“操作系统”课件制作中基于PowerPoint的场景设计

摘要:本文以“操作系统”课件设计作为应用背景,将采用PowerPoint制作的课件中的每一页视为一个“帧”,将针对每一个内容制作的课件的帧集合视为一个场景,论述了基于PowerPoint工具制作“操作系统”课件过程中涉及的问题与课件、子问题与场景的对应关系以及场景、帧及帧间变换的设计方法,并给出了“操作系统”课件中的几个场景实例。

关键词:操作系统;课件;场景设计;帧间变换

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

计算机辅助教学技术经过十几年的发展已日臻成熟,目前采用计算机多媒体技术制作的课件已在很大程度上取代了传统的黑板加粉笔的教学手段,不仅被课堂教学、而且已被各种学术讲座和会议所广泛采用。

在课堂上,制作的课件若真正为教师和学生所认同和欢迎,则应该不仅将黑板上的文字和图形简单地移植到计算机屏幕上,更重要的,应该发挥计算机中文字、图形、图像、视频、音频的色彩和变幻的各种效果,变枯燥的板书为生动的影像,才能达到更理想的教学效果。

目前,制作课件或实现课件所需效果的工具很多,如Flash、Firework、Animator、PowerPoint等,此外,还可以通过工具或高级语言编程实现课件所要表现的各种效果。这其中,PowerPoint以其强大的多媒体功能和效果成为众多工具中的首选。

“操作系统”是计算机专业的一门重要的专业基础课,包括进程管理、调度管理、存储管理、文件管理、设备管理等多方面知识。作为计算机系统软、硬件的接口,操作系统与计算机硬件及系统软件和应用软件均有密切联系。因此,这门课程涉及的知识点多、知识面广,应用性强,而其中又涉及许多抽象的内容。

基于此,本文以“操作系统”课件设计作为应用背景,将采用PowerPoint制作的课件中的每一页视为一个“帧”,研究帧的构成及帧与帧之间的变化;同时,将针对每一个内容制作的课件的帧集合视为一个场景,介绍操作系统课件制作中基于PowerPoint的场景设计方法。

本文其余部分组织如下:第2节对课件、场景、帧、帧间变换等问题进行描述;第3节介绍基于PowerPoint的场景设计方法和过程;第4节给出操作系统课件制作中基于PowerPoint的场景设计的一些实例;第5节对全文进行总结。

2问题描述

“场景”即现场情景。在仿真系统中,场景设计即为现场情景的模拟。实际生活中,由于条件所限,许多场景无法真实再现,因此通过对场景的模拟、仿真来实现针对各种场景的操作和处理,如火灾、航天、复杂地形等。课件制作实际上也是针对所讲解的问题通过文字、图形、图像等进行现场模拟,尽管这种“现场”并非前面所述的现场那样具体,但如果将问题空间视为一个现场(如计算机系统、操作系统、数据库系统等),则所要解决的问题在这种现场中被具体化,在此意义下,课件制作被视为广义的仿真。因此,本文将采用PowerPoint制作的课件中的每一页视为一个“帧”,同一页上内容的变化视为不同的帧,将针对每一个内容制作的课件的帧集合视为一个场景。

基于上述直观的解释及PowerPoint提供的功能,采用BNF形式描述课件、场景、帧及其间关系如下:

课件∷=;

场景∷=|;

帧∷=|||;

帧间变换∷=|;

触发∷=||;

效果∷=|||;

进入∷=||| ||…;

强调∷=||||…;

退出∷=|||…;

动作路径∷=|||||…。

因此,课件是场景的集合,而场景又是帧的集合,同一场景中,通过帧间变换实现一帧向另一帧的切换,展现场景所表达的内容。这样,课件与场景和帧的关系表示还可如图1所示。

例如,在“操作系统”课件中,表现“操作系统定义”的场景中,帧采用“文字”,帧间转换采用“单击”触发和“进入”效果;表现“进程状态及转换”的场景中,帧采用“文字”及“图形”,帧间转换采用“单击”触发和“进入、退出”等效果;表现“地址变换”的场景中,帧采用“文字”及“图形”,帧间转换采用“单击、之前、之后”等触发和“出现、动作路径”等效果。

3场景设计及课件制作

如前所述,本文将针对每一个内容制作的课件的帧集合视为一个场景,课件是场景的集合,场景是帧的集合。因此,场景设计和课件制作包括问题分析、场景设计、帧及帧间变换设计。

3.1问题分析及场景设计

对所要讲解的问题进行分析,根据内容,将一个问题分解成若干子问题,每个子问题对应一个场景。基于此,问题与课件、子问题与场景形成了图2所示的对应关系。

例如,在“操作系统”课件设计中,将“进程管理”问题分解为“进程状态”、“进程状态转换”、“进程同步与互斥”、“进程间通信”等子问题,针对各子问题设计对应的场景,这些场景构成“进程管理”课件。

3.2帧及帧间变换设计

场景是由帧及帧间变换实现的,因此,在问题分析和分解的基础上,针对各子问题设计对应的场景,实际上是根据对各子问题的描述,设计实现这种描述的帧以及从一帧到其下一帧的触发机制和变换效果。实现帧及帧间变换的算法Algorithm Frame的描述如图3所示。

Algorithm Frame; //帧及帧间变换设计

Input: Problem-Text; //子问题描述

Output: Scenario; //讲解子问题的场景;

Method:

(1) 分析Problem-Text;

(2) Scenario={}; i=1;

(3) 设计i-Frame{Problem-Text, 文字,

图形, 图像, 视频};

(4) 设计i-Switch{单击,之前, 之后, 进入, 强调, 退出, 动作路径};

(5) Scenario={+i-Frame+i-Switch};

(6) 分析Problem-Text;

(7) If not 结束

(8)i++;

(9)转(3);

(10) Else Return Scenario;

图3算法Algorithm Frame的描述

算法中,Problem-Text是问题分析和分解后,对子问题的描述信息,亦可视为“稿本”;i-Frame是场景的第i帧,根据Problem-Text的内容并取材于{文字、图形、图像、视频}等帧元素;i-Switch是第i到第i+1帧的帧间变换方法,取材于{单击、之前、之后}等触发方法和{进入、强调、退出、动作路径}等效果。

4场景实例

这里给出操作系统课件制作中几个场景设计的实例。

场景1:生产者-消费者中的同步与互斥

这是进程管理中进程同步的经典问题,该场景描述生产者、消费者进程并发执行过程中的同步与互斥过程模拟。其中,第1帧的内容为描述生产者-消费者的信号量和P、V原语,1-Frame={文字},1-Switch={单击,出现};第11帧的内容为缓冲区已满、生产者进程继续生产时各变量及等待队列的模拟状态,11-Frame={文字, ,,},11-Switch={单击,之后,出现};第14帧内容为消费者进程执行过程中各变量及等待队列的模拟状态,14-Frame={文字, ,,},14-Switch ={单击,之后,出现,退出};第18帧的内容为生产者进程执行过程中各变量及等待队列的模拟状态,18-Frame={文字, ,,},18-Switch ={单击,之后,出现,退出}。图4给出了该场景的第1、11、14、18帧。

(a) 第1帧 (b) 第11帧

(c) 第14帧 (d) 第18帧

其中图像“ ”表示生产或消费的数据,“”表示缓冲区和等待队列,标注当前涉及的信号量。

场景2:段、页式管理中的地址变换

这是存储器管理的一个重要问题,该场景描述段页式管理地址变换过程中各阶段情况模拟。其中,第1帧的内容为起始状态,第2帧的内容为段地址变换过程中的数据流动及结果,第3帧的内容为页地址变换过程中的数据流动及结果,第4帧的内容为最终获得对应主存地址的状态模拟,1-Frame、2-Frame、3-Frame和4-Frame 均为{文字,•,―,J,},1-Switch、2-Switch、3-Switch和4-Switch 均为{单击,动作路径}。图5给出了该场景的第1、2、3、4帧。

其中,“•”表示移动的数据,“J”表示数据移动的方向,“”表示两个地址的“起始地址+偏移量”计算。

场景3:最高响应比调度策略

这是一种处理机调度算法,该场景为最高响应比调度算法举例。其中,第1帧为问题描述,第3帧为一个作业被调度执行后的时间轴和其余作业的响应比计算结果,第5帧为下一个作业被调度执行后的时间轴和其余作业的响应比计算结果;第9帧为最后一个作业被调度执行后的时间轴状态模拟,1-Frame={文字,表格},3-Frame、5-Frame和9-Frame 均为{文字,表格, },1-Switch、2-Switch、3-Switch和9-Switch 均为{单击,出现,退出}。图6给出该场景的第1、3、5、9帧。

其中,“表格”用于存储作业、到来时间、运行时间和结果信息;“ ”中给出某一时刻各作业的响应比。

场景4:磁盘空闲空间管理

这是文件管理的一个重要内容,该场景描述一个磁盘空闲块的分配与回收过程。其中,第1帧的内容为问题描

述和起始状态,第3帧的内容为分配了两块后空闲块的状态,第5帧的内容为回收了第711块后空闲块的状态,第9帧的内容为回收了第701块后空闲块的状态。1-Frame、3-Frame、5-Frame和9-Frame 均为{文字,K,,k },1-Switch、3-Switch、5-Switch和9-Switch 均为{单击,出现,退出}。图7给出了该场景的第1、3、5、9帧。

其中,“K”表示各块组之间的链接,“”表示磁盘块,“”和“k”组合表示多个磁盘块。

5结束语

课件制作是计算机辅助教学的重要环节,PowerPoint是制作课件的首选工具。本文论述了基于PowerPoint工具制作“操作系统”课件过程中涉及的问题与课件、子问题与场景的对应关系以及场景、帧及帧间变换的设计方法,

并给出了“操作系统”课件中的几个场景实例。该方法已应用于我们的“操作系统”课件设计中,应用该方法制作的课件已应用于我们“操作系统”的教学中,取得了理想的教学效果。

进一步的工作包括:

(1) 深入分析操作系统中各类问题,设计能够更加生动模拟问题的场景;

(2) 继续挖掘和掌握更多PowerPoint的功能,应用其制作更加有利于问题讲解的、生动、直观的课件。

参考文献:

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