基于設計型學習的操作系統課程改革探析

米愛中

（河南理工大學計算機科學與技術學院 焦作市 454150）

設計型學習是近年來教育界新興的教育理念，他是一種在項目中學習知識并用于設計的學習方式，美國教授Doreen Nelson提出了設計型學習的概念，并應用于K-12課程，取得了成功。隨后各國開始了設計型學習的研究和應用，國內學者鄭煒冬將設計型學習應用于高校程序設計課程，提出一種循環的設計型學習模型：項目設計產生學習動機，學生因此獲取所需知識，然后通過實驗分析歸納出一定的結論并產生新的思路，最后用這些思路去設計新的項目。王佑鎂等認為設計型學習是一種基于項目研究的方法，同時也是一種基于項目的學習方法，學生可以通過項目完成學習任務。他還認為設計型學習是一種依賴高度研究的基于項目和基于標準的學習方法。它為學生學習應用技術提供一種更快的方式。

該學習方法的主體是學生，激發學生的學習興趣和引導學生主動學習是設計型學習的目的，設計型學習重點不是關注學生的考試成績，而是學生的創造力和解決陌生問題的思考方法，這也是中國學生最缺乏的思維方式。因此對于操作系統課程改革，使用設計型學習的方式是十分必要的。

一、設計型學習的內涵

設計學習的主要目的是培養學生的團隊協作能力，自主創新能力。該方法第一步是啟發學生的學習興趣，這是設計型學習關鍵的一步，決定后續步驟實現與否，該步驟一般采用項目學習的方式。而采用什么類型的項目并無具體說明，本文認為應該采用簡單有趣，易學易會的原則作為選擇項目的基本原則。只有學生看到項目后就有一種了解的沖動，才能帶動學生學習其中的知識。然后就是在項目中學習知識，學生對于項目的興趣會引導自己了解如何完成這個項目，大學課程中如果開設手把手開發掃雷游戲這種選修課，選修的人一定很多。項目要分解成一個個具體功能，從最簡單開始學習，一步步實現整個項目，這對想學習編程和操作系統的學生是很有幫助的。設計型學習最終的目的就是設計，也就是將所學知識應用，開發一個新的項目或者改良現有的項目。

綜上可以看出，（1）設計型學習是一種基于項目的學習，沒有項目引導，難以完成學習要求。（2）設計型學習最關鍵的一步是啟發學生的學習興趣。（3）設計型學習的目的是設計，創造性的將所學知識應用在項目中。

二、設計型學習與操作系統課程

操作系統是計算機的關鍵組成部分，負責管理與配置內存，決定系統資源供需的優先次序，控制輸入與輸出設備，管理文件系統等基本任務。高校開設操作系統這門課程，主要目的是讓學生了解計算機系統的原理和基本功能幫助學生以后能夠開發出優秀的軟件。操作系統一直比較難學的計算機課程，教學效果也一直不是很理想。設計型學習是十分適用于這種應用型課程的，可以通過一個個項目來促發學生的學習興趣，讓他們了解了這門課程的魅力，自然可以提高學習效果。一般操作系統教科書中，都介紹了系統的主要功能，全面而不細致，學生學習完之后也弄不清楚操作系統的原理，因此這種粗陋的教學方式必須要摒棄，采用新式的設計型學習方法，從一個小項目著手，搞明白一個功能，其他的知識自然而然就解決了。

三、操作系統課程教學中的問題

呆板的教學方式，書本學習一直是計算機相關課程的主要教學方式，這種方式弊端很大，計算機課程是動手實踐的課程，理論都反應在代碼上，雖然上課學習的很明白，操作起來并不像想象中那么簡單，學習編程語言通過課本學習也可以起到入門的作用，但是操作系統不同于其他計算機課程，理論很抽象，微軟操作系統的內核代碼是封閉的，這使得我們學習操作系統更加困難，如果學校采用單一的書本講授方式會讓這個課程更加的晦澀難懂，學生學習完這個課程也不會懂得操作系統的原理。

缺乏深厚的基礎基礎，高校計算機課程本身實踐性不強，例如匯編語言，C語言，JAVA語言等只開設一個學期的課程，學生學習完之后過段時間就會忘掉許多知識，而操作系統卻需要不少知識作為鋪墊，例如匯編語言，數據結構等，知識沒有形成一個整體，增加了學生的學習難度，很多學生學習這門課程時基本不懂老師在講什么。

實踐環節薄弱，這是計算機相關課程的通病，高校雖然都會開設一定課時的實踐，安排方式卻不恰當，往往是課本學習之后才開始實踐，實踐中基本的循環語句好多學生都記不起來，操作系統的理論難度要大于一般性課程，實踐課更是想不起所學知識，即使翻書也解決不了實踐中碰到的問題。

操作系統教材難以理解，由于核心代碼沒有開源，專業計算機人才也不知道系統內核的情況，加之教材偏向于理論，增加了知識的抽象性，學習難度驟然增大。

四、基于設計型學習的操作系統課程改革探析

第一，選擇合適的輔助教材，教材作為一種學習資料是不可或缺的，設計型學習的開端主要是啟發學習興趣，輔助教材的作用就是多個項目的注解和知識簡介。學習操作系統可以先從文件管理的開發項目開始，分解成一個個子項目，從GDI繪圖，集合類等大的方向和一些API函數這些小的內容，慢慢學習實現一個操作系統的分支功能，學生看到一個建議的文件管理工具，會感到很有趣，引導他們從繪圖開始，慢慢實現所有的功能。

第二，貫通始終的理論學習，在設計型學習中，一切學習都是圍繞項目的，根據項目學習需要的理論，這也是自學的主要方法，往往一個項目中所需要的方法和理論是多樣的，文件管理需要數據結構，C語言等理論的綜合應用，實現一個功能需要學習很多不同種類的知識，教師可以根據學生的反饋信息，具體的詳解部分知識，以問題為導向的聽課效果比平時高很多。在項目中學習知識，在學習中產生疑問，這就是理論知識學習的良性循環。

第三，基于設計型學習的操作系統課程教學模型，第一步是設計一個個單一知識點的子項目，這些子項目都是一個項目的組成部分，方便后續的綜合開發。教師要演示子項目的開發過程，學生可以按照老師去做，這種形象化教學可以讓學生更容易接受抽象的原理，教師可以布置一些相關子項目檢驗學習效果，可以計入平時成績。第二步建立一個成績評價體系，完全按照綜合項目的完成率作為評價標準，每次課程都是一個子項目的開發，很容易得到學生的學習結果，力求每個學生都能學會。第三步是團隊開發，團隊協作能力也是設計型學習的目的。一個學習小組可以自由的選擇項目進行開發，開發完成率也可以計入學習成績。第四步是成果展示，進一步鼓勵學生的創造能力，把已經成型的產品推廣使用，有的甚至可以申請校方投資創業，這些都是由前例的。

作為一種新興的教育方式，設計型學習方法尤其適合中國的高校課程改革，它以團隊協作，創新能力和自主學習能力為培養目標，這正是我們當代學生所缺乏的，而操作系統課程是一門應用型課程，可以運用設計型學習方法，引導學生學習。文中概述了設計型學習方法，分析了高校操作系統課程的弊端，并提出一些整體改善建議和一個課程教學模型。

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