摘要：為了提高操作系統(tǒng)課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提出了基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式。依據(jù)知識發(fā)現(xiàn)的過程，采用探究式的教學(xué)方法，學(xué)生能夠投入到課堂教學(xué)中，在理解操作系統(tǒng)基本原理的基礎(chǔ)上鍛煉和培養(yǎng)了自己分析問題、解決問題的能力。教學(xué)實(shí)踐證明，該教學(xué)模式能夠提高操作系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

關(guān)鍵詞：知識發(fā)現(xiàn)；探究式；操作系統(tǒng)；教學(xué)模式

作者簡介：曾憲權(quán)（1970-），男，河南羅山人，許昌學(xué)院信息工程學(xué)院，副教授。（河南 許昌 461000）

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）06-0104-02

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件層上的第一層軟件，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最核心的基礎(chǔ)軟件。操作系統(tǒng)的作用是對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理，提供各種強(qiáng)有力的系統(tǒng)服務(wù)，為用戶創(chuàng)造既靈活又方便的使用環(huán)境。操作系統(tǒng)是所有其他軟件與計(jì)算機(jī)硬件的唯一接口，所有用戶在使用計(jì)算機(jī)時(shí)都要得到操作系統(tǒng)提供的服務(wù)。操作系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，直接影響整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和用戶對計(jì)算機(jī)的使用。為了更好地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，了解操作系統(tǒng)的內(nèi)部工作原理是很有必要的，因此，目前國內(nèi)外高校均把操作系統(tǒng)課程作為計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)的核心基礎(chǔ)理論課程。操作系統(tǒng)課程不是講授如何使用操作系統(tǒng)，而是深入操作系統(tǒng)內(nèi)部，理解操作系統(tǒng)如何工作的，介紹現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本理論、內(nèi)部算法及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)代操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的問題、解決方案和折中權(quán)衡思想。

操作系統(tǒng)課程教學(xué)的目標(biāo)是通過學(xué)生對計(jì)算機(jī)深層次理論的理解，建立系統(tǒng)、完整的計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)理論體系，培養(yǎng)學(xué)生初步的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)能力以及計(jì)算思維、邏輯推理和實(shí)踐動手能力，增強(qiáng)學(xué)生大型系統(tǒng)軟件的開發(fā)能力，從而為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)和工作奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。但是操作系統(tǒng)課程內(nèi)容體系繁多，涉及計(jì)算機(jī)軟硬件的相關(guān)知識，理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，學(xué)生理解起來有一定難度，因而，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果不理想，沒有達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生學(xué)完操作系統(tǒng)后不能深刻地理解操作系統(tǒng)的本質(zhì)，也不能在實(shí)際應(yīng)用中使用操作系統(tǒng)課程中所學(xué)知識和操作系統(tǒng)本身所提供的功能來解決實(shí)際問題。因此，探討和研究操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式和教學(xué)方法，提高操作系統(tǒng)教學(xué)的質(zhì)量和效果是擺在高校操作系統(tǒng)課程教師面前的一個(gè)亟待解決的問題。

一、操作系統(tǒng)課程教學(xué)研究現(xiàn)狀

由于操作系統(tǒng)課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容較為抽象，因此，目前的操作系統(tǒng)課程教學(xué)仍然采用傳統(tǒng)的“灌輸式”課堂教學(xué)模式。這種教學(xué)模式主要存在以下問題：一是教學(xué)方法和手段較為單一化，知識傳輸單向化，學(xué)生被動接受，教學(xué)效果不理想。二是教學(xué)內(nèi)容陳舊過時(shí)，知識更新緩慢，難以與當(dāng)前飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)理論和前沿技術(shù)保持同步，教學(xué)內(nèi)容落后于該領(lǐng)域最新的研究成果與技術(shù)應(yīng)用背景。三是理論與實(shí)踐脫節(jié)，缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)以及項(xiàng)目設(shè)計(jì)，忽略了對學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

針對操作系統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀，國內(nèi)許多專家和學(xué)者從不同的視野對操作系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行了研究和探索。羅宇結(jié)合國防科大操作系統(tǒng)國家精品課程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，提出了因材施教的操作系統(tǒng)教學(xué)方法。針對學(xué)生特點(diǎn)采用不同教學(xué)方法、考核評價(jià)方法。通過提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考解決問題的辦法；在批判式講解比較簡單算法的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生找問題并進(jìn)行算法改進(jìn)。[1]楊柳探討了基于CDIO教學(xué)理念的操作系統(tǒng)教學(xué)改革與實(shí)踐，提出了以實(shí)踐教學(xué)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)為核心，課堂教學(xué)采用啟發(fā)式的雙語教學(xué)的多方位教學(xué)模式；[2]趙正德從教材的選用、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容的確立以及教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面對操作系統(tǒng)課程教學(xué)進(jìn)行了改革；[3]胡一之針對操作系統(tǒng)課程難教難學(xué)的現(xiàn)狀，探討了如何調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高操作系統(tǒng)教學(xué)質(zhì)量的方法；[4]金海東等以操作系統(tǒng)中進(jìn)程同步與互斥問題為實(shí)例，探討了如何從學(xué)習(xí)者的角度設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容；[5]左萬歷介紹了采用多角度教學(xué)模式來提高學(xué)生對操作系統(tǒng)知識的理解掌握。[6]這些研究對操作系統(tǒng)課程教學(xué)方法進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐，在一定程度上提高了操作系統(tǒng)教學(xué)的效果和教學(xué)質(zhì)量。

在深入研究操作系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)操作系統(tǒng)課程的地位以及教學(xué)目標(biāo)，筆者提出了基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式。通過設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生去探究和發(fā)現(xiàn)知識，進(jìn)而提出相應(yīng)的解決方案，然后與課本上解決方案進(jìn)行比較，進(jìn)而理解和掌握所學(xué)知識。教學(xué)實(shí)踐證明，這種教學(xué)方法與傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法不同，通過對學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識過程的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

二、基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式操作系統(tǒng)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

1.基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式教學(xué)的內(nèi)涵

基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式教學(xué)方法是指在教學(xué)活動中，尊重學(xué)生的思維模式和認(rèn)知規(guī)律，將知識和知識發(fā)現(xiàn)結(jié)合起來，從實(shí)際問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，找尋求解思路，引出問題所涉及的知識點(diǎn)，然后圍繞問題講解知識點(diǎn)，最后解決問題，同時(shí)建立起求解同類問題的模型，能夠舉一反三，達(dá)到遷移知識的目的。圖1給出了基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式教學(xué)的教學(xué)過程。

基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式教學(xué)方法是融教育學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知學(xué)為一體的綜合性教學(xué)方法，也是融案例教學(xué)法、問題教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、討論式教學(xué)法為一體的綜合性教學(xué)方法。在這樣的教學(xué)模式中，“教”和“學(xué)”的互動更緊密：教師提出問題，引發(fā)學(xué)生積極思考問題。教師留給學(xué)生一定思考時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生步入正確的思考方向。學(xué)生嘗試從問題中剝離知識，教師在此基礎(chǔ)上剖析問題，發(fā)現(xiàn)知識，修正學(xué)生建立的問題求解模型，最后總結(jié)知識點(diǎn)，舉一反三，提出進(jìn)一步的思考，引出下一個(gè)問題，層層推進(jìn)。

2.基于知識發(fā)現(xiàn)的操作系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)

操作系統(tǒng)主要從資源管理的角度介紹操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中所用到的概念、原理與技術(shù)，內(nèi)容廣泛，與計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展有著密切聯(lián)系，對學(xué)生理解能力和邏輯能力提出了更高的要求，[7，8]傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能取得良好的教學(xué)效果。因此，筆者提出了基于知識發(fā)現(xiàn)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式，將知識的傳授過程和知識發(fā)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

在講解操作系統(tǒng)發(fā)展歷史的時(shí)候，按照手工操作階段——管理程序階段——多道批處理階段——實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)階段——操作系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的順序講解每一種操作系統(tǒng)的類型。在講解每種操作系統(tǒng)類型的特點(diǎn)時(shí)，首先讓學(xué)生分析該操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，然后提出解決前一種操作系統(tǒng)不足的解決方案，進(jìn)而引出下一個(gè)類型的操作系統(tǒng)。最后，讓學(xué)生思考操作系統(tǒng)為什么是現(xiàn)在這個(gè)樣子，發(fā)展的原因是什么。通過這樣的一系列問題的解決過程，學(xué)生不僅回顧了計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史，建立了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體框架，也明白技術(shù)的發(fā)展的動力來源于用戶的需求，從而形成了以用戶為中心的理念。

進(jìn)程是現(xiàn)代操作系統(tǒng)中的一個(gè)核心概念，進(jìn)程管理是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)基本功能，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。在學(xué)習(xí)進(jìn)程管理內(nèi)容時(shí)，通過分析并發(fā)程序執(zhí)行的過程，引導(dǎo)學(xué)生分析并發(fā)程序執(zhí)行的條件以及特點(diǎn)，探討程序這個(gè)概念能否準(zhǔn)確描述程序的運(yùn)行過程，進(jìn)而引出進(jìn)程的概念，分析其特點(diǎn)，提出下一個(gè)問題“如何準(zhǔn)確描述進(jìn)程在不同時(shí)刻的情況”，引出進(jìn)程的狀態(tài)概念。在理解進(jìn)程概念的基礎(chǔ)上，提出問題“系統(tǒng)如何管理并發(fā)進(jìn)程”，從而引出進(jìn)程的組成、控制和管理、調(diào)度等一系列進(jìn)程管理問題。在講解這些問題的過程，要注意總結(jié)和分析學(xué)生提出的解決方案與課本解決方案的差異，幫助他們理清知識脈絡(luò)。通過積極思考，參與課堂教學(xué)，提出解決方案，學(xué)生不但理解了進(jìn)程的相關(guān)知識，也鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

在學(xué)習(xí)存儲管理時(shí)，在教授學(xué)生計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次存儲結(jié)構(gòu)和內(nèi)存結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生提出一種解決并發(fā)程序內(nèi)存分配的策略，引出分區(qū)分配技術(shù)，并組織學(xué)生分析分區(qū)分配存在的問題以及原因，提出解決方案——離散分配，引出分頁存儲管理技術(shù)以及分段管理技術(shù)。在介紹了常規(guī)內(nèi)存管理技術(shù)時(shí)，通過總結(jié)常規(guī)內(nèi)存管理技術(shù)的不足，引出虛擬內(nèi)存概念，展開虛擬內(nèi)存的教學(xué)。在講授文件管理時(shí)，在介紹了文件的基本概念后，提出問題“文件如何存在計(jì)算機(jī)磁盤上”，引導(dǎo)學(xué)生通過磁盤的結(jié)構(gòu)以及內(nèi)存管理的技術(shù)找出自己的解決方法，然后教授教材中的解決方法，在講解的過程中注意分析與學(xué)生解決方法的差異性。在介紹文件目錄和空白空間管理技術(shù)時(shí)，也可以通過提出問題引導(dǎo)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)。

總之，在操作系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中，采用知識發(fā)現(xiàn)的探究式教學(xué)方法將知識與知識的發(fā)現(xiàn)過程融合在一起，在傳授知識的同時(shí)將知識中蘊(yùn)含的思想、思維和技巧同步傳輸給學(xué)生，學(xué)生能夠融會貫通，完成知識的遷移，自覺地運(yùn)用所學(xué)知識來解決實(shí)際問題，不但掌握操作系統(tǒng)的相關(guān)知識，也能夠綜合其他計(jì)算機(jī)知識，創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力有所增強(qiáng)，達(dá)到了操作系統(tǒng)課程的教學(xué)目標(biāo)。

三、基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式操作系統(tǒng)課程教學(xué)的實(shí)踐

當(dāng)然，為了更好地實(shí)施基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式操作系統(tǒng)教學(xué)，需要改革傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學(xué)模式，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，建立立體化的教學(xué)資源庫，提供豐富的共享資源引導(dǎo)學(xué)生從理論和實(shí)踐上去探討操作系統(tǒng)的奧秘。除此之外，還要改革操作系統(tǒng)課程的考核方式，建立了面向?qū)嵺`和實(shí)用的考核體系，重點(diǎn)考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。

從2007年開始操作系統(tǒng)校級精品課程建設(shè)以來，課題組老師根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)，合理選擇課程內(nèi)容，改革課程教學(xué)方法，正確運(yùn)用基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式教學(xué)模式，取得較為理想的教學(xué)效果。第一，學(xué)生積極參與課堂教學(xué)，課堂氣氛活躍，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的構(gòu)建主義的教學(xué)要求，提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。第二，學(xué)生的計(jì)算思維和實(shí)踐能力有了明顯提高，能夠自覺運(yùn)用知識解決實(shí)際問題，促進(jìn)了后續(xù)課程教學(xué)效果的提高。第三，學(xué)生普遍反映這種教學(xué)方式能夠幫助他們理解操作系統(tǒng)的基本概念，建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)整體關(guān)鍵，提升系統(tǒng)程序和大型軟件開發(fā)能力。第四，近年來學(xué)生操作系統(tǒng)課程考試成績以及研究生入學(xué)考試專業(yè)課程成績均有明顯提高。許多畢業(yè)生反饋這種教學(xué)模式對于他們進(jìn)一步深造和工作都很有幫助。

四、結(jié)束語

目前，傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學(xué)模式不能滿足課程教學(xué)的要求，與實(shí)際的應(yīng)用有一定的差距，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高。針對操作系統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合操作系統(tǒng)課程的教學(xué)目標(biāo)，提出了基于知識發(fā)現(xiàn)的探究式操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式，通過設(shè)置情景，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)知識，進(jìn)而提出問題的解決方案，再通過總結(jié)比較，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力。多年的教學(xué)實(shí)踐證明，這種教學(xué)模式提高了課程的教學(xué)效果，學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力有了明顯的提高。當(dāng)然，由于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新知識、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，在教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容的安排上還需要進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅宇，鄒鵬，吳慶波，等.“操作系統(tǒng)”國家精品課程建設(shè)總結(jié)[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（14）：39-41.

[2]楊柳，胡志剛，李璽. 面向CDIO的“操作系統(tǒng)”教學(xué)改革探討與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（14）：24-26.

[3]趙正德，吳紹春，陶永振.“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)改革與建設(shè)的研究與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（14）：16-18.

[4]胡一之. 調(diào)動學(xué)生積極性，提高“操作系統(tǒng)”課的教學(xué)質(zhì)量[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（14）：92-93.

[5] 金海東，徐云龍.“操作系統(tǒng)”課程中進(jìn)程同步互斥教學(xué)研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2009，（14）：60-62.

[6]左萬歷，趙東范，閆昭.操作系統(tǒng)課程的多角度教學(xué)模式探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（12）：103-106.

[7]牛玲，丁新慧.基于任務(wù)驅(qū)動的操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].周口師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，29（2）：113-115.

[8]劉曉平，陳欣，李琳，等.面向操作系統(tǒng)課程的“啟發(fā)—探究式”教學(xué)方法初探[J].計(jì)算機(jī)教育，2011，（2）：50-53.

（責(zé)任編輯：王意琴）