PI教学法在操作系统课程中的应用

胡树煜+王琢

（1.锦州医科大学，辽宁 锦州 121001；2.辽宁省农业经济学校 ，辽宁 锦州 121001）

[摘 要] 操作系统课程一直以来都采用传统的填鸭式教学，学生对于概念、原理难以理解，教学效果不好。在操作系统课程中使用PI教学法进行教学，是课程改革的重大举措。通过实践验证，不但在考试成绩上取得了明显的提高，而且在培养学生认知能力、学习习惯、科学态度、团结合作、语言表述、综合能力等方面都有突出的贡献，教学效果显著。PI教学法是操作系统这类理论性强、综合性强的课程的简便快捷的教学方法，值得推广使用。

[关键词] 同伴教学法；PI；操作系统；课程教学 ；导引案

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 03. 121

[中图分类号] G642.4；TP319 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）03- 0223- 02

0 引 言

操作系统是计算机软件系统中必不可少的系统软件，它控制着整个计算机的硬件和软件资源，为用户提供的是一个灵活方便、安全可靠的操作环境。所以，计算机操作系统课程成为了计算机专业学生的必修课程。操作系统课程主要讲述操作系统的概念、功能、分類、作业管理和接口技术、进程管理、调度机管理、存储管理、文件系统、设备管理以及面向对象的操作系统等内容，这些内容大部分都是概念、理论、方法和过程等，实际应用的例子较少，课程比较枯燥和乏味，学生只靠教师的讲解难于理解和记忆，学习效果不好。在操作系统课程中应用PI（Peer Instruction）教学法，是操作系统课程的一项重大改革。

PI教学法，也被称为“同伴教学法”，是在自然科学理论课程中广泛应用的一种教学方法，它是通过教师提出的思考问题，学生作答并通过阅读资料、阐述观点、讨论、分析形成自己结果，教师辅助讲解和总结分析的知识迁移过程。PI教学法适合于理论内容复杂繁多、实践内容应用较少的课程，通过PI教学法有效帮助学生理解和记忆内容，效果显著。

1 PI教学法的流程结构

PI教学法的具体实施过程，如图1所示。

PI教学法分两条主线同时进行，教师通过融合知识点进行设计导引案例，然后再给学生布置阅读资料和范围，在课上引入导引案，提出思考问题，针对于学生的提问中进行解释作答，然后将学生分成若干讨论小组，并在学生阐述答案，讨论设计时进行巡视、旁听或者给出建议，将学生提交上来的答案，进行统计错误率，分析答案及成因，最后做讲解、分析和总结的过程。

学生主线阅读教师布置的材料、查找网络资料进行预习，对教师课堂上提出的问题进行初步预答，有疑问的问题可以向教师进行提问，在小组内阐述自己的观点和答案，试图用自己的观点说服组内其他成员，以求达到意见一致，并形成新的答案，将答案提交给教师，在教师进行讲解答案后，如果有疑问再进行讨论，最后形成自己知识和技能的过程。

2 PI教学法的优点

学生在同龄伙伴之间互相传授知识，符合学生心理发展规律，更容易接受知识，PI教学法还具有以下优点：

2.1 激发学生学习热情

PI教学法改变了传统的教学模式，在教师提出问题前学生已经阅读了相关资料，是有准备的学习课程。学生通过PI教学法的教学，激发了学习热情，对学习产生了兴趣，树立了主体意识，形成了自主学习的态度。

2.2 培养学生良好习惯

PI教学法不但可以培养学生自主探究学习，开拓了思维，形成良好的学习习惯，在分析问题，形成答案时还培养了学生积极、独立思考的好习惯。

2.3 培养学生综合能力

通过学习讨论，不但培养了学生严谨的科学态度、平等的合作精神、思维的独立意识、勇于创新的精神，更提高了学生分析问题、解决问题、反思问题的能力。

3 “PI教学法”的应用实例

以“进程互斥”一节课程为例：

3.1 导引案准备

在上课之前，教师将本节课程的内容布置给学生，要求学生阅读“进程互斥”课程的相关教材、辅导书、网络资料的内容，准备思考题如下：

（1）进程互斥的资源背景是什么？掌握进程互斥的概念还需要掌握哪两个定义？

（2）进程互斥准则的作用是什么？

（3）互斥的加锁和信号量管理的PV原语效率是一样的吗？

（4）用P、V原语描述进程互斥实现的过程。

思考题中不但融合了学过的相关知识作为复习，而且有新问题的提出，要求学生进行探索。思考题的答案并不能在资料中直接得到，需要学生通过查阅资料，对问题分析、总结才能得出答案。

3.2 课上引入导引案

教师带领学生简单的复习进程、进程控制的内容，简述进程互斥发生的可能情境，教师提出准备好的思考问题。学生根据掌握的知识，对思考题作答，形成自己的答案，写在答题纸上。并向教师提出问题如下：

（1）临界区内是否允许并发进程交叉执行？

（2）可靠性高的互斥的加锁是怎么实现的？

教师根据学生提出的此类问题，综合相应的知识点做简要的回答或提示。

3.3 学生分组讨论

学生在教师所划分的小组内对试题进行讨论，每个人依次说明自己的答案内容、依据和分析过程，阐述自己的理论以达到求同的过程，组员根据其他成员提供的答案或教师的建议，分析自己的答案，作为借鉴和参考，再次形成自己的答案。

3.4 汇总问题答案

学生提交答案，教师根据学生答案进行汇总，统计试题的错误率，调整教学方案，对错误率较高的试题，进行分析成因，设计好知识讲解过程。

3.5 分析总结答案

教师根据统计结果，对错误率高的思考题（3）进行详细讲解：

互斥的加锁和信号量管理的PV原语效率是不一样的，互斥的加锁在可靠性和执行效率上存在一定的问题，每个进程能否进入临界区是靠自己程序的测试进行判断的，没有获得执行机会的进程显然无法进行判断，从而产生不公平的现象。而已经测试的程序又占用了大量的CPU时间，所以跟信号量管理的PV原语比起来效率低下。

并分析错误的成因：是由于学生认为互斥的加锁也可以通过硬件或者软件的设置来优化而成。

同时对错误率低的问题简要介绍答案，总结本课程所涉及的知识点，重点和难点。并分析学生在讨论过程中存在的问题，给出相关教学建议。

4 结 语

使用PI教学法在操作系统课程中进行教学，具有一定的代表性和示范性，教学效果显著，较大程度的提升了学生的知识体系、认知能力、综合素质。虽然PI教学法对原有的教学模式产生了强烈的冲击，但是它的应用范围还很小，只是在众多的原理课程中进行应用。还需要在掌握基本过程和用法的同时，逐步扩大应用范围，使更多的学生受益。

主要参考文献

[1]肖满，倪学文. 同伴教学法在食品工程原理实验课程中的应用[J]. 大学教育，2016（1）：31-32.

[2]张萍，涂清云，莫艳萍. 课堂中的合作学习——同伴教学法对物理概念学习的促进作用[J]. 中国大学教学，2012（6）：56-59.

[3]韩建夫. 基于“同伴教学法”思想政治理论课教学创新探析[J]. 长春工程学院学报：社会科学版，2015（4）：137-141.