教学设计理论在操作系统课程中的运用与探讨

摘要：针对计算机“操作系统”课程的特点，通过分析加涅的教学设计理论，本着激发学生学习兴趣，提高教学效果的原则，对课程进行了详细的教学设计。本文以“信号量机制”这堂课为例，具体阐述了教学设计的具体应用。

关键词：操作系统 教学设计 信号量机制

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0186-01

操作系统课程是计算机专业的核心课程，其理论性强，原理枯燥，乏味，学生不易理解，而且学生感觉学到的知识似乎“毫无用武之地”，因此学生对这门课的学习并不积极。如何提高学生对该课程的兴趣，成为当务之急。笔者非常重视这个问题，经过反复查阅资料，除了研究大量的操作系统方面的书籍外，还包括教育心理学，深深感受到在了解学生学习心理的情况下，教学更容易进行。于是笔者经过仔细揣摩，将教学设计的相关理论与具体教学实践相结合，果然可以得到不一样的效果。

1 教学设计的理论依据

加涅曾在《教学设计原理》（1988年）中界定为：“教学设计是一个系统化（system atic）规划教学系统的过程。”教学设计就是指教师为了提高教学效率和教学质量，使学生在单位时间内能够学到更多的知识，从而得到更好地发展，既而对教学活动进行的系统规划。依据有四方面。

（1）现代教育理论。

（2）教学的实际需要。

（3）学生的特点。

（4）教师的个性和风格。

教学设计有许多阶段，阶段有即时的，也有长期的[1]。可以是对一门课程，一个教学单元，一堂课的设计，也可以是设计一个完整的教学系统。本文主要探讨的是一堂课的教学设计。

2 “信号量机制”课程的设计

笔者针对以上四个依据对这堂课做了如下的分析。

（1）教学手段：传统教学和现代教育技术手段—— 多媒体教学相结合的方式

（2）教学目标。

①了解信号量的wait和signal操作如何实现；

②掌握整型信号量存在的不足，记录型信号量是如何解决整型信号量的不足；

③重点掌握用信号量如何实现互斥，为什么wait和signal必须成对出现，否则会产生什么样的后果。

（3）学生特点：学生对纯理论知识比较抵触，识记也比较困难，如能与生活实践相结合，更能激发学生学习的兴趣。

下面笔者以现代教育理论为指导，从教学目标出发，结合学生的特点，以“信号量机制”这一节课为例来探讨一下，教学设计在操作系统中的应用。

2.1 结构设计

一堂课的知识点如果是分散的，学生就难以掌握，而且容易遗忘，如果将其看做是一个紧密联系的整体的话，学生识记起来就比较容易，且知识也由“死”知识变成了“活”知识。因此在准备这节课的时候，首先应该纵观全局，考虑这节课的知识点之间的联系。这节课讲述了四种信号量，整型信号量在执行过程中，只要信号量S小于等于0，就会不断的进行测试。并没有释放CPU，使CPU处于忙等状态，所以，这种机制不遵循“让权等待”原则。为了提高CPU的利用率，使CPU摆脱忙等现象，因而引入记录型信号量。记录型信号量解决的是多个进程等待访问同一个临界资源的情况。但是有的进程需要先获得两种或多种资源以后才能执行任务，为此，引入AND型信号量。以上三种信号量都是一次申请一个资源，如果一次申请多个同种资源呢，针对这个情况，又引入信号量集机制。由上可看出四种信号量机制是一种递进关系，后一种机制往往应前一种机制的不足，应运而生。在讲解时，一定要注意内容的衔接过渡，使各部分的内容融为一个系统，连成网络，便于学生掌握。

2.2 细节设计

2.2.1 开头

高尔基说“文章的开头为定调”，好的开头是成功的一半，开好头的关键是巧妙地提出问题，钳住学生的思维，创造一种有疑待解的气氛。

根据学生学习的特点，在“信号量机制”这节课中，笔者采用的是以例引理的方法。通过剖析现实事件—美国和俄罗斯太空飞船相撞事件来引出信号量机制。相对比图片、讲述，笔者认为视频更能刺激学生学习。具体实施：首先，播放一段关于美国和俄罗斯卫星相撞的新闻视频。这一事件引起了全世界的广泛关注，很多专家称在太空建立交通法已迫在眉睫。提出疑问：“两个卫星为什么会相撞呢？”。很多学生都会迅速回答：“因为他们用一个轨道”。此时学生非常兴奋，趁热打铁，紧接着将此事件与本节内容相联系：美国和俄罗斯的卫星之所以相撞是因为他们争用轨道，在这个事件中，两个卫星就相当于进程，轨道相当于临界资源，卫星争用轨道会相撞，进程争用临界资源自然也会相撞，因此多个进程之间也需要有一个交通法来规范他们的运行，以避免相撞。信号量机制就是进程之间的交通规则。这样自然而然引入本节要介绍的内容—— 信号量机制，并且让学生立竿见影的明白信号量机制的用途。

2.2.2 过程设计

将实际应用和生活中人们熟悉的事物与枯燥、抽象的操作系统概念、基础理论进行类比，有助于学生直观、形象的理解操作系统的理论知识，激发学生的学习兴趣。使教学过程变得简单、明了。因此笔者在设计上选用了类比的方法。整型信号量机制到记录型机制的发展，笔者将之与银行办业务情况的发展进行类比。这两个信号量机制的发展特点是：整型信号量具有忙等待的缺点，而记录型信号量用阻塞唤醒的方式使处理器不再忙等待。这种情况非常像银行排队办业务情况的发展，以前只是单纯排队办业务，站在那里等待，等待过程中，不能做其他事情，只是一味的等。而现在则变成取号，取号之后如果前边有人在办理，就可以休息片刻，相当于阻塞，听到叫号之后再去办理，相当于唤醒。在等待期间，可以做其他事情。

2.2.3 结尾设计

一个好的结尾可以起到画龙点睛的作用，笔者在设计中，根据本节课所讲内容提出问题，引出了下一节课的内容。如：这节课大家学习了信号量机制，那么在操作系统中是如何使用信号量机制来实现进程之间的共享和同步的呢？这就是下节课所要介绍的内容—— 生产者-消费者问题。

3 结语

计算机操作系统课程是计算机专业的核心课程，讲好这门课是任课教师的重要任务。针对本课程的特点，如何激发学生的兴趣成了上课教师进行教学设计时必须考虑的重要问题之一。笔者在具体讲述操作系统课程的实践中，采用的就是上述方法，学生反映效果很好，实践证明，生活中的实例确实能够激起学生的学习兴趣，尤其是当下的焦点新闻。因此，灵活的运用教学设计理论，可以创设良好的教学情境，从而达到教学目的，取得良好的教学效果。

参考文献

[1] （美）R.M.加涅.教学设计原理[M].上海：华东师范大学出版社，1999，11：1-36.

[2] 汤子瀛，哲凤屏，汤小丹.计算机操作系统[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001，8：41-44.