“挖坑”方法在《操作系統》教學中的應用

潘麗麗

摘 要：操作系統課程作為計算機類的專業基礎課，理論性強，知識點抽象，不易理解。在教育教學改革的活動中，教學方法同樣需要改革，“挖坑”的方法突破了以往教師講，學生聽的傳統模式，將課堂歸還給學生，采用創新的理念加強學生學習的主動性。

關鍵詞：教學改革;操作系統;“挖坑”方法

操作系統課程是計算機專業的專業基礎課，在專業課程體系中占有非常重要的地位，在軟件開發，網絡維護及硬件驅動等各學科中，操作系統原理都為其提供了技術支持。然而，作為一門原理性的課程，它抽象、晦澀、不容易理解，學生在學習的過程中往往感到難度很大，能將其理論知識在具體實踐中進行應用的學生更是少之用少。

近年來，隨著教學改革的不斷深化，教學手段不斷更新，教學方法也不斷改進，以“學生為主體”，“將課堂歸還給學生”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方法中闡述用給學生“挖坑”的方法，使抽象的理論知識更易于學生接受和掌握。

一、什么是“挖坑”理論

（一）“挖坑”的概念

這里所提到的“挖坑”理論有別于經濟學研究中的“挖坑”。在操作系統教學的過程中，如經典的PV原語、進程調度等內容對學生而言，這些知識很抽象，不容易理解和掌握。在筆者所在的獨立院校中，大部分學生對教師在課堂中給出的答案即作為結論進行記憶，很少有學生會提出異議或者有更優于現實的算法和想法，學生的學習更多的是處于被動狀態。因此，在課堂中開始轉變教學方法迫在眉睫。“挖坑”方法就是通過循序漸進的利用知識點給學生設置“障礙”，即“挖坑”，讓學生掉進“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學生逐步建立起主動學習的興趣，再通過進一步引導，促進學生對抽象知識的理解和掌握。在課程設計的過程中，學生可以通過對知識的理解和貫通，建立起實踐的框架，為日后操作系統在各學科中的具體應用打下堅實的基礎。

（二）哪些情景適合“挖坑”

在講授一些抽象的理論時，學生往往采用死記硬背的方法來完成學習任務。事實上，這種方法對學生學習能力的培養毫無益處。教師使用“挖坑”的方法講授抽象的理論，能夠加深學生對知識點的印象，繼而達到融會貫通的目的。

二、“挖坑”方法在操作系統課程中的具體使用

（一）在進程調度中的使用

在教學的過程中發現學生對進程調度中的時間片輪轉法的理解不清晰，而時間片輪轉法又是分時操作系統中重要的調度算法，是其后的多級反饋隊列調度算法的基礎。在講授該算法時，首先明確進程在就緒隊列中是按照FCFS的算法進行調度，分配CPU。但隨著進程調度的開始，會有不同的進程在不同的時刻到達系統，這樣在就緒隊列中等待調度的進程的類型就分為：上一個時間片沒完成任務的進程，原來就存在于就緒隊列中的進程，第三種就是在該時刻剛到達系統的進程。這三類進程在某一時刻，將同時存在就緒隊列中，他們應該是怎樣的排隊方式，決定了系統會將時間片分給哪個進程，繼而會對進程的周轉時間產生影響。教師先將這樣的矛盾拋給學生，讓他們以小組的方式進行討論：在該算法中，有一種進程的位置是明確的，即在上一個時間片中未完成任務的進程一定是排在就緒隊列的末尾。那么，另外兩類進程它們的位置應該如何確定呢？事實上，正如所了解的一樣，算法沒有對錯，只有哪種算法更利于資源的利用。在學生小組討論結束后，教師充分聽取每組代表所闡述的結論，再開始講解第一種算法，即就緒隊列順序為：某時刻剛到達系統的進程，就緒隊列中原有的進程，和上一時間片沒完成任務的進程。這樣，“利用”大多數學生對教師的充分信任，就已經把“坑”給學生挖好了，大多數學生會認為這就是標準的，唯一的算法。然后教師再引導學生從進程的狀態考慮，如果采用這樣的策略，是否對所有的進程都相對公平公正？因為會不斷有新進程到達系統，這樣，可能導致就緒隊列中的原有進程會長時間得不到調度，不能處于執行狀態，會造成進程的饑餓，進而導致進程會被掛起。因此，第一種算法在資源分配的均衡性上尚需完善，從而引導學生自己動手判斷哪種算法更優。在教學過程中發現，剛接觸操作系統的學生往往不能夠將輪轉調度算法和進程的狀態轉換兩個知識點相關聯，而通過這種方式“挖坑”，既增強學生對算法的理解和掌握，也把進程狀態轉換的知識進行了鞏固和應用。由此可見，這種“挖坑”的方式還有利于學生在學習的過程中，將核心知識點與基本知識點相融合。

（二）在PV原語中的簡單應用

PV原語是操作系統中的另外一個難點，在課堂教學中容易出現“課堂上能聽懂，課下做題全忘光”的現象。為加深學生的印象，可以充分使用“挖坑”方法，如在記錄型信號量的講解中，可以使用網絡中共享打印機的案例，每次申請資源都會產生-1的操作，讓學生自行進行減法操作，當資源減到0，直至減到負數的情況，發生了哪些事情，這些事情對進程會產生怎樣的影響，進程將會何去何從，逐步引導學生理解信號量的申請和釋放操作，為后面進程同步知識的學習做好鋪墊。

“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，教師應該能夠將抽象的知識形象化，在使用“挖坑”的方法夯實基礎知識的同時培養學生想象力和逆向思維的能力，將創新的理念也融于理論課的教學之中。

參考文獻：

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