于 群，王秀麗，楊曉霞，王雅琴

（1.山東農(nóng)業(yè)大學信息科學與工程學院，山東 泰安 271018）

一、引言

操作系統(tǒng)作為軟件的核心，控制和管理整個計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源，并合理地組織調(diào)度計算機的工作和資源分配，提供給用戶和其他軟件方便的接口和環(huán)境［1］。講授操作系統(tǒng)的“操作系統(tǒng)原理”是計算機科學及相關專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課程，該課程的特點是內(nèi)容繁多，理論性強，概念、原理、算法比較抽象難懂。作為授課教師，如何讓學生了解和掌握現(xiàn)代計算機操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、基本方法和實現(xiàn)技術，如何使這門課教學的效果得到改觀，是一個需要我們思考和解決的問題。

PBL ( Problem-Based Learning，PBL)強調(diào)以學生的主動學習為主，而不是傳統(tǒng)教學中的以教師講授為主[2]。是以問題為學習的起點，案例分析是教師先講解教材，在學生掌握一定的知識前提下，然后做案例分析，發(fā)揮問題對學習過程的指導作用，調(diào)動學生的主動性和積極性[3]。TBL ( Team Based Learning，TBL) 由教師提前確定教學內(nèi)容和要點，學生根據(jù)教學內(nèi)容和要點進行課前閱讀和準備；課堂教學時間用于進行個人測試、小組測試和應用性練習[4]?？紤]將TBL 與PBL 相結(jié)合，取長補短，在“操作系統(tǒng)原理”教學中融入此理念，進行教學改革與探討。

二、PBL與TBL組合式教學模式的過程設計

將PBL與TBL組合教學模式在操作系統(tǒng)原理課程部分內(nèi)容中中開應用，的具體教學過程設計如圖1 所示，整個教學過程按照設計準備、問題設計、組內(nèi)探究、匯報交流和考核評價進行。

圖1 PBL 與TBL 組合式教學過程

1.設計準備

受教學條件以及教學班人數(shù)等的限制，大部分的教學還是以“填鴨式”講解為主，學生也有一定的依賴性，缺乏主動發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。與傳統(tǒng)的教學模式相比，PBL 與TBL 組合式教學模式創(chuàng)設問題情境，以學生和問題為主，教師提供引導和支持，學生主動獲得相關知識內(nèi)容，通過團隊小組合作改善學生課堂表現(xiàn)，增強學生學習的積極性，進而提高學習效率和學習效果。

PBL 和TBL 組合式教學模式要提前明確教師和學生的任務，教師準備課程內(nèi)容相關的引導問題，提出具體要求，小組的表現(xiàn)和分工作為成績考核的一部分；對學生的學習能力要求也較高，每位學生都必須參與并安排有不同的任務，在課下進行自由分組并明確各自任務，每組選出一個組長負責本組內(nèi)協(xié)調(diào)組織工作。

2.問題設計

我們選取操作系統(tǒng)中比較有趣味性的一節(jié)內(nèi)容死鎖作為案例，設計PBL 和TBL 組合式教學內(nèi)容。在學習這部分內(nèi)容時，我們結(jié)合以下幾個問題來進行： ①什么是死鎖②為什么會產(chǎn)生死鎖? ③產(chǎn)生死鎖的條件有什么? ④有什么辦法可以解決死鎖？

教師需要提前布置學生進行預習和思考，在進行教學過程設計時可首先向?qū)W生提出第一個問題，計算機中什么樣的情況屬于死鎖?引導他們思考由于多個進程爭奪資源造成的一種僵局，而這種僵局若無外力，進程將無法向前推進。此時，教師再提出第二個問題，為什么會產(chǎn)生死鎖? 并結(jié)合一個生活中的簡單實例-過橋問題來引導學生思考解決方案。問題定義：一條河上有一座橋，橋面很窄，只能容納一輛汽車通行，如果有兩輛汽車分別從橋的左右兩端駛上該橋則會出現(xiàn)沖突情況，兩輛汽車都無法過橋。通過這個貼近生活的實例大家討論解決辦法，橋是互斥資源，一個使用另一個就需要等待，或者如果有兩架橋，一個行駛由東向西的車輛，一個行駛由西向東的車輛，可以避免這種僵局的發(fā)生。進而提出第三個問題，死鎖產(chǎn)生的必要條件？ 通過對剛才問題的分析和討論，我們發(fā)現(xiàn)如果資源是不是互斥資源（具有排他性），不會發(fā)生死鎖；如果進程獲得的資源未使用完畢之前，不能被強行奪走；進程占有保持了一個資源又提出新的資源；資源的相互申請等待中形成了進程資源的循環(huán)等待鏈。通過大家討論，為使系統(tǒng)不發(fā)生死鎖，必須破壞死鎖的四個必要條件，或者允許死鎖發(fā)生時能夠檢測出死鎖，并有能力實現(xiàn)恢復。這個問題時本章內(nèi)容的重點，通過教師的引導讓學生按照預防死鎖、避免死鎖、死鎖的檢測和解除進行詳細的探討、學習、查閱學習資料，最終形成完整的知識鏈匯報本節(jié)內(nèi)容。

三、PBL與TBL組合式教學在“操作系統(tǒng)”課程中的實施

1.分組結(jié)合

分組結(jié)合側(cè)重對學生的學習過程和學習能力等方面的監(jiān)控，教師學生分工合作，共同達成學習目標培養(yǎng)學生的理解力、表達力以及合作精神。在對學生分組時要根據(jù)學生的實際學習情況，結(jié)合本班的實際情況確定每組的人員，每組4-5 人為宜，如男女生比例，基礎好基礎差學生比例，考研與不考研學生比例等，要達到合理的梯度搭配；選擇一名協(xié)調(diào)能力和學習能力較強的同學為組長，負責協(xié)調(diào)組內(nèi)匯報展示、回答問題時的組員順序和提出問題時的代言人，以及與其他組的交流。同學們在遇到困難時，可以共同探討，暢所欲言，在團結(jié)合作的氛圍中掌握知識點。

2.組內(nèi)探究

以操作系統(tǒng)中的死鎖部分的內(nèi)容為例，按照教師設計的四個問題“①什么是死鎖②為什么會產(chǎn)生死鎖? ③產(chǎn)生死鎖的條件有什么? ④有什么辦法可以解決死鎖？ ”，以及教師對問題的引導進行組內(nèi)分工合作探討、學習。通過大家討論，為使系統(tǒng)不發(fā)生死鎖，必須破壞死鎖的四個必要條件，或者允許死鎖發(fā)生時能夠檢測出死鎖，并有能力實現(xiàn)恢復。這是這部分內(nèi)容的重點和難點，組內(nèi)探討如何動態(tài)申請資源，使系統(tǒng)避免進入不安全狀態(tài)。教師要在大家討論結(jié)果的基礎上及時總結(jié)，避免進入不安全狀態(tài)就可以避免進入死鎖，引出避免死鎖的經(jīng)典算法—銀行家算法。小組成員通過思考和討論教師提出的問題，理清了進程死鎖的相關概念，死鎖產(chǎn)生的原因，重點解決了死鎖避免，通過銀行家算法的實現(xiàn)避免死鎖，這樣更容易建立這些概念之間的聯(lián)系，有利于學生深入掌握操作系統(tǒng)基本概念和原理。

3.匯報交流

學生組內(nèi)分工，溝通討論，討論教師提出的問題。每位同學的表現(xiàn)都會影響本組的表現(xiàn)，評定成績以小組為單位。由小組學生來講解ppt，教師進行過程控制和點評，進一步培養(yǎng)學生學習的主動性和思維表達能力。某小組整理匯報死鎖知識鏈如圖2所示。

4 效果分析改進

操作系統(tǒng)課程本身的理論性、綜合性較強，我們探索一種PBL 和TBL 相結(jié)合的教學模式，通過選取部分課程內(nèi)容進行教學實踐證明，打破傳統(tǒng)教學以講授為主，在正常的LBL 教學之外開展PBL和TBL 教學，此環(huán)節(jié)中角色轉(zhuǎn)變： 學生——主體地位，教師——引導、幫助和指導。這種教學模式強調(diào)和鼓勵學生積極主動學習，重視培養(yǎng)學生分析和解決實際問題能力，學生文獻檢索、邏輯推理、口頭表達、團隊精神和合作能力得到提高，可以提高學生出勤率，改善課堂氣氛。有助于在其他課程教學、畢業(yè)設計、就業(yè)、讀研深造等環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)。增加了教師與學生在課堂內(nèi)外的接觸時間和次數(shù)，師生良好關系的建立有助于教學相長。

但這種教學模式的實踐，對教師和學生的要求都比較高。教師在準備和實施教案的過程中，需要大量教學工作量，要求教師具有扎實理論知識及經(jīng)驗，設計合理的知識結(jié)構(gòu)及引導問題，嚴格把握考核內(nèi)容，提高平時成績的比例。學生也需要提高自身能力我們倡導和主動學習的意識，在團隊的合作中意識到每個人的力量是有限的，可以優(yōu)勢互補共同完成更加復雜的任務，并且以強帶弱，帶動后進同學。我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如課堂討論有時候會偏離課堂重點內(nèi)容，造成課程進度拖后，小組內(nèi)有“打醬油”現(xiàn)象存在等。我們在PBL 和TBL相結(jié)合的教學模式中精選部分課程內(nèi)容減少較大規(guī)模的課堂討論，舍棄部分不適合的課堂學習內(nèi)容，小組內(nèi)成員在不同的內(nèi)容主題的討論中角色要互換，增加組內(nèi)平時表現(xiàn)一般的同學匯報的機會，允許組內(nèi)成員補充，共同促進課程的學習。