多元立體化教學模式在操作系統教學中的應用

賀輝　陳海　孫瑋

【摘要】本文以培養應用創新型人才為目標，探索并實踐了傳統手段與新型媒介，實踐與理論及課堂內外相結合的多元立體化教學模式，并提出了“知識獲取與能力提升互長”的教學理念。

【關鍵詞】操作系統 多元立體化教學模式 過程考核 建構主義

【基金項目】2013年廣東省教育廳科研項目“高效高精柔性電路板光學自動檢測系統的研發”（項目編號：2013LYM_0102）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）01-0229-01

“操作系統”課程是計算機學科的核心專業基礎課程之一，但其知識覆蓋面廣且抽象，若在學習過程中沒能充分發揮學生的積極性和主動性，結果很容易使學生喪失對學習的興趣，教學質量與效果較低。更好地提高操作系統的教學質量，是從事操作系統課程教學的老師共同追求的目標。獨立學院的學生一般理論基礎較為薄弱，但思維活躍。針對他們講授《操作系統》這門課要側重“實用、夠用”，教學重點要放在基本概念的講解分析、算法的設計和開發上。

本文將主要談論我們依托多媒體等教學手段和網絡教學網絡搭建的多元立體化教學平臺，在操作系統教學中的一些探索和體會及教學效果。

一、理論課講授：在建構主義理論指導下，引導學生成為學習的主體，化被動接受知識為主動探索未知

（一）多以實例剖析抽象概念和理論

操作系統的功能即為用戶程序提供抽象和管理計算機資源，因此《操作系統》課程的抽象概念是需要重點講解和分析的，是含混不清的一般性敘述？還是通過解析某個特定實例？我們在實踐中發現后一種方式效果要好。

（二）注意理論聯系實踐，循循善誘

在課程講授過程中，盡可能的用身邊的客觀問題做實例，讓學生更好的理解相關的概念和算法。例如：在介紹頁面置換算法時，以新進商品（頁面）要放入到超市貨架（內存）為例說明當貨架滿時將哪件商品換出合適。FIFO算法忽略了商品自身的重要性，因此FIFO算法并不合理。然后引導學生綜合考慮進入超市的先后和重要性（即最近是否有顧客瀏覽或者購買該商品）的置換算法（第二次機會頁面置換算法）會比較合理。接下來又拋出第二次機會算法經常要在鏈表中移動頁面降低了效率的問題，引導學生思考更好的辦法，也就是把頁面保存在循環鏈表中，即時鐘頁面置換算法。如此，從生活的例子入手，一步一步引導學生思考，既可以加深對頁面置換算法的理解又可以增加課堂氣氛的活躍。無形中學生成為知識獲取的主體，可以進一步引導其提出其它教材中未提到的頁面置換算法，從而為后續的設計性和綜合性實踐奠定理論基礎。

（三）善用比喻類比和動畫

操作系統課程中有一些晦澀的理論和算法，直接講解很容易停留在抽象層面。此時采用恰當的比喻、類比或形象的動畫，學生會比較容易理解和消化。而對于一些操作系統進行資源分配和管理的算法的描述則可以借助Flash動畫直觀而形象，學生表示很受用。此外，吸引學生參與到相關Flash動畫制作工作當中，將激發起極大學習興趣和積極性。

（四）習題講解同步，并引入實際操作系統平臺案例分析

每講完一個關鍵知識點就輔助一定習題，鼓勵學生大膽思考，勇敢出錯。然后針對學生出的典型錯誤，結合知識點剖析，讓學生對抽象理論有深刻的理解并學會拿來解決實際問題。對于核心知識點，引入具體操作系統平臺案例深入分析，讓學生可以觸及進程管理、內存分配機制等內核，使學生對研究開發嵌入式系統、交互系統等有了清晰認知。

二、實踐教學改革：強調實踐出真知，同時強調團隊協作的力量，實現知識和能力互長

實踐教學是培養學生創新能力的“切入點”。實踐教學的廣泛性和立體性使其在培養學生創新能力過程中具有不可替代的作用。我們在楊柳等采取“重基礎、重實踐、重創新的多方位教學模式”啟發下，根據獨立學院的實際學情，提出了以實驗（包括基礎性實驗、設計性實驗、綜合性實驗）和項目實戰為核心的實踐教學模式，確保實踐內容的可操作性和連貫性、漸進性。

（一）驗證性實驗：以一個具體的操作系統（Linux）為例進行與課程知識點直接相關的實驗，如基于Linux命令的進程創建，讓學生將學到的知識馬上進行實踐操作，有利于知識的鞏固和洞察操作系統的具體行為，進而深入理解操作系統的精髓。

（二）設計性仿真實驗：與具體平臺無關，如銀行家算法模擬，重點在于通過實驗掌握核心算法，并為后續的綜合性實驗和項目實戰做準備。

（三）綜合性實驗：引入開源的Linux系統內核分析，布置對內核進行修改的綜合性實驗，旨在激發學生學習操作系統的興趣和主動性，又訓練學生分析問題、解決問題的綜合能力。

（四）項目實戰：最后在畢業設計環節，鼓勵學生在開源代碼基礎上設計和實現一個完整的小型操作系統，從而大大提升應用實踐能力。

此外，實驗中設計了若干思考題，讓學生觀察實驗結果總結相關理論，以進一步提高學生理論聯系實際的能力。并針對學生基礎和能力的參差不齊，提出了分層次教學，對實驗的要求分為最高目標和最低要求，規定所有學生必須都完成最低要求內容，而對達到最高目標的學生有加分獎勵。為實現新形式下應用創新型人才培養目標，協同合作能力培養不可或缺，在實踐教學上體現在：在上機過程中，由于學生太多，在鼓勵同學們優勢互補的基礎上分了組，從而可以優先對組長指導，然后由組長指導學生；同組同學相互探討解決在實踐設計過程中遇到的各種問題和程序錯誤。當問題較普遍的時候，當堂或者下一次課的講授中集中說明講解。課后學生上交實驗報告（設置提交期限，超過期限將扣分甚至不得分）。在實踐教學中依然遵從了學生為主體，老師引導和協助的建構主義理念。

三、評價方式改革：過程性評價為主的多元一體評價方式，激發學生更大的積極性和進取心，化知識獲取為能力提升

改變傳統以單一的試卷形式進行的總結性、知識性考核方式，探索以能力為導向的過程性評價機制，淡化期末考試。采用平時考核與期終考核相結合、知識評價與能力評價相結合的課程學習評價方式。采取任務驅動模式，引導和推動學生循序漸進地完成教師設計的課程內容，促使學生從被動的知識接受者轉變為主動的知識探索者，構建各自的知識樹，并使學生在學習過程中逐步訓練和養成良好的紀律性、溝通合作的技能、多元思維方式等綜合素質和能力。

我們采用概念闡釋到位的經典外文教材及譯本，講述過程中注重采用實例分析，避免含混不清的一般性敘述；完整的實驗講義和明確的實驗目標，將實踐教學落到實處，真正實現了理論與實踐的緊密結合；教學內容由淺及深、層進式教學內容設計更好的貼合了我們實際學情。我們課程團隊通過多種教學手段相互補充，集課堂、實驗、網絡教學于一體，初步形成了多維立體化教學模式：“課內教師教學 + 課外學生小組學習+創新項目實踐”，“常規教學 + 實驗教學 + 網絡教學”，“課上多媒體教學為主/板書為輔 + 啟發引導為主/講授為輔 + 現場習題和案例集中剖析”及 “課后作業練習 + 上機實踐+ 畢業設計項目演練”。這些探索和改革顯著改善了教學效果。

參考文獻：

[1]宋廣華，李善平，鄭扣根.邊學邊干：操作系統課程教學改革的探索與實踐[J]. 計算機教育，2006，07：27-29.

[2]程昌品，周如旗，牟來彥.基于知識樹的操作系統遷移教學法[J].計算機教育，2014，04：84-86.

作者簡介：

賀輝（1980.1-），女，漢族，博士，北京師范大學珠海分校副教授，研究方向：計算機應用技術。