基于元认知的操作系统实验教学方法探讨

郑 晓 菊

(韩山师范学院，广东 潮州 521041)

ZHENG Xiao－ju

(Hanshan Normal University，Chaozhou Guangdong521041)

基于元认知的操作系统实验教学方法探讨

郑 晓 菊

(韩山师范学院，广东 潮州 521041)

结合操作系统学科实验特点，探讨了元认知对学生学习的影响。在此基础上，提出了基于元认知的操作系统实验教学策略，以提高学生的操作系统课实验技能。

元认知;操作系统;实验教学

操作系统是计算机系统的核心软件，是其他软件运行的基础。操作系统课程具有概念抽象、原理性强、技术更新快等特点。其实验课是理论与实践相结合的平台，目的是使学生在动手实践中深入理解操作系统的实现过程，掌握相关技术。目前高校越来越重视实验教学，且随着网络操作系统的发展和嵌入式操作系统的广泛商业应用，学生对实践的渴望也越来越强烈。然而，操作系统实验教学中存在着实验内容滞后，实验方法单一，实验环境封闭等问题，不能满足学生学习新知识、新技术的需求，挫伤了学生探索的积极性。实验过程是一个复杂的心理过程，它受认知、元认知以及其他一些变量的影响，其中元认知能力起着重要的作用。为此，本文在教学实践的基础上，提出了基于元认知的操作系统实验教学法，并加以分析探讨。

一、目前实验教学中存在的问题

忽视学生主体地位。当前实验教学模式是在统一的时间内，先由实验指导教师讲解实验原理、实验内容、实验要求，然后学生进行实验，写出实验报告。在这种教学模式下学生只能简单地重复老师做过的实验内容，学生的主动性、积极性受到一定限制，学生独立思考、制定方案的机会少，创新能力和设计思想无法得到提高，使他们丧失了实验中的主体意识。

实验内容不合理。实验内容上存在的主要问题:①忽视对操作系统的使用与观察，以及系统安装、配置、管理与性能的调整的实践。由于课程安排的问题，以及通常认为操作系统课程是讲原理而非使用，导致这些方面实验成为薄弱环节。学生在对操作系统尚未有深入的感性认识，就开始来做实现系统的实验，脱离了学生现有的认知水平，使实验难度加大而不易完成;②算法模拟实验相对较多。过多安排借助背景操作系统模拟算法实现某些功能实验，容易沦为普通的数据结构大作业，学生对操作系统原理的理解有限;③综合实验没有循序渐进的层次。由于学生既缺乏对操作系统感性认识，又缺少自主分析源代码经验，不能深入理解操作系统实现的工作过程和实现思想，比如，还没有弄清操作系统中进程切换、进程通信等过程。在这样情况下来实现一个操作系统或对实际操作系统模块进程改造是非常困难的。

实验过程封闭。操作系统实验环境要求高，实验教学一直局限于实验室的封闭环境内。实验的主要方法是教师先讲解相关理论，然后学生动手操作，课后写实验报告。由于实验涉及的概念、原理抽象，学生在短时间内难以将理论和实践结合起来，不能将操作系统中有关的思想和方法运用于软件开发，实验教学效果不佳。

二、元认知对实验教学的启示

元认知的概念是由美国心理学家弗拉维尔提出。元认知是指人类对其自身认知活动的认知，其实质是认知主体对自身认知活动的自我意识、自我监控和自我调节。［1］元认知由三部分组成，即元认知知识、元认知体验和元认知监控。元认知监控是核心成分，是主体对自己正在进行的认知活动进行积极主动地监控和调节的过程。主要包括:计划、监测、评价、调节。［1］实验活动要求协调多方面的认知和元认知过程，选择和运用合适的策略并调整行为以适应不断变化的实验要求。在传统的实验中，师生往往更多关注实验结果，而忽略了实验过程中元认知监控的作用。元认知监控体现在学生积极主动地对实验内容、手段、策略、结果以及参与方式的评价、反馈、控制与调节。学生的个体差异是客观存在的，每个学生的知识水平、思维方法、风格特点以及实验基础都不相同，使得学生从预习、操作、观察、分析到得出正确的结论所经历的过程及需要的时间不同。但传统的实验教学忽略了个体元认知的差异，让全体学生按规定的内容、在限定的时间内完成，这会使提前完成任务的人不能继续进一步的认知活动，深入探索的积极性受到压制;另一些人可能未按时完成任务，不能达到基本的实验目标，失败的体验会使他们失去学习信心。

元认知作为一种高级思维技能，受到个体思维发展水平和知识经验的限制。实验教学设计不能脱离学生的现有发展水平，教学目标太高或太低都会挫伤学生学习的积极性。所以在操作系统实验中，关注学习过程的差异以适应学生个体认知水平的差异，最终实现实验教学目标。

三、基于元认知的实验教学法探讨

(一)强化主体意识，激发学习积极性

能否激发学生的自觉性、主动性是实验策略是否优化，以及实验活动能否取得预期效果的前提。通过设计问题情境，引导学生发挥主体作用，排除障碍，激发解决实验问题的欲望。在问题解决中，始终存在着自我反馈与调节，即通过元认知体验来调动积极性和探索性，并逐步强化学生解决实验问题的主体意识。具体有三种方式:①通过对元认知知识的运用，使学生主动回顾已有的概念、算法、技术，根据自己的能力水平，确定目标和任务，制定实验计划;②通过元认知体验的自我完善作用，调动起非智力因素，使其能积极超越障碍;③通过元认知监控，主动对自己所做实验各环节进行自我评价、自我控制、自我调节，使实践操作与思维活动成为一种有目的、有意识、可控制的组织活动，强化学生的主体意识，激发学习积极性。

(二)了解认知水平，设计分层实验内容

考虑到学生能力不同，教学设计先了解学生现有的认知水平，在此基础上确定经过一定努力能达到的水平。这样学生既感受到一定的压力，又有战胜困难的信心，最终实现元认知水平发展。为此，将实验内容设计为不同难易程度的五级［2］:使用级、观察级、源代码阅读级、算法模拟级和实现级。使用级是指学习如何使用操作系统，包括对命令、系统调用和系统文件的使用;观察级是指通过使用级接口，从外部观察操作系统内部工作过程和结构;源码阅读是指选择重点少量的系统源代码供学生阅读，从而了解具体技术的实现过程，这对原理的理解和实现级实验都很重要，例如进程切换前后的那几行代码;算法模拟级是指通过编写程序来实现某种操作系统的处理机制或算法，如用一个队列数据结构来模拟进程管理或进程调度等;实现级是指在一个虚拟或实际的操作系统环境中进行动手实践，对操作系统进行模块置换或改造，达到掌握操作系统设计策略和技术方法的目的。在实施过程中，强调以下两个方面:

第一，加强使用与观察、源代码阅读，发展元认知体验。没有扎实的理论基础，要想进一步深入研究就无从谈起。而操作系统基本原理和概念相对抽象，学生不易理解，必须通过大量基础性实践来体验、感悟。［3］使用与观察、源码重点阅读级实验，无论对操作系统原理的学习还是对实现级实验都是非常重要，应加强对这三级实验及相关知识的学习。由于涉及内容较多，且受时间限制，宜采用“布置作业，自学为主，重点指导，集中评价”的方式进行学习，使学生“做中学”，更好地体会、理解操作系统原理和实现方法。

第二，重视个性化培养，发展元认知策略。由于学生学习能力和兴趣的不同，对学生的要求也应分出层次，因此在基础性实验之上，重视实现级实验教学。教师为学生提供几个模块方向，要求学生通过查阅文献资料了解相关内容，形成自己对设计目标、设计任务的认识，并对设计方案进行论证，以获得更好的设计方法。考虑到个体元认知知识的差异，允许每个学生从自己的认知起点出发，根据自己的实际情况，选择不同的学习途径，达到学习目标。这种通过过程去调节个体差异的结果，会使每个学生都得到切实的收获，这正是操作系统实验教学追求的目标。

(三)多元化的实验方式，提高元认知监控能力

操作系统实验内容抽象，技术性强，为激发学习动机，促进学生的学习，采用多元化的实验方式。具体分为四级［3］:小作业由个人完成，并写出上机实验报告;大作业由个人或小组完成，并写出上机实验报告;讨论级，采取班级讨论或分组讨论形式;论文级，个人完成一篇论文。多元化实验与学生自我监控能力关系密切。为此，教师指导学生明确实验目标，使他们通过自身对于任务的理解，运用已有的理论知识与技能、相应的设计开发经验，对怎样取得最佳实验效果进行深入思考、优化，制定出合理的实验方案，并在实验过程中不断主动进行评价、反馈、控制和调节，以达到预定的实验目标。学生情感体验也是影响实验效果的重要因素，成功、喜悦的体验可以引导实验活动进一步深化，进而圆满地完成任务。实验后，组织学生集中评价，学生讲述自己的认知过程与结果，在交流中共享他人的认知过程，丰富了元认知体验和认知策略，提高自我监控水平。

结语

基于元认知的操作系统实验教学模式，有利于学生将理论与实践相结合，主动介入到对操作系统的理解当中。在“做中学”的实践中，更能激发学生积极性与自我监控能力，促进学生理解和掌握操作系统工作原理及思想方法，提高开发软件系统的能力和综合创造能力。

［1］汪玲，方平，郭德俊.元认知的性质、结构与评定方法［J］.心理学动态，1997，7(1).

［2］孟静.操作系统教程题解与实验指导［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［3］孟静.操作系统原理简明教程［M］.北京:高等教育出版社，2004.

Discussion on the Teaching Methods Based on Metacognition in Operating System Experiment

ZHENG Xiao－ju

(Hanshan Normal University，Chaozhou Guangdong521041)

Abstract:Based on the characteristics of operating systems experimental disciplines，this paper discussed the role of metacognition in operating systems experimental teaching，and put forward the teaching strategy based on metacognition in operating system experiment in order to improve the student＇experimental quality.

Key words:metacognition;operating systems;experimental teaching

(责任编辑:刘学伟)

TP316

B

1009－2080(2012)04－0073－03

2012－05－23

郑晓菊(1960－)，女，辽宁阜新人，韩山师范学院副教授。