多元立体化教学模式在操作系统教学中的应用

贺辉　陈海　孙玮

【摘要】本文以培养应用创新型人才为目标，探索并实践了传统手段与新型媒介，实践与理论及课堂内外相结合的多元立体化教学模式，并提出了“知识获取与能力提升互长”的教学理念。

【关键词】操作系统 多元立体化教学模式 过程考核 建构主义

【基金项目】2013年广东省教育厅科研项目“高效高精柔性电路板光学自动检测系统的研发”（项目编号：2013LYM_0102）。

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）01-0229-01

“操作系统”课程是计算机学科的核心专业基础课程之一，但其知识覆盖面广且抽象，若在学习过程中没能充分发挥学生的积极性和主动性，结果很容易使学生丧失对学习的兴趣，教学质量与效果较低。更好地提高操作系统的教学质量，是从事操作系统课程教学的老师共同追求的目标。独立学院的学生一般理论基础较为薄弱，但思维活跃。针对他们讲授《操作系统》这门课要侧重“实用、够用”，教学重点要放在基本概念的讲解分析、算法的设计和开发上。

本文将主要谈论我们依托多媒体等教学手段和网络教学网络搭建的多元立体化教学平台，在操作系统教学中的一些探索和体会及教学效果。

一、理论课讲授：在建构主义理论指导下，引导学生成为学习的主体，化被动接受知识为主动探索未知

（一）多以实例剖析抽象概念和理论

操作系统的功能即为用户程序提供抽象和管理计算机资源，因此《操作系统》课程的抽象概念是需要重点讲解和分析的，是含混不清的一般性叙述？还是通过解析某个特定实例？我们在实践中发现后一种方式效果要好。

（二）注意理论联系实践，循循善诱

在课程讲授过程中，尽可能的用身边的客观问题做实例，让学生更好的理解相关的概念和算法。例如：在介绍页面置换算法时，以新进商品（页面）要放入到超市货架（内存）为例说明当货架满时将哪件商品换出合适。FIFO算法忽略了商品自身的重要性，因此FIFO算法并不合理。然后引导学生综合考虑进入超市的先后和重要性（即最近是否有顾客浏览或者购买该商品）的置换算法（第二次机会页面置换算法）会比较合理。接下来又抛出第二次机会算法经常要在链表中移动页面降低了效率的问题，引导学生思考更好的办法，也就是把页面保存在循环链表中，即时钟页面置换算法。如此，从生活的例子入手，一步一步引导学生思考，既可以加深对页面置换算法的理解又可以增加课堂气氛的活跃。无形中学生成为知识获取的主体，可以进一步引导其提出其它教材中未提到的页面置换算法，从而为后续的设计性和综合性实践奠定理论基础。

（三）善用比喻类比和动画

操作系统课程中有一些晦涩的理论和算法，直接讲解很容易停留在抽象层面。此时采用恰当的比喻、类比或形象的动画，学生会比较容易理解和消化。而对于一些操作系统进行资源分配和管理的算法的描述则可以借助Flash动画直观而形象，学生表示很受用。此外，吸引学生参与到相关Flash动画制作工作当中，将激发起极大学习兴趣和积极性。

（四）习题讲解同步，并引入实际操作系统平台案例分析

每讲完一个关键知识点就辅助一定习题，鼓励学生大胆思考，勇敢出错。然后针对学生出的典型错误，结合知识点剖析，让学生对抽象理论有深刻的理解并学会拿来解决实际问题。对于核心知识点，引入具体操作系统平台案例深入分析，让学生可以触及进程管理、内存分配机制等内核，使学生对研究开发嵌入式系统、交互系统等有了清晰认知。

二、实践教学改革：强调实践出真知，同时强调团队协作的力量，实现知识和能力互长

实践教学是培养学生创新能力的“切入点”。实践教学的广泛性和立体性使其在培养学生创新能力过程中具有不可替代的作用。我们在杨柳等采取“重基础、重实践、重创新的多方位教学模式”启发下，根据独立学院的实际学情，提出了以实验（包括基础性实验、设计性实验、综合性实验）和项目实战为核心的实践教学模式，确保实践内容的可操作性和连贯性、渐进性。

（一）验证性实验：以一个具体的操作系统（Linux）为例进行与课程知识点直接相关的实验，如基于Linux命令的进程创建，让学生将学到的知识马上进行实践操作，有利于知识的巩固和洞察操作系统的具体行为，进而深入理解操作系统的精髓。

（二）设计性仿真实验：与具体平台无关，如银行家算法模拟，重点在于通过实验掌握核心算法，并为后续的综合性实验和项目实战做准备。

（三）综合性实验：引入开源的Linux系统内核分析，布置对内核进行修改的综合性实验，旨在激发学生学习操作系统的兴趣和主动性，又训练学生分析问题、解决问题的综合能力。

（四）项目实战：最后在毕业设计环节，鼓励学生在开源代码基础上设计和实现一个完整的小型操作系统，从而大大提升应用实践能力。

此外，实验中设计了若干思考题，让学生观察实验结果总结相关理论，以进一步提高学生理论联系实际的能力。并针对学生基础和能力的参差不齐，提出了分层次教学，对实验的要求分为最高目标和最低要求，规定所有学生必须都完成最低要求内容，而对达到最高目标的学生有加分奖励。为实现新形式下应用创新型人才培养目标，协同合作能力培养不可或缺，在实践教学上体现在：在上机过程中，由于学生太多，在鼓励同学们优势互补的基础上分了组，从而可以优先对组长指导，然后由组长指导学生；同组同学相互探讨解决在实践设计过程中遇到的各种问题和程序错误。当问题较普遍的时候，当堂或者下一次课的讲授中集中说明讲解。课后学生上交实验报告（设置提交期限，超过期限将扣分甚至不得分）。在实践教学中依然遵从了学生为主体，老师引导和协助的建构主义理念。

三、评价方式改革：过程性评价为主的多元一体评价方式，激发学生更大的积极性和进取心，化知识获取为能力提升

改变传统以单一的试卷形式进行的总结性、知识性考核方式，探索以能力为导向的过程性评价机制，淡化期末考试。采用平时考核与期终考核相结合、知识评价与能力评价相结合的课程学习评价方式。采取任务驱动模式，引导和推动学生循序渐进地完成教师设计的课程内容，促使学生从被动的知识接受者转变为主动的知识探索者，构建各自的知识树，并使学生在学习过程中逐步训练和养成良好的纪律性、沟通合作的技能、多元思维方式等综合素质和能力。

我们采用概念阐释到位的经典外文教材及译本，讲述过程中注重采用实例分析，避免含混不清的一般性叙述；完整的实验讲义和明确的实验目标，将实践教学落到实处，真正实现了理论与实践的紧密结合；教学内容由浅及深、层进式教学内容设计更好的贴合了我们实际学情。我们课程团队通过多种教学手段相互补充，集课堂、实验、网络教学于一体，初步形成了多维立体化教学模式：“课内教师教学 + 课外学生小组学习+创新项目实践”，“常规教学 + 实验教学 + 网络教学”，“课上多媒体教学为主/板书为辅 + 启发引导为主/讲授为辅 + 现场习题和案例集中剖析”及 “课后作业练习 + 上机实践+ 毕业设计项目演练”。这些探索和改革显著改善了教学效果。

参考文献：

[1]宋广华，李善平，郑扣根.边学边干：操作系统课程教学改革的探索与实践[J]. 计算机教育，2006，07：27-29.

[2]程昌品，周如旗，牟来彦.基于知识树的操作系统迁移教学法[J].计算机教育，2014，04：84-86.

作者简介：

贺辉（1980.1-），女，汉族，博士，北京师范大学珠海分校副教授，研究方向：计算机应用技术。