學習理論指導下的操作系統原理教學

　　文章編號：1672-5913(2011)21-0091-03 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
　　
　　作者簡介：李璽，女，講師，在讀博士生，研究方向為并行與分布式處理、網格計算等。
　　
　　摘 要：學習理論是教育理論發展和教學實踐的科學依據，為教學人員提供了各種教學策略及促進學習的技巧。本文探討了行為主義、認知主義、建構主義和人本主義四種不同的學習理論，并針對操作系統原理課程教學中存在的問題，提出在這些學習理論指導下的操作系統原理課程的教學方法和措施，從而架起基礎學習研究與教育實踐之間的橋梁，以便更加有的放矢地進行教學，使學生在教學活動中真正受益。
　　關鍵詞：學習理論；教學；操作系統
　　
　　
　　1 研究背景
　　操作系統原理是計算機專業學生的必修課程，在計算機知識結構中有著非常重要的地位和作用。但該課程理論性強、概念多而抽象、涉及知識面廣、具體技術往往難于理解、實踐環節不易操作。作為該課程的主講教師，我們也一直在努力探索和研究提高教學質量的措施和方法。
　　從古至今，人們一直在探索學習現象和學習本質，從而創立了各種學習理論[1-2]。這些理論從不同角度解析了學習的性質、學習的過程、學習的動機和學習的遷移等問題，成為教育理論發展和教學實踐的理論依據。在實際的操作系統原理課程教學中，我們可以有意識地汲取各種學習理論的合理觀點，并靈活地加以運用，通過實施各種教學改革措施，使學生能夠在教學活動中真正受益。
　　2 學習理論
　　基于對學習實質的不同認識，理論家們提出了不同的學習理論[3-4]，這恰好成為我們進行課程改革及教學實踐的理論基礎。
　　2.1 行為主義學習理論
　　行為主義學習理論認為學習就是外界刺激與個體接收刺激后的行為反應之間建立了聯系，并強調這種聯系的強化和維持。行為主義學習理論重視與有機體生存有關的行為研究，注意其在環境中的適應行為以及環境的作用，但完全拋棄了學習的主觀能動性。
　　2.2 認知主義學習理論
　　認知主義學習理論將學習的內部過程作為研究對象，認為學習是一個積極主動的心理過程，強調有機體的學習是在大腦中完成的對于經驗重新組織的過程，主張應該重視學習者自身的建構和知識的重組，并認為學習的目的性、過去的經驗、背景知識和智力水平等對學習的影響非常重要。
　　2.3 建構主義學習理論
　　建構主義是行為主義發展到認知主義以后的進一步發展，經過長期的理論探索和教學實踐，逐步形成的獨具特色的學習理論體系。建構主義學習理論認為學習是一種能動建構的過程。學習是由學生在教師指導下的，利用必要的學習資源，以自我為中心，主動獲取并建構的，教師是教學過程的組織者、幫助者、指導者和促進者，而教學不是知識的傳遞，而是知識的處理和轉換。
　　2.4 人本主義學習理論
　　人本主義學習理論是建立于現代人本主義心理學基礎上的，認為學習是個人潛能的充分發展，是自我的發展[5]。學習的實質在于意義學習。這種意義學習，不僅是指理解記憶的學習，還是指學習者所做出的一種自主、自覺的學習，要求學習者能夠在相當大的范圍內自行選擇學習材料，自己安排合適于自己的學習情境。人本主義強調教師在教學中應重點幫助學生明確學習目標和學習內容，創設能促進學生學習的良好的心理氛圍，保證學生在充滿滿足感、安全感的情境中，通過教師安排的合適的學習活動，發現學習內容的價值、意義，使學習者成為充分發展的人。因此，教師在教學過程中要重視學生的情感體驗，設身處地地從學生的角度去理解學習過程和學習內容，幫助學生了解學習的意義，建立學習內容與學習者個人之間的聯系，激發學生從自我的傾向性中產生學習傾向，培養學生自發、自覺的學習習慣，實現真正意義上的有意義學習。
　　3 課程現狀
　　操作系統原理在計算機學科的課程體系中占據重要地位，其教學受到了各個學校計算機及其相關專業的重視，很多人就操作系統的教學內容、教學方法與手段、實驗教學模式及平臺等方面都進行了深入研究[6-7]。但總體來講，目前該課程在教學中仍然存在以下幾個問題。
　　1) 內容龐雜、涉及面廣、抽象且難于理解。
　　操作系統原理課程主要介紹計算機操作系統中涉及的所有概念、原理、方法、技術和算法等，內容龐雜，知識點多，理論性強，學生感到難以理解和記憶。原理注重的是操作系統通用原理的介紹和分析，學生感覺到與實際所使用的Windows、UNIX、Linux等系統存在一定的距離，無法直接將理論與實際系統聯系起來，使得原本就抽象的理論變得更加枯燥，學生缺乏學習興趣。
　　2) 先導課程不到位。
　　計算機專業各課程是一個統一的整體，觸類旁通，相互聯系。在整個課程體系中，操作系統原理起著承上啟下的作用，其先導課程有計算機組成原理、數據結構和程序設計語言等，這些課程知識掌握的好壞對本課程的理解有直接影響。有些學生沒有掌握好這些先修課程，有些甚至沒有學習過這些課程，都會增加教師教學中的難度。
　　3) 課程實踐與實際應用脫節。
　　操作系統課程是一門綜合性較強、難度較大的課程，教師往往對學生降低要求，忽視實驗環節。實驗內容往往就是操作系統原理和實現方法的模擬或驗證，主要考察學生對所學內容的理解。而缺少設計性、綜合性實驗以及項目設計，就忽略了對學生創新能力和工程實踐能力的培養。
　　4) 教學方式呆板、單一。
　　在目前的教學培養計劃下，該課程學時的壓縮，使得教師必須加大每個課時的信息量，以保證在規定的課時內完成所有教學任務，并滿足考研學生的需求。課堂授課主要以講授為主，呈現以教師為中心的“灌輸式”教學方式。這種大量信息的單向傳授使得學生只是被動地接收，難以激發其主動能動性積極思考。
　　4 學習理論指導下的教學
　　學習理論為教師提供了各種教學策略以及促進學習的技巧。雖然各種學習理論是在不同時期和階段提出的，但它們之間并非是一種包含和遞進的關系，而是從不同角度、不同層面對學習現象進行的探索。Snelbecker指出，人們在解決實際學習問題時，不是受制于某一種理論，而是努力思考心理學家在研究學習時已經得出的各種基本結論，從中選出對具體的教育情境最有價值的原理與概念。那么，我們可以在不同的學習理論的指導下，設計并提出相適應的教學措施與方法。
　　4.1 行為主義學習理論指導下的教學
　　在行為主義學習理論前提下，教學就是呈現適當刺激和提供機會，讓學習者操練并做出適當的反應。為了促進刺激與反應之間建立聯系，在教學中應該有意識地安排線索和強化。教師所承擔的角色如下：(1)確定哪一個線索能夠引發預期的反應。(2)安排與預期刺激相配的有提示的練習情境。(3)安排環境條件，以使得學習者能夠依據預期的刺激做出正確的反應并且從反應中接受強化。
　　行為主義學習理論在本課程教學中的應用強調的應該是記憶。因此，對于重點概念和內容的反復強調，有利于形成對學生的有力刺激，從而產生有效記憶。例如，每次課開始都進行有重點的、連貫的回顧，然后引出本次課的內容。又如，操作系統原理課堂教學內容主要是圍繞操作系統的幾大管理功能(CPU管理、內存管理、文件管理、設備管理等)展開的，教學安排也是以這幾大核心內容為中心分模塊推進。每個模塊結束后，教師都應該進行總結和回顧，以便使學生產生相應的記憶，為進一步的理解奠定基礎。另外，可以采用直觀教學方式，即采用圖片、實物、幻燈片等一系列輔助教學用具，對一些具體事物進行介紹。例如，在介紹磁盤時，可以在課堂上直接展示一個打開的磁盤，并做相應的講解，讓學生獲得最直觀、深刻的認識。
　　
　　4.2 認知主義學習理論指導下的教學
　　認知主義與行為主義類似，強調環境條件對于促進學習起到一定作用。認知主義學習理論注重的是通過鼓勵學習者運用適當的學習策略改變自己。
　　教師在準備教學時，首先可以將本課程內容劃分成不同的模塊(如根據操作系統不同的管理功能進行劃分)，然后在同一模塊中，基于知識點和學時，再將教學內容進一步劃分成教學單元。實際上，上述步驟也包含在課程教案的設計過程之中。針對每個教學單元，教師應該先對教學內容進行任務分析，通過與計算機原理、匯編語言等相關課程主講教師的交流與研討，進一步理順各課程與操作系統原理的銜接關系，結合學生當前的狀況與水平，確定合適的起點，設計出向學生逐步傳遞知識的方案。
　　在教學方法方面，認知主義學習理論主張“發現法”。發現法強調學習過程，學生是積極的探究者，教師的作用不是提供現成的知識，而是提供使之能夠獨立探究的情景，幫助學生形成豐富的想象，激發其內在的學習動機。在實踐中，教師鼓勵學生使用操作系統時，結合實際的操作(如多任務并發運行、文件存取、使用共享打印機、利用API編程等)，來分析Linux、Windows等操作系統的相應管理功能及具體實現方法。此外，通過與現實生活的類比分析，啟發學生積極主動思考并理解操作系統中的抽象概念。如通過實際生活中的“堵車”現象來引出死鎖發生的原因。
　　4.3 建構主義學習理論指導下的教學
　　建構主義學習理論強調以學生為中心，注重學生對知識的主動探索和發現以及對所學知識意義的主動建構。所倡導的教學策略和方法是鼓勵并幫助學生積極探索復雜的主題或環境，并且像專家一樣思考問題；鼓勵學生建構自己的理解，然后通過各種手段和方法驗證其合理性。為此，教師應該努力為學生創造良好的學習環境和條件，激發其學習內驅力。
　　課程小組所開發的“操作系統虛擬實驗室平臺”為學生提供了一個主動構建知識的良好平臺。學生基于虛擬機技術，能夠實現操作系統進程調度、存儲器分配和文件管理等功能的操作系統原型。在該過程中，學生在教師的協助下，通過動手實踐、分析總結，可以完成對于操作系統服務功能的理解和意義構建。另外，根據學生設計的優秀作品、教師科研相關課題項目以及企業提供相關實例，教師可以指導學生構建和完善操作系統案例庫(包括有限緩沖區、同步與異步、銀行家算法、進程創建fork、動態分區存儲器分配、分頁等)，組織學生進行案例分析和討論，深入了解操作系統的關鍵技術和應用方法，鍛煉學生的推理和解決問題的能力。這些以合作學習為主的策略可以幫助學生清楚地理解所學內容，并在建構知識的過程中學會思維。
　　4.4 人本主義學習理論指導下的教學
　　在教育過程中，涉及到的最關鍵且最復雜的因素就是人，而教育的最終目標也在于關注人的發展和未來價值。
　　授人以魚不如授人以漁，教師與其單向地將知識灌輸給學生，不如針對每屆、每班學生的特點，采用不同組合的教學方式和方法，幫助學生明確學習目的，激發其學習興趣，尤其是對像操作系統原理這樣理論性極強的課程。根據不同學生對于本課程的需求，進行差異化指導。例如，對于在操作系統方面很感興趣的學生，盡量鼓勵他們積極思維，對Linux 內核進行分析，協助他們開發嵌入式系統或操作系統模塊，甚至參與教師的科研項目。
　　此外，教師還可以為學生提供多種學習方式。例如，通過課堂講授、答疑、階段考試和期末考試等方式，解決學生在學習中遇到的難題，并提供在線課堂、教學錄像、網上留言等網絡教學資源，供學生課后自學、復習和討論等。
　　5 結語
　　經過十多年的探索與實踐，操作系統原理課程已經成為中南大學的國家級精品課程。然而，操作系統既是一門非常重要的專業基礎課程，也是一門極其抽象、難于理解的課程，掌握并理解操作系統底層的基本原理，增強操作系統方面的實踐能力，對計算機專業的學生來說是十分必要的。這就需要老師和學生積極配合，共同組織好相應的教學活動。作為教師，需要努力探索教與學之間的內在聯系，針對學生的特點和需求，不斷研究和嘗試適合于他們的教學方法和教學策略，努力培養基礎理論扎實、動手實踐能力強的專業人才。
　　
　　參考文獻
　　[1] 李音. 淺談學習理論與教學設計[J]. 科