操作系统课程启发式教学方法探索
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作者:赵静文 刘翔 石蕴玉 汤显
摘要：传统的以知识讲解为主的操作系统课程教学，无法激活学生学习兴趣，导致学生解决问题能力欠缺，创新能力不足，无法满足社会及企业的需求。实践表明，探索启发式和研究性教学，不仅能够提高操作系统课程的教学成效，而且能转换学生的学习方式，帮助学生从根源理解问题，加深学生的思考深度，提高学生独立思考、团队合作及创新能力，甚至可以将操作系统专业知识中的哲学道理应用到生活中，多方位提高学生的个人能力。
关键词：操作系统;内存管理;启发式教学;独立思考
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）10-0240-02
一、教学现状和问题
近年来社会及企业对于计算机人才需求猛增，但学生对计算机学科知识缺乏深入思索，理解浅薄，无法应对公司层出不穷的突发问题。操作系统课程作为一门内容涵盖广、涉及多门先行课程的重点课程，内容复杂多样，抽象难懂[1]。尤其对于以应用型人才为培养目标的院校来说，以传统的教学方式进行教学，原本内容繁多的课程愈发枯燥难懂，学生缺乏学习动力，难以获得成就感，很难自主学习提高个人学习及实践能力。为了改变这一现状，需要对传统教学方法进行反思，并在不断尝试中探索适用于激发学生兴趣、培养学生能力的教学方法。
二、启发式教学方法讨论
以教师为主体的教学模式不易调动学生的积极性，容易陷入知识灌输、忽视学生能力培养的旋涡。与之相反，启发式教学充分考虑教学的本质，强调以学生为学习的主体，教师作为辅助角色调动学生学习积极性[2];强调在系统学习知识的同时，完成对学生智力的开发，培养学生独立思考的能力;强调对学生内在学习动力的激发，培养学生的自学能力;强调理论知识的应用，通过实践实现理论应用化，培养学生的创新能力[3]。以下分别以“调度算法有什么用”和“内存空间如何管理”为例，提出启发式教学的两种实现方法和教学目标，引入启发式教学方法并对其进行探讨。
“内存空间如何管理”引导学生通过独立思考提出解决策略，通过小组合作提交本组内存管理解决方案初级版本，继而小组间进行头脑风暴，指出其他组所提内存管理方法的不足及优点，并在小组内开展讨论，对本组方案加以修正，提交小组管理方法修正版。最终由教师教授学生现今操作系统所用内存管理策略，引导学生指出现存方法的不足，并提出所设想可能的解决方法。“调度算法有什么用”以一道贴近生活的问题引入，让学生主动并积极地思考在有先后安排限制的条件下如何安排工作顺序可以获得最高的效率，通过此问题帮助学生完全凭借个人独立思考得到对“调度”概念的清晰认知，具备浓厚的成就感，此时提出“若你面对计算机中的若干进程，你会如何安排让CPU的效率更高”迫使学生对进程调度展开拓展性独立思考。
三、辩论式启发
1.课前准备。课前教师通过对学生的性格和能力做初步了解，为之后小组人员分配做准备，并在本节授课前讲授程序的装入和链接、内存管理的功能等基础知识;布置学生了解内存空间的物理组成，以便在课堂讨论快速进入思考。
2.分组。在了解学生个性的基础上合理分配小组成员，将能力相对较好、基础薄弱、积极性高、活跃、性格内向等性格迥异但明显互补的学生分散在每个小组，为促进学生之间互相促進、互相学习创造条件。当对学生提出内存空间如何管理的问题时，每位学生都有自己的想法，但由于知识储备量、思考方式不同，每个人提出的管理策略均存在亮点与明显不足，小组间可通过讨论修改存在缺陷的部分，得到小组内存管理方案的初级版。
3.头脑风暴。在小组讨论前，教师提出一个可类比于内存管理的贴近生活的问题：“假设一家公司共100人，老板承诺为100人提供住宿，但这家公司只能满足50人的住宿，公司老板如何利用现有资源满足100人的休息要求？[4]”并以普遍存在的轮班制引导学生提出错开时间使用宿舍的解决方式，帮助学生在内存管理解决方案思考中拓宽思路，向虚拟内存的方向思考。在组内和组间讨论中，对于内存管理解决方案涉及的每个点，每个人对其他人提出的观点不断提出追问，迫使双方深入思索，直到一方自陷矛盾无言以对，从而得到对这一点的最佳解决方法，即在不断辩驳中反思不足，形成每组内存管理解决方案的修改版。
4.知识讲授。教师结合学生所提方案引入现今操作系统所用内存管理策略，让学生和所在小组提出的解决方法作对比，分别指出本小组所提方法和现存方法的不足，并提出所设想的可能的解决方法。最后由教师对小组方案和现今方法作对比，从用户使用角度提出各自存在的优点及不足，促进学生对本堂课提出方案的反思，加深对于内存管理现有方法的认识，并通过实例教导学生针对项目提出方案解决问题最终的目标是满足用户需求。
四、贴近生活式引导思考
1.提出问题。在进程调度课程开始前，教师向学生提出问题：“A同学正在学习蒸鸡蛋，打鸡蛋需要1分钟，切葱花需要2分钟，搅拌鸡蛋需要2分钟，洗锅需要2分钟，烧水需要6分钟，蒸鸡蛋需要8分钟，他完成这些工作一共用了21分钟。你认为他的工作安排合理吗？若是由你来完成，你会如何安排蒸鸡蛋的步骤？你认为最少花多长时间可以蒸熟鸡蛋？”以这道题引入，让每个学生经过思考后发表自己的意见。每位学生发表个人意见后，教师再次提出问题，此次不再是简单的生活问题，而是一个简单的进程调度的题目，根据多个进程的运行时间和优先级安排调度算法，继续由每位学生自主思索并记录自己的解决策略，并向全班汇报自己的策略具备何种功能，教师对每位学生提出算法的优点进行表扬，通过此种方式提高学生的自信心和思考的积极性。
2.知识学习。教师在每次提问后结合课本讲授相关概念，在蒸鸡蛋的思考后讲授进程调度的概念，在各自进程调度策略功能的汇报后讲授进程调度的时机、目标以及调度性能的评价标准，带领同学们一起对自己提出的调度方法做出评价，反思自己方法的缺点及改进方法。教师在学生独立思索及反思后介绍常用的进程调度算法，并由学生对这些算法做出评价，对比自己提出的解决策略，思索进一步改进的方法，加深对进程调度的理解。 3.应用于生活。教师在课程基本内容讲授之余，提议学生联系课程开始的蒸鸡蛋问题，引发学生对生活的思考，教导学生科学管理自己的时间，学习进程调度算法的思想，根据个人任务的优先级及先后顺序合理安排时间，达成时间的高效利用。
五、结语
科学技术迅猛发展，现今社会上的教学方法不断创新并投入实践，每种方法都有自己的针对性，并取得相应的成果。在这些创新和实践中，教师作为教学工作核心的要素，肩负重任。但最重要的是，不能忘记教学的本质目标是学生的学习，因此必须突出学生的主体地位，根据学生和课程的特点灵活选择教学软硬件，加强学生的课堂参与度，激发学生的内在学习动力，培养学生的自学能力;加深学生对知识点的思索，完成对学生智力的开发，培养学生独立思考的能力;通过加大课堂实践巩固学生对知识点的掌握，实现理论应用化，培养学生的创新能力。以培养应用型人才为目标的院校实践表明，探索启发式和研究性教学，不仅能够提高操作系统课程的教学成效，而且能转换学生的学习方式，帮助学生从根源理解问题，加深学生的思考深度，提高学生的独立思考和创新能力，满足社会和企业的需求，并且可以将操作系统专业知识中的哲学道理应用到生活中，全面提高学生的个人能力。
参考文献：
[1]汤小丹，梁红兵，哲凤屏，等.计算机操作系统[M].第4版.西安：西安电子科技大学出版社，2014：153-157.
[2]马晓丹，尹淑欣，邰建华.操作系统课程知识体系构建及研究性教学探索[J].高师理科学刊，2019，（1）.
[3]陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].第2版.北京师范大学出版社，2007.
[4]李凌云，田生文.操作系統课程多元化教学方法探讨[J].中国现代教育装备，2019，（1）.
Exploration of Heuristic Teaching Methods for Operating System Courses
ZHAO Jing-wen， LIU Xiang， SHI Yun-yu， TANG Xian
（School of Electronic and Electrical Engineering， Shanghai University of Engineering Science，
Shanghai 201620， China）
Abstract：Traditional teaching of operating system course based on knowledge explanation cannot activate students' interest in learning，resulting in students' lack of problem-solving ability and innovation ability，unable to meet the needs of society and enterprises.Practice shows that exploring heuristic and research-based teaching can not only improve the teaching effect of operating system courses，but also transform students' learning methods，help students understand problems from their roots，deepen students' thinking depth，improve students' independent thinking，teamwork and innovation ability，and even apply philosophical principles learned from operating system professional knowledge to life，finally improve students' personal abilities in many ways.
Key words：operating system;memory management;heuristic teaching;independent thinking
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