思維導圖在《操作系統》課程中的應用

李鈞，童莉，汪婧，唐肝翌

（安徽工程大學計算機與信息學院，蕪湖 241000）

0 引言

《操作系統》是軟件工程專業的必修課程之一，該課程是研究計算機操作系統的基本概念，主要原理和核心算法的一門工程核心基礎課程，對培養本科生的系統能力起著至關重要的作用。課程主要從操作系統主要功能模塊、資源分配及調度算法及各主要功能模塊之間的聯系來介紹操作系統的基本概念和原理，其涉及的知識面廣、概念和原理較為抽象、知識點繁雜以及實踐環節較為薄弱。學生在學習過程中，很難在操作系統各個知識點之間建立聯系并構建完整和系統的知識體系，學習效率低，學習效果差。學生通過死記硬背來應付課程考試，知識掌握成碎片化，并缺乏邏輯，達不到理想的教學效果。在分析和解決軟件設計中面臨的問題時，學生無法正確運用操作系統課程的理論知識。由于上述原因，本文將思維導圖應用于操作系統課程的教學過程中，強化知識與知識之間，知識與實際應用之間的聯系，提高教學質量和效果。

1 思維導圖及其在大學課程中的應用

英國教育學家及心理學家托尼·博贊根據大腦發散的思維方式，首先提出了思維導圖（Mind Maps）這一有效的筆記記錄方法[1]。思維導圖利用色彩、圖像、符號、線條以及文字來表述概念和思想。思維導圖將核心概念放置在中心位置，由中心位置向四周發散出多個分支，每個分支是一個與核心概念相關聯的子概念或關鍵字，由此將枯燥抽象的概念變成了豐富多彩的圖。思維導圖的制作過程就是發散性思維具體化的過程，思維導圖不但可以幫助人們提高記憶和學習的效率，還能培養人們的發散思維和創新思維。

傳統的操作系統理論教學主要以教師為中心，在課堂上教師傾倒知識，而學生在教室里被動接受。同時由于操作系統課程內容較為抽象，以原理、概念及算法為主，學生在學習過程中覺得較為枯燥，往往缺乏興趣，學習主動性低，學習效果差。在操作系統課程教學中，將思維導圖與多媒體課件結合在一起使用，可以將抽象的知識點生動形象化，減輕學生的認知壓力，同時也幫助學生快速建立知識點與知識點之間的聯系。學生在學習過程中不再是枯燥的去記憶概念，而是將概念與圖形、顏色等建立起關聯。通過聽覺和視覺等多種感官刺激，學生在課堂上能夠保持較高的專注力，能跟緊教師的講課思路。

近年來，思維導圖在本科通識課程和計算機相關專業的專業課程中的應用越來越受到重視。如潭珊燕、張虹等將思維導圖引入到大學英語寫作教學中，提高學生的語言組織能力和創造力[2,3]。呂夢雷等利用思維導圖進行大學英語閱讀教學,將思維導圖與英語教學內容設計相結合,使英語知識結構化、系統化[4]。曹夢瑤等將思維導圖引入到英語詞匯教學，將思維導圖與詞匯記憶聯系在一起，改善了教學效果[5,6]。張瓊敏等將思維導圖應用于計算機基礎教學中，利用其整合知識點，提高教學質量[7]。高文超等在人工智能課程中應用思維導圖來提高學生的學習興趣和教學效率[8]。林瑩等在電路與信號分析課程的教學各環節引入了思維導圖，提升了學生的學習效果[9]。崔杰將思維導圖融入到C語言程序設計的課程教學環節，用于培養學生的分析和解決問題的能力[10]。

2 思維導圖在《操作系統》課程教學的應用實踐

2.1 將思維導圖應用于課前備課過程

課前備課主要分為制定授課教學計劃和教學設計這兩個部分。授課教學計劃反映了該門課程的整體規劃，依據課程的教學大綱和教學內容安排教學順序，教學學時和教學目標。教學設計是教師根據教學目標及學生學習現狀，制定教學策略與方式和教學目標，明確教學目標和教學重點及難點。操作系統課程的教學內容涵蓋計算機軟硬件，概念抽象，且涉及知識繁雜且相互交叉。將思維導圖應用于教師前期的備課過程中，有助于教師理清操作教學內容，明晰知識之間的聯系，授課重點內容及難點內容，更為科學的分配教學學時。

如圖1所示，通過思維導圖制作的授課計劃列出了每一章的教學內容、學習重點和學習難點，并用圖標形象標注了優先級或難易度，同時也將教學內容與課程目標及畢業要求聯系起來。與傳統授課計劃相比，新授課計劃更清晰描述了課程知識點之間的脈絡，幫助教師發現知識之間的關聯。

如圖2所示，在操作系統課程的有關虛擬存儲這個知識點的教學設計中，將教學過程分為五個階段：導入新課、教學內容講解、課堂練習、歸納總結和效果評價。比如，我們在教學開始引入課程階段，列出了“現代軟件運行時對內存的需求大”這個學生日常在實際使用計算機時經常遇到的現象，讓學生認識到內存資源的稀缺性。我們在引入階段又給學生介紹了“90-10”規則，即大量軟件在90%的運行時間內只使用了10%的代碼和數據。通過結合上述兩個實際經驗知識，我們引入了本次教學的虛擬存儲的基本設計思想。在教學內容講解階段，我們通過思維導圖詳細列出各個知識點以及教學時間規劃。我們在教學實踐中，通過思維導圖來進行教學設計。與傳統教學設計方法相比，基于思維導圖的教學設計教師更好地規劃各個教學環節的教學時間，課堂教學過程更為流暢，教學重點及難點更為清晰。

圖1 操作系統課程教學計劃思維導圖

圖2 基于思維導圖的虛擬存儲教學設計

2.2 將思維導圖應用于課堂教學

在教學實踐中，我們利用思維導圖來組織課堂教學，教師在教學中通過思維導圖以“圖”的形式給學生展示所學知識點。在教學中應用思維導圖與傳統的線性板書相比，課件更為生動，更能激發學生的學習興趣并有利于學生記憶相關知識點。如圖3所示，首先從計算機運行過程中會產生死鎖的現象來引入問題，在教學中例舉PV操作使用不當，資源分配不當及進程推進順序不當等例子來引導學生思考死鎖產生的根源和條件；然后分析問題的本質，指出產生死鎖的根本原因是在于資源有限性和進程的并發執行；接著講解知識點，介紹死鎖的定義和形成死鎖四個必要條件；最后解決問題，運用銀行家算法去預防死鎖，給學生講解銀行家算法的基本思想，數據結構和代碼實現。通過思維導圖，我們在教學中明確了主題，然后以死鎖為中心，并以分析和解決問題為導向進行教學，逐步添加教學內容，向學生清晰表達了所學內容的做總體結構，明晰了知識之間的聯系。

2.3 將思維導圖應用于課后復習

《操作系統》課程知識點繁雜，概念及主要算法抽象難懂，學生在課堂上用傳統方法記錄下來的筆記，難以幫助學生整理和記憶知識點，不能形成完整的知識體系，無法促進學生對知識的理解與記憶。我們在實際教學中引導學生使用思維導圖進行復習，例如圖4所示的進程調度算法的復習思維導圖。圖4所示的思維導圖形象總結了主要進程調度算法的基本原理和優缺點，學生即掌握了知識點內容，又將知識有機結合起來，形成一個脈絡清楚的知識體系。

圖3 “死鎖”教學思維導圖示例

3 結語

思維導圖在《操作系統》課程各個教學環節中的應用，有利于學學生建立完整準確的操作系統知識體系，幫助學生有效掌握操作系統各個知識點之間的聯系，更好的理解和掌握操作系統的基本原理和主要算法，提高了教學效率和質量，同時激發學生學習興趣，提高了學習效率，培養了學生主動學習的能力。

圖4 “進程調度算法”思維導圖