基于任務驅動的“操作系統”教學方法研究

武　偉　魏　曉

摘要:“操作系統”是計算機科學與技術專業和軟件工程專業的主干課程之一。由于課程的理論性強,概念抽象,難于理解,造成了學生學習的困難。本文在“任務驅動”教學法的理論指導下,設計了適合“操作系統”課程教學的任務,并在教學中加以應用。通過幾年的實踐,形成了“操作系統”課程建設和課堂教學的一些新思路和新觀點,并得到了同行和學生的認可。

關鍵詞:操作系統;任務驅動;教學改革

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

操作系統是計算機系統最核心、最基礎的系統軟件。操作系統的原理及實現方法是從事計算機專業的人員必須掌握的基本知識。在CC2004中,“操作系統”是計算機科學與技術專業 和軟件工程專業的主干課程。因此,教授好“操作系統”課程,是計算機科學與技術專業和軟件工程專業必須做到的基本要求。同時,“操作系統”又是一門理論性較強的課程,一些應用型本科院校的學生對該門課程的重要性認識不足,因此,如何把操作系統理論與實踐相結合,設計出一種能夠引起學生興趣的教學方法,是擺在“操作系統”教學人員面前的一個課題。

隨著計算機軟件技術和硬件設備的不斷發展,計算機操作系統的發展已經今非昔比。隨著操作系統的發展,課程內容也在不斷更新充實,在教學中,如何把握課程的發展方向,課程重點是什么,學生應該理解和掌握的內容是什么,如何把所學理論知識應用到實踐中去,都是課程建設中應該思考的問題。

2 “操作系統”課程特點

根據筆者的教學經驗,認為“操作系統”課程在教學過程中有以下特點:

(1) 專業知識涉及面廣,知識結構分散

“操作系統”課程所需要的基礎知識面較廣,必須具備“高級語言程序設計”、“數據結構”、“計算機組成原理”、“計算機體系結構”等多門課程的計算機專業知識。學生在知識結構不完備,缺乏系統性訓練的情況下,要學好操作系統是不容易的,一些學生只求考試獲得通過。因此,只能采取死記硬背的學習方式,學習效果較差,教學質量無法得到保障。

“操作系統”課程涉及到處理器管理、存儲器管理、I/O設備管理、文件管理和用戶接口等五個專題,每個專題的知識結構相對獨立,專題與專題之間的聯系不太密切。這造成了教師在授課中難以把握重點,學生學習沒有條理性等問題。

(2) 實踐環節薄弱,理論難以聯系實際

研究型大學的實踐環節,可以以剖析操作系統的內核,編制部分操作系統模塊為目標;但在應用型本科院校,學生如果以上述目標作為實驗環節是有困難的。學生的基礎知識不夠扎實,研究能力不夠強,這些都導致了“操作系統”課程的實踐環節相對薄弱。一些學生學習完操作系統后,死記硬背了一堆理論知識,卻不知道這些知識將怎樣應用。學完課程不久,所背理論知識也就遺忘殆盡。

(3) 理論性強,概念抽象,不易理解

“操作系統”課程主要講授操作系統原理,算法設計及實現方法。課程理論性強,概念抽象,既有系統結構設計策略,又有核心模塊的設計思想,內容龐雜,涉及面廣,對于這樣的課程,學生的學習積極性不高。

3任務驅動教學模式研究

3.1理論依據

任務驅動教學法是一種建立在建構主義基礎上的教學方法。它強調教學活動應該通過設計一項重大任務或問題以支撐學習者積極的學習活動,幫助學習者成為學習活動的主體。設計真實的、具有挑戰性的、開放的任務環境和問題環境,誘發、驅動并支撐學習者探索,提供機會并支撐學習者同時對教學內容和教學過程進行反思與調控。

所謂“任務驅動”是學習者通過完成教師布置的任務,將自己所學的知識與技能能夠真正內化。其中任務蘊含了學習者應該掌握的知識與技能,也蘊含了學習者需要的能力訓練要求。而且學習者完成任務的過程應該是一個不斷提出問題、解決問題的過程。學習者的學習過程必須與任務的主題相結合。

3.2教學實踐

由于“操作系統”課程在計算機領域有舉足輕重的作用,學生能否學好該課程,對其未來發展有重大影響。因此,采用新的,能夠引起學生對操作系統興趣的教學方法,是我們在課程建設中要重點解決的問題。

我們希望,通過本門課程的學習,學生不但能夠掌握操作系統的基本理論、設計思路及實現方法,還要培養自主學習的能力和終身學習的思想,為其今后的發展打下良好的基礎。

基于上述想法,我們在“操作系統”課程的課堂教學中推行“任務驅動”教學法。通過與推行改革之前的教學方法比較,采用“任務驅動”教學法后,學生對理論知識的掌握明顯優于以前,自主學習能力逐漸培養起來,更加具有研究開拓,不斷進取的思想和能力。

4任務驅動教學法的應用

任務驅動教學法實施一般可分為任務設計、分析探索和效果評價等3個階段。

4.1任務設計階段

在“任務驅動”教學法中,任務的提出是前提條件,是整個教學環節的核心。任務設計的好壞,直接決定著教學效果的成敗。因此,任務設計是“任務驅動”教學法的第一步,也是整個教學環節的關鍵。

教師要站在稍超前于學生智能發展水平的高度上,提出有利于學生掌握技能、獲取知識的有意義的任務,設計的任務應能激發學生的學習興趣。教師在實踐教學中若能創造一種真實的問題情境,無疑能提高學生的求知欲。

任務的設計要有明確的目標,只有任務明確、編排合理方能達到預期的效果,教師要在學習總體目標的框架下,根據學生認知規律把知識點分成一個個相對容易完成的小任務。這些任務與任務之間不是孤立的,而是互相聯系、相輔相成的,通過小任務由簡單到復雜,循序漸進地完成。任務設計應注意學生的個體差異,分別提出恰當的基本目標、發展目標。基本目標通過努力人人都應達到,而發展目標則可以鼓勵學有余力的同學繼續追求,從而培養學生積極探索、勇于開拓的精神。

根據學生的認知水平及課堂教學的不同階段,任務的形式一般有三種:

(1) 第一種形式:任務要求非常明確,有統一的模式,學生根據教師布置的任務,只需完成一兩個知識點的任務即可。如在存儲管理中給學生講授了固定分區的思想之后,要求學生設計出固定分區管理的數據結構。這種形式比較適合于教學的初級階段。

(2) 第二種形式:任務的一部分內容是教師明確要求的,另一部分允許學生自由發揮。如在講解了連續分區存儲管理之后,分析連續存儲管理方式的缺點,要求學生設計一種離散存儲管理方式,方法不限,給學生留有發揮的余地。這種形式比較適合于教學的第二階段。

(3) 第三種形式:教師只給出任務的原則性的要求,大部分內容由學生自由發揮。如給學生介紹在大型系統中,對讀盤的速度要求很高,要求學生對信息傳輸所花時間進行分析,找出主要矛盾,并設計一種或幾種調度算法優化讀盤速度。這種形式適用于學有余力的同學發展其積極探索、勇于開拓的精神。

4.2分析探索階段

分析任務是任務驅動法中必要的環節。教師對任務進行適當的分析,有利于學生在探究學習中少走彎路,減少盲目性。一般來說,任務給出后,教師不要急于講解,應該先讓學生討論、分析任務,搜集相關的資料,分析完成任務需要做哪些事情,存在哪些問題。如果完成任務的知識沒有學習過,即含在任務中的新知識點,這也是任務所要解決的問題。

教師對任務分析之后,就是學生自主探索的階段。這是學生學習知識技能的階段,在這一過程中,教師盡量不要直接告訴學生如何去解決面臨的問題,可以進行適當的啟發,給出合理建議,提供學生所需的資料,也可以參與其中討論。教師設計的任務可以由學生個人完成,也可以分小組完成。“任務驅動”教學法的任務是使學生成為學習主體。

4.3總結評價階段

由于學生認知水平及時間的限制,學生完成了任務并不等于完成了知識技能的建構。還必須對任務完成情況進行分析評價,對學生設計的方案進行總結反思,分析其完成任務過程中的得失。

評價的第一階段是教師參與學生的總結性討論,對存在問題進行分析,對不完善的地方做相應的修改,如有必要,可以在班級集體交流中進行討論,從而培養學生的科學精神。

評價的第二階段是教師對學生完成任務的方案及實施方法給予評價和總結。評價的內容包括:學生是否完成了對新知識的理解、掌握和熟練應用,以及學生自主學習的能力,同學間相互協作的能力和創造性,解決問題的能力如何等等。教師的評價應注意保護學生的自尊心和信心,充分肯定其優點,使學生體驗到成功者的快樂,以保持良好的學習勢頭。

評價活動主要是學生和學生之間以及學生與教師之間的交流,也是一個合作學習的機會。在這樣一個合作性的集體中,具有不同知識結構、不同思維方式、不同風格的學生,可以在交流過程中互相啟發、互相補充,在相互交流中產生新的認識。而教師也可從學生的一些創意作品中得到啟發,達到教學相長的效果。任務評價活動使教師和學生在某種程度上都得到了發展。

教師對學生的評價不僅是學生成果的靜態評價,還包括學習過程的動態評價。通過教師的點評幫助學生總結完成任務的過程和方法,促使學生反思自己的思路和行為,把所學的知識和技能消化。

5結束語

通過教學改革,“操作系統”課程已經由原來學生不愿意聽課,只求能夠過關的課程,變成了最愛上的課程之一。學生在課程的學習過程中,不但學到了操作系統的基本知識,而且學會了科學思考問題的方法,考試成績及能力培養雙豐收,經過幾年的實踐,“任務驅動”教學法在“操作系統”課程的教學中取得了明顯的成效,使“操作系統”這樣一門原來大家都認為難教的課程,成為最受學生歡迎的課程之一,受到了同行的肯定和學生的積極參與。

目前,我們正在研究如何深化教學改革,把改革成果推廣到專業教育的各個層面,為專業教學水平的提高做出我們應有的貢獻。

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