境下，学生多数是成人在岗学生，和全日制院校相比，平时工作繁忙，学习的连贯性不强，而操作系统课程由于涉及的课程、知识面都很广，学习难度相对较大。

远程教育学生的学习模式存在以下问题：业余时间参与学习，仅仅依靠面授模式，知识点较多，很多概念偏于抽象，影响学生学习兴趣，教育效果也难于趋近理想设定。

另外，由于教学计划中安排的课程学时有限，相对全日制院校，成人学生只有晚间或者休息日的时间来学习，理论课程比较多。在这种情况下，研究高校采用面授和实训相结合的教学模式，即安排面授课程，同时也设立网络教学课程。其中，面授课程可以保证学生与教师真实交流，从而充分理解传授课程内容，而网络课程则通过学习平台加载课件微课程等学习资源，学生与学生、教师与学生之间可以有效引入异地交流，真正实现任何时间、任何地点，随时随地参与学习的研究目的。

基于此，本文即针对计算机专业操作系统课程的案例教学模式进行了研究，期望通过该种教学模式的设计探讨，可以积极调动学生学习积极性，培养学生的学习兴趣，进而提升、并改善学生的自学能力。

1案例教学模式

案例教学模式是由哈佛大学最先提出，旨在针对某一学习目标，抽象提取某真实案例，并进行典型化处理，供学生围绕相关主题展开研究和讨论，达到学生自主研究学习效果，拓展其学习需求，并且进一步提高解决问题和分析问题的能力。

在操作系统课程中，有些问题比较抽象，例如进程管理中的生产者消费者问题、哲学家问题、作业管理的先来先服务算法、磁盘调度的最短寻道时间优先算法等，为便于学生理解，可以将知识点设计为案例教学模式，辅助学生消化吸收，直至透彻应用理解。

2教学设计举例

死锁是进程死锁的简称，是由Dijkstra于1965年研究银行家算法时首次提出的，是计算机操作系统乃至并发程序设计中的难点讲解问题之一。死锁是进程管理中的重要概念，在计算机系统中有很多一次只能由一个进程使用的资源，包括：打印机、磁带机、文件等。在多道程序设计时，多个进程常常需要共享这些资源，而且一个进程所需要的资源不止一个。这样，就会出现若干进程竞争有限资源，又推进顺序不当，从而构成无限期循环等待的局面。这种状态就是死锁。死锁的危害在于：不仅要浪费大量的系统资源，甚至导致整个系统崩溃，带来灾难性后果。操作系统中的死锁问题是学生学习的重点和难点，在理论和技术上都亟待给予高度重视。

2.1案例的引入

单纯从字面学习死锁，比较抽象不好理解，因此可以借助非线性编辑软件Edius开发微课程课件实现相关的教学设计。相关案例可以从日常生活中的例子说起，例如，有条河上有一座桥，桥面较窄，只能容纳一辆汽车通过，无法让2辆汽车对向同时通过。如果有2辆汽车A和B分别由桥的两端驶上该桥，则出现互相顶牛的现象，如图1所示。

以A车为例，该车走过桥面左边的桥面，相当于占据了桥的部分资源，如果要通过桥面需要等待B车让出其右侧桥面，否则A车无法前进；同理，对于B车，若走过桥面右边的桥面，也相当于占据了桥的另一部分资源，如果要想过桥面还须等待A车让出其左边桥面，否则B车也无法前进。如果A、B两车都不退让，必将造成2车互相等待对方让出桥面，但是谁也不率先让路的情形，如此无休止地等待，无限循环，这种现象叫做“死锁”。

在网络微课程中，首先设计给出上述现实生活中的案例，随后进一步拓展，将汽车比喻为进程，桥面比喻为资源，则上述问题随即演变为：进程A占有某资源甲（左侧桥面），等待进程B释放其占有的资源乙（右侧桥面）；进程B占有资源乙，等待进程A占有的资源甲，而且资源甲、乙，只允许一个进程占用，即：不允许2个进程同时占用。

在此基础上，继而推广到计算机系统中，软件、硬件资源都可能发生死锁。例如：系统中只有一台CD-ROM驱动器和一台打印机，某一个进程占有了CD - ROM驱动器，再申请打印机；另一个进程占有了打印机，申请CD-ROM。如此，2个进程都被阻塞，如果没有外力作用，均将无法使用自身力量破解这种死锁关系，后果就是2个进程都无法继续执行。再不采取其它措施，这种循环等待状况将无限期持续下去，也就是所说的死锁，图例示意则如图2所示。

在详细论述了死锁案例之后，进而在微课程中及时归纳出死锁的定义，即所谓死锁，是指在一个进程集合中的每个进程都在等待仅由该集合中的另一个进程才能引发的事件而无限期地僵持下去的局面。然后，适时提出死锁定义：在多数情况下，进程是在等待该集合中另一个进程释放其所占有的资源。也就是说，每个进程都期待获得另一个进程正占用的资源。由于集合中的所有进程都不能运行，因而谁也不会释放资源，导致最终陷入死锁。endprint

2.2案例的拓展

[HT5”SS][ST5”BZ][WT5”BZ]

随后，可以引申到多个进程死锁的问题，同样以交通问题为例， 即如图3所示， 在一个多岔路口，每个方向的车辆都占据了一部分道路（相当于资源），都等待其它方向车辆让开自己想去的方向，互不相让，结果导致全部卡在路口不得动弹，仍然将汽车比喻为进程，桥面比喻为资源，就可以展示获得由2个进程的死锁推广拓展到多个进程死锁。

综上分析后，可以归纳出死锁的症结所在，即计算机系统产生死鎖的根本原因就是资源有限但却操作不当，无法满足并发进程对资源的需求，由此推演可得：一方面，可能是由于系统提供的资源太少，也可能是由于进程推进顺序未能臻至合理，造成互相都占据了一部分资源，又等待其它进程释放本体所需资源，这种资源访问顺序的不合理也可能造成死锁。

在微课程课件的结论设计中，总结了产生死锁的4个必要条件，并提出，破解任一条件即可避免死锁，具体如下：

1）互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。

2）请求与保持条件：一个进程在请求资源被阻塞时，对自身已经获得的资源仍然未予释放。

[JY]（下转第107页）[FL）]

3）不剥夺条件：进程已获得的资源，在末使用完之前，不能被强行剥夺掉。

4）循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

如果要避免死锁，只要消除上述任何一个条件即可杜绝死锁的发生。

最后，微课程还给出了课后思考题，使得学生在学习之余再次梳理、并深入思考死锁的起因和解决方案。

3结束语

本文拟针对基于网络教学的案例教学的具体实例“死锁”展开探讨研究。远程教育不同于常规的面授教育，该种教育具有任何时间、任何地点随时随地参与学习的优点，但却也面临着无法如面授课程一样随时提问答疑解惑的弊端限制，通过循序渐进、重点贴切的案例教学，设计研发了这种面授+远程教育的学习模式，有效提升了学生的学习兴趣，降低了学生对知识点的接纳难度，最终取得了理想的教学效果，从而达到了多平台环境下远程终身教育课件建设的预期目的。

参考文献：

[1] 孟庆昌. 操作系统[M]. 北京：中央广播电视大学出版社，2008.

[2] （美）斯托林斯. 操作系统：精髓与设计原理[M]. 北京：机械工业出版社，2010.

[3] 张尧学，宋虹，张高. 计算机操作系统教程[M]. 4版. 北京：清华大学出版社，2013.

[4] TANENBAUM A S. 操作系统设计与实现[M]. 北京：电子工业出版社，2015.

[5] 王红. 操作系统原理及应用学习指导、习题解析与实训[M]. 北京：水利水电出版社，2009.

[6] 陆松年，訾小超，潘理，等. 操作系统习题与应用解析[M]. 北京：清华大学出版社，2012.endprint