本原性問題驅動模式在操作系統課堂教學中的應用

　　文章編號：1672-5913(2011)21-0065-03 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
　　
　　基金項目：山東省軟科學研究計劃項目(2010RKGA2062)。
　　作者簡介：孫述和，男，副教授，研究方向為網絡多媒體技術、數字圖像處理等。
　　
　　摘 要：文章提出一個將本原性問題驅動教學模式引入操作系統課堂教學的改革方案。該方案的實施，力求超越對于技巧性問題的追求，深入到本原性、情景性問題所涉及到的實質，用反映操作系統本質的一系列問題來驅動課堂上的教與學活動，從而改變操作系統課程課堂教學缺乏互動、抽象無趣的現狀，同時有利于培養學生的自學和創新能力。
　　關鍵詞：操作系統；問題驅動；本原；課堂教學
　　
　　操作系統課程在計算機學科的教學計劃中一直占據著舉足輕重的地位。在美國IEEE-CS和ACM聯合專題組發表的CC2004報告中[1]，計算機學科包含有14個知識領域，操作系統便是其中之一。自2009年始，操作系統已經成為計算機專業研究生入學考試國家統考科目。
　　操作系統課程概念抽象、結構復雜、涉及面廣的特點使學生普遍感覺學習困難。遵照《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》的指導意見，探索并改革教學的模式及方法，讓學生能夠輕松地學習，快樂地進步，在提高教學效果和質量的同時，著力培養學生的創新意識和創新能力，極具現實意義。
　　根據我們十幾年操作系統教學的經驗積累和總結，本文提出一個將“本原性問題驅動模式”引入操作系統課堂教學的改革思路。實踐證明，這一模式的應用不僅增強了課堂上的互動性、學生學習的主動性，培養了其獨立思考的習慣，提高了課堂教學效果，而且促進了學生自學和創新能力的提高，甚至還使某些課堂上愛走神的學生能夠更好地集中精力聽課了。
　　1 本原性問題驅動的基本原理
　　1.1 問題驅動及本原性問題驅動
　　問題驅動式教學即由教師創設合理的學習情境，巧設問題，營造適合學生心理體驗的氛圍，將學生自主學習和探究過程置于一個特定的情境中[2]。以問題制造困惑，在問題的驅動下激發思考，引發學生探究的欲望和興趣，以目標導引解決困惑[3]。問題驅動式教學有效實施的關鍵是：老師要善于利用情境、協作、對話等學習環境要素，充分調動學生的主動性、積極性，引導學生在體驗中學習，在合作中學習；通過交流，發現問題、解決問題、反思學習[3]。順應不同學生的學習需要，發展實踐能力和創新精神。
　　哲學上對“本原”的思考凸顯為一種刨根問底的探尋精神，始終把理解世界的“始基”或“構成要素”作為第一問題[2]。借用哲學中對“本原”的理解和思考方式，從學科教學角度來探討促進學生深刻理解學科內容及其本質的“本原性問題”，即考慮對學生而言，哪些問題反映了該學習主題中最為原始、樸素、本質的觀念、思想和方法。 “本原性”即是讓問題由淺入深，環環相扣，把學生的學習分層引向深入，那么就可有效地激發學生理解和體驗到事物的本質。
　　1.2 本原性問題驅動的教學實施步驟
　　本原性問題驅動教學模式的實施要點在于對本原性問題的提煉及各知識點、概念鋪陳時機的把握上。為了保證講解通俗易懂、調動學習興趣，本原性問題驅動模式的課堂教學步驟設計如下。
　　1) 問題導入。
　　對于每一個相對獨立的知識模塊，用一個原始的問題來引發學生對該問題的關注和興趣。因此，在問題的選擇和導入方式上，應該給以充分的重視，力求一開篇就抓住學生的興趣，激發出學生探求答案的興奮點。此階段包括三個工作內容：問題的設計及其層次化；本源性問題的故事化；問題涉及的前導知識準備。
　　2) 問題分析與討論。
　　敦促學生發揮自學能力，在課外作出一定準備(至少也會預習一下)，然后由學生首先進行課堂講解、討論。鼓勵學生自我探索、獨立思考，哪怕是對問題解決方案的簡化或改進的思路也可。
　　3) 問題總結與概括。
　　在學生探索、討論及講解的基礎上，教師對問題做細致的剖析或討論，甚至啟發、提示，尤其要讓學生注意到問題中的一些細節，使學生能夠自己梳理思路，糾正錯誤的認知。然后，我們再把經典的問題解決思路和算法快速植入學生的腦海中，并適時補充相關的概念、術語。
　　4) 問題拓展和延伸。
　　許多問題都會有多種不同的解決方案或思路，有些問題的解決思路需要改進或提高。教師還要進一步分析各種方法的優缺點，探討各種方法的改進措施，也可以留做思考題，激發那些能力較強又具有探索精神的學生深入學習或提升。
　　2 教學中的幾個關鍵問題
　　2.1 內容的提煉與問題的提出
　　本原性問題及其后續問題的提出必須依賴于課程中的知識內容，要想對問題的提煉到位，首先要求教師在課前做足功課，使提出的問題具有本原性和代表性，而對故事的創編可以參照歷史事實，也可以發揮想象力自行編造，只要符合邏輯就好，只要能夠激發學生的學習興趣就好。
　　2.2 課堂教學工作流程與時間分配
　　對學生進行分組，每個組3～6個人。課堂的討論題目要在上一次課的最后導入并抽簽決定哪一個小組主講，其他學生可以提問、參與討論。
　　課堂流程和時間安排如圖1所示。
　　
　　為了達到預期的教學效果及目標，促進學生自學能力及創造能力的提高，問題驅動課堂教學必須給學生留出足夠的思考、閱讀、查資料和討論的時間。因此需要在上一次課堂結束前導入問題。為了提高學生的參與率，也可以考慮在討論課開始時再抽取主講小組。
　　2.3 成績評定改進措施
　　為了鼓勵學生積極參與問題討論課，需要在成績中給與一定的反映，但是實際執行中還面臨覆蓋面的問題，即不可能保證所有的同學都參與討論，這樣其成績的份額就無法固定下來，否則會得出不公平的評價結果。我們的做法如表1所示。
　　
　　考慮到我國高校教學管理體制的實際情況，以及學生的接受程度，目前，把問題討論作為學習考查主體的時機還不成熟，因此上述策略可以作為很好的過渡。
　　3 課堂教學案例設計
　　以“內存管理”的開篇講授為例，本原性問題驅動課堂教學方案如下。
　　討論題目：要實現如下功能a+b→c的類匯編程序在計算機中正確運行需要解決哪些問題？(猴子兄弟摘蘋果，兩只小筐要匯總到一個大筐。筐-變量-內存)。
　　010 a
　　020 b
　　030 c
　　100 mov