“任務主題”和“引，探，結，驗四步教學”雙輪驅動教學法在操作系統教學中的應用

摘要：操作系統是計算機專業的一門重要專業基礎課，內容抽象，算法復雜，學生難于理解。本文提出將主題任務與引，探，結，驗四步教學相結合的新型教學方法應用到操作系統的教學過程中，同時詳細討論了教學過程中的各個環節。最后在課程教學中取得了良好的教學效果。

關鍵詞：操作系統任務主題教學法

0.任務主題探究模式

任務主題探究模式教學以學生為中心，以任務主題為驅動的教學方式，屬于探究式教學的一種，其教學過程是：教師的教學與學生的學習圍繞著一個主題目標，基于幾項任務，在強烈的問題動機驅動下。通過對學生資源的積極主動運用，進行自主探索和互動協作的學習實踐活動，適合于培養學生的自主學習能力和相對獨立分析問題，解決問題能力[1]。

1.引，探，結，驗四步教學法

學生在完成“主題任務”的過程中，我們以“引，探，結，驗”四步教學法予以具體的展開和技術支持。引，探，結，驗意為引導，探索，總結，驗證拓展。“引”為積極引導，激發興趣。“探”為探索新知，理論學習。“結”為總結思考，深化練習。“驗”為拓展實驗，發展能力。

2.雙輪驅動教改方法在操作系統課程教學中的實踐

2.1 操作系統領域的任務主題的確定

教師從操作系統的功能，前沿發展，實用技術等方面提煉出多個任務主題，包括“生產者-消費者問題”，“讀者-寫者問題”，“銀行家算法問題”，“進程調度算法問題”，“分頁存儲管理問題”，“模擬文件管理器”，“磁盤調度”，“進程管理器設計”，“操作系統接口問題”等多個任務主題[2]。這些任務主題包含基礎理論分析，算法研究，模擬仿真以及應用研究。對每個任務主題，教師提供每個任務主題的引言，參考資料和搜索關鍵字等。主題任務確定后利用“引，探，結，驗”四步教學法予以具體的展開和技術支持，引導學生解決問題。

2.2 積極引導、激發興趣

“興趣是最好的老師”。這句話說明了有了興趣，學生會積極主動去尋思、研究這個問題。因此，首先要激發學生的學習興趣。例如針對操作系統“分頁存儲管理任務主題”，在講分頁存儲管理思想前先通過DOS等采用分區管理的操作系統的實例提出分區管理的局限性，然后引導學生思考如果遇到程序太大，以至于內存容納不下的情形，該怎么處理。這時可以提出“覆蓋”，“交換”，“虛擬存儲”等幾個技術角度供學生思索。通過引導激發了學生的學習興趣，使他們迫切想了解后面講述的內容。教師要注意選取學生熟悉的素材和事例，如果晦澀難懂，只會適得其反。

2.3 探索新知，理論學習

激發興趣之后，教師即可提出課程的主要理論內容分頁存儲管理技術。從靜態分頁存儲管理的實現思想給出分頁管理的數據結構包括邏輯地址結構，利用制作的課件動畫分析邏輯地址與物理地址的變換過程，然后提出如何加快存儲訪問速度的問題，引導學生利用“快表”的方法實現。接下來，教師通過總結靜態分頁存儲管理的優缺點提出動態分頁存儲管理的方法。結合動態分頁存儲管理的思想，引導學生學習調頁的策略以及頁面置換的策略。根據具體的頁面置換算法利用多媒體課件模擬頁面置換的過程。最后得到動態分頁存儲管理的特點。

2.4 總結思考、深化練習

一旦學生掌握了分頁存儲管理的思想和算法，教師應該總結本任務主題中的相關的術語，然后提出相應的問題，讓他們思考練習，在請求分頁存儲管理方式中，若采用FIFO頁面淘汰算法會產生一種奇怪的現象：分配給作業的頁面越多，進程執行時的缺頁率反而越高[3]。舉例說明這種belady現象？以及動態分頁存儲管理中頻繁的換進換出的“顛簸”現象的討論？教師可以引導學生進行深層次的思考，并通過練習來加強一些問題的理解和認識。

2.5 拓展實驗、發展能力

操作系統課程是計算機科學與技術專業的主要專業基礎課和主干課。本課程不僅要使學生掌握操作系統的基本概念、基本原理、設計方法和實現技術，還要培養學生具有初步分析和模擬設計相關操作系統功能的能力，為其今后在相關領域開展工作打下堅實的基礎。

在學生機房利用虛擬機開展針對LINUX的驗證性實驗，使得學生熟悉操作系統的基本功能和應用。對設計型實驗而言，針對我們的每個任務主題提出一個課程設計項目，引導學生利用前面學習的理論知識和編程技術來模擬實現和驗證理論[4]。驗證型實驗相對簡單，基礎薄弱的學生通過自己的努力順利完成，大大提高了自信心；而對優秀的學生來說，具有挑戰性的設計型實驗可以幫助他們提高自己的能力。通過這種方式，學習一改以往只注重理論學習，而不會寫程序的狀態，編程能力大幅提高，對理論知識的理解也更為透徹。

3.教學效果評價

基于“任務主題”和“引，探，結，驗四步教學”雙輪驅動教學方法內容，是根據作者實際教學過程中學生存在的問題提出的，并在最近這個學期的操作系統課程的教學實踐中逐步開展運用，通過實驗成績和學生的信息反饋，取得了比較令人滿意的教學效果。

4.結論，挑戰及改進措施

任務主題驅動教學有利于培養學生分析問題，解決問題的能力，進一步提高學生的創新能力和協作能力。

而將“引，探，結，驗”四步教學法應用在操作系統課程中，符合學生的認知規律，充分發揮了學生的認知主體作用，引導學生主動探究，促進學生形成探究性的學習方式。通過這個學期的教學改革實踐，已經取得了明顯的教學效果。我們下一步的工作是對操作系統的新技術的一些發展設計一些創新性實驗，加強知識內容的更新，充實課程網站的內容，并爭取建設課程交流平臺，加強師生溝通的渠道。

參考文獻：

[1] 張立，石巖，張洪萍. 建構主義教學理念下的“數據結構”重點課程建設[J]. 計算機教育，2011，（6）：69-72.

[2] 鄒恒明. 計算機的心智：操作系統之哲學原理[M]. 北京：機械工業出版社，2009.

[3] 顏彬，李登實. 計算機操作系統[M]. 清華大學出版社，2007.

[4] 孟慶昌. Linux教程[M]. 2版. 北京：電子工業出版社，2007.

基金項目：湖北省教育廳省高校青年教師深入企業行動項目（XD2014098）