“任務(wù)主題”和“引，探，結(jié)，驗四步教學(xué)”雙輪驅(qū)動教學(xué)法在操作系統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：操作系統(tǒng)是計算機專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容抽象，算法復(fù)雜，學(xué)生難于理解。本文提出將主題任務(wù)與引，探，結(jié)，驗四步教學(xué)相結(jié)合的新型教學(xué)方法應(yīng)用到操作系統(tǒng)的教學(xué)過程中，同時詳細討論了教學(xué)過程中的各個環(huán)節(jié)。最后在課程教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)任務(wù)主題教學(xué)法

0.任務(wù)主題探究模式

任務(wù)主題探究模式教學(xué)以學(xué)生為中心，以任務(wù)主題為驅(qū)動的教學(xué)方式，屬于探究式教學(xué)的一種，其教學(xué)過程是：教師的教學(xué)與學(xué)生的學(xué)習(xí)圍繞著一個主題目標，基于幾項任務(wù)，在強烈的問題動機驅(qū)動下。通過對學(xué)生資源的積極主動運用，進行自主探索和互動協(xié)作的學(xué)習(xí)實踐活動，適合于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和相對獨立分析問題，解決問題能力[1]。

1.引，探，結(jié)，驗四步教學(xué)法

學(xué)生在完成“主題任務(wù)”的過程中，我們以“引，探，結(jié)，驗”四步教學(xué)法予以具體的展開和技術(shù)支持。引，探，結(jié)，驗意為引導(dǎo)，探索，總結(jié)，驗證拓展。“引”為積極引導(dǎo)，激發(fā)興趣。“探”為探索新知，理論學(xué)習(xí)。“結(jié)”為總結(jié)思考，深化練習(xí)。“驗”為拓展實驗，發(fā)展能力。

2.雙輪驅(qū)動教改方法在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中的實踐

2.1 操作系統(tǒng)領(lǐng)域的任務(wù)主題的確定

教師從操作系統(tǒng)的功能，前沿發(fā)展，實用技術(shù)等方面提煉出多個任務(wù)主題，包括“生產(chǎn)者-消費者問題”，“讀者-寫者問題”，“銀行家算法問題”，“進程調(diào)度算法問題”，“分頁存儲管理問題”，“模擬文件管理器”，“磁盤調(diào)度”，“進程管理器設(shè)計”，“操作系統(tǒng)接口問題”等多個任務(wù)主題[2]。這些任務(wù)主題包含基礎(chǔ)理論分析，算法研究，模擬仿真以及應(yīng)用研究。對每個任務(wù)主題，教師提供每個任務(wù)主題的引言，參考資料和搜索關(guān)鍵字等。主題任務(wù)確定后利用“引，探，結(jié)，驗”四步教學(xué)法予以具體的展開和技術(shù)支持，引導(dǎo)學(xué)生解決問題。

2.2 積極引導(dǎo)、激發(fā)興趣

“興趣是最好的老師”。這句話說明了有了興趣，學(xué)生會積極主動去尋思、研究這個問題。因此，首先要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如針對操作系統(tǒng)“分頁存儲管理任務(wù)主題”，在講分頁存儲管理思想前先通過DOS等采用分區(qū)管理的操作系統(tǒng)的實例提出分區(qū)管理的局限性，然后引導(dǎo)學(xué)生思考如果遇到程序太大，以至于內(nèi)存容納不下的情形，該怎么處理。這時可以提出“覆蓋”，“交換”，“虛擬存儲”等幾個技術(shù)角度供學(xué)生思索。通過引導(dǎo)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們迫切想了解后面講述的內(nèi)容。教師要注意選取學(xué)生熟悉的素材和事例，如果晦澀難懂，只會適得其反。

2.3 探索新知，理論學(xué)習(xí)

激發(fā)興趣之后，教師即可提出課程的主要理論內(nèi)容分頁存儲管理技術(shù)。從靜態(tài)分頁存儲管理的實現(xiàn)思想給出分頁管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括邏輯地址結(jié)構(gòu)，利用制作的課件動畫分析邏輯地址與物理地址的變換過程，然后提出如何加快存儲訪問速度的問題，引導(dǎo)學(xué)生利用“快表”的方法實現(xiàn)。接下來，教師通過總結(jié)靜態(tài)分頁存儲管理的優(yōu)缺點提出動態(tài)分頁存儲管理的方法。結(jié)合動態(tài)分頁存儲管理的思想，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)調(diào)頁的策略以及頁面置換的策略。根據(jù)具體的頁面置換算法利用多媒體課件模擬頁面置換的過程。最后得到動態(tài)分頁存儲管理的特點。

2.4 總結(jié)思考、深化練習(xí)

一旦學(xué)生掌握了分頁存儲管理的思想和算法，教師應(yīng)該總結(jié)本任務(wù)主題中的相關(guān)的術(shù)語，然后提出相應(yīng)的問題，讓他們思考練習(xí)，在請求分頁存儲管理方式中，若采用FIFO頁面淘汰算法會產(chǎn)生一種奇怪的現(xiàn)象：分配給作業(yè)的頁面越多，進程執(zhí)行時的缺頁率反而越高[3]。舉例說明這種belady現(xiàn)象？以及動態(tài)分頁存儲管理中頻繁的換進換出的“顛簸”現(xiàn)象的討論？教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行深層次的思考，并通過練習(xí)來加強一些問題的理解和認識。

2.5 拓展實驗、發(fā)展能力

操作系統(tǒng)課程是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課和主干課。本課程不僅要使學(xué)生掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、設(shè)計方法和實現(xiàn)技術(shù)，還要培養(yǎng)學(xué)生具有初步分析和模擬設(shè)計相關(guān)操作系統(tǒng)功能的能力，為其今后在相關(guān)領(lǐng)域開展工作打下堅實的基礎(chǔ)。

在學(xué)生機房利用虛擬機開展針對LINUX的驗證性實驗，使得學(xué)生熟悉操作系統(tǒng)的基本功能和應(yīng)用。對設(shè)計型實驗而言，針對我們的每個任務(wù)主題提出一個課程設(shè)計項目，引導(dǎo)學(xué)生利用前面學(xué)習(xí)的理論知識和編程技術(shù)來模擬實現(xiàn)和驗證理論[4]。驗證型實驗相對簡單，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生通過自己的努力順利完成，大大提高了自信心；而對優(yōu)秀的學(xué)生來說，具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計型實驗可以幫助他們提高自己的能力。通過這種方式，學(xué)習(xí)一改以往只注重理論學(xué)習(xí)，而不會寫程序的狀態(tài)，編程能力大幅提高，對理論知識的理解也更為透徹。

3.教學(xué)效果評價

基于“任務(wù)主題”和“引，探，結(jié)，驗四步教學(xué)”雙輪驅(qū)動教學(xué)方法內(nèi)容，是根據(jù)作者實際教學(xué)過程中學(xué)生存在的問題提出的，并在最近這個學(xué)期的操作系統(tǒng)課程的教學(xué)實踐中逐步開展運用，通過實驗成績和學(xué)生的信息反饋，取得了比較令人滿意的教學(xué)效果。

4.結(jié)論，挑戰(zhàn)及改進措施

任務(wù)主題驅(qū)動教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力，進一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和協(xié)作能力。

而將“引，探，結(jié)，驗”四步教學(xué)法應(yīng)用在操作系統(tǒng)課程中，符合學(xué)生的認知規(guī)律，充分發(fā)揮了學(xué)生的認知主體作用，引導(dǎo)學(xué)生主動探究，促進學(xué)生形成探究性的學(xué)習(xí)方式。通過這個學(xué)期的教學(xué)改革實踐，已經(jīng)取得了明顯的教學(xué)效果。我們下一步的工作是對操作系統(tǒng)的新技術(shù)的一些發(fā)展設(shè)計一些創(chuàng)新性實驗，加強知識內(nèi)容的更新，充實課程網(wǎng)站的內(nèi)容，并爭取建設(shè)課程交流平臺，加強師生溝通的渠道。

參考文獻：

[1] 張立，石巖，張洪萍. 建構(gòu)主義教學(xué)理念下的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”重點課程建設(shè)[J]. 計算機教育，2011，（6）：69-72.

[2] 鄒恒明. 計算機的心智：操作系統(tǒng)之哲學(xué)原理[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[3] 顏彬，李登實. 計算機操作系統(tǒng)[M]. 清華大學(xué)出版社，2007.

[4] 孟慶昌. Linux教程[M]. 2版. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.

基金項目：湖北省教育廳省高校青年教師深入企業(yè)行動項目（XD2014098）