基于任务驱动的“操作系统”教学方法研究

武　伟　魏　晓

摘要:“操作系统”是计算机科学与技术专业和软件工程专业的主干课程之一。由于课程的理论性强,概念抽象,难于理解,造成了学生学习的困难。本文在“任务驱动”教学法的理论指导下,设计了适合“操作系统”课程教学的任务,并在教学中加以应用。通过几年的实践,形成了“操作系统”课程建设和课堂教学的一些新思路和新观点,并得到了同行和学生的认可。

关键词:操作系统;任务驱动;教学改革

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

操作系统是计算机系统最核心、最基础的系统软件。操作系统的原理及实现方法是从事计算机专业的人员必须掌握的基本知识。在CC2004中,“操作系统”是计算机科学与技术专业 和软件工程专业的主干课程。因此,教授好“操作系统”课程,是计算机科学与技术专业和软件工程专业必须做到的基本要求。同时,“操作系统”又是一门理论性较强的课程,一些应用型本科院校的学生对该门课程的重要性认识不足,因此,如何把操作系统理论与实践相结合,设计出一种能够引起学生兴趣的教学方法,是摆在“操作系统”教学人员面前的一个课题。

随着计算机软件技术和硬件设备的不断发展,计算机操作系统的发展已经今非昔比。随着操作系统的发展,课程内容也在不断更新充实,在教学中,如何把握课程的发展方向,课程重点是什么,学生应该理解和掌握的内容是什么,如何把所学理论知识应用到实践中去,都是课程建设中应该思考的问题。

2 “操作系统”课程特点

根据笔者的教学经验,认为“操作系统”课程在教学过程中有以下特点:

(1) 专业知识涉及面广,知识结构分散

“操作系统”课程所需要的基础知识面较广,必须具备“高级语言程序设计”、“数据结构”、“计算机组成原理”、“计算机体系结构”等多门课程的计算机专业知识。学生在知识结构不完备,缺乏系统性训练的情况下,要学好操作系统是不容易的,一些学生只求考试获得通过。因此,只能采取死记硬背的学习方式,学习效果较差,教学质量无法得到保障。

“操作系统”课程涉及到处理器管理、存储器管理、I/O设备管理、文件管理和用户接口等五个专题,每个专题的知识结构相对独立,专题与专题之间的联系不太密切。这造成了教师在授课中难以把握重点,学生学习没有条理性等问题。

(2) 实践环节薄弱,理论难以联系实际

研究型大学的实践环节,可以以剖析操作系统的内核,编制部分操作系统模块为目标;但在应用型本科院校,学生如果以上述目标作为实验环节是有困难的。学生的基础知识不够扎实,研究能力不够强,这些都导致了“操作系统”课程的实践环节相对薄弱。一些学生学习完操作系统后,死记硬背了一堆理论知识,却不知道这些知识将怎样应用。学完课程不久,所背理论知识也就遗忘殆尽。

(3) 理论性强,概念抽象,不易理解

“操作系统”课程主要讲授操作系统原理,算法设计及实现方法。课程理论性强,概念抽象,既有系统结构设计策略,又有核心模块的设计思想,内容庞杂,涉及面广,对于这样的课程,学生的学习积极性不高。

3任务驱动教学模式研究

3.1理论依据

任务驱动教学法是一种建立在建构主义基础上的教学方法。它强调教学活动应该通过设计一项重大任务或问题以支撑学习者积极的学习活动,帮助学习者成为学习活动的主体。设计真实的、具有挑战性的、开放的任务环境和问题环境,诱发、驱动并支撑学习者探索,提供机会并支撑学习者同时对教学内容和教学过程进行反思与调控。

所谓“任务驱动”是学习者通过完成教师布置的任务,将自己所学的知识与技能能够真正内化。其中任务蕴含了学习者应该掌握的知识与技能,也蕴含了学习者需要的能力训练要求。而且学习者完成任务的过程应该是一个不断提出问题、解决问题的过程。学习者的学习过程必须与任务的主题相结合。

3.2教学实践

由于“操作系统”课程在计算机领域有举足轻重的作用,学生能否学好该课程,对其未来发展有重大影响。因此,采用新的,能够引起学生对操作系统兴趣的教学方法,是我们在课程建设中要重点解决的问题。

我们希望,通过本门课程的学习,学生不但能够掌握操作系统的基本理论、设计思路及实现方法,还要培养自主学习的能力和终身学习的思想,为其今后的发展打下良好的基础。

基于上述想法,我们在“操作系统”课程的课堂教学中推行“任务驱动”教学法。通过与推行改革之前的教学方法比较,采用“任务驱动”教学法后,学生对理论知识的掌握明显优于以前,自主学习能力逐渐培养起来,更加具有研究开拓,不断进取的思想和能力。

4任务驱动教学法的应用

任务驱动教学法实施一般可分为任务设计、分析探索和效果评价等3个阶段。

4.1任务设计阶段

在“任务驱动”教学法中,任务的提出是前提条件,是整个教学环节的核心。任务设计的好坏,直接决定着教学效果的成败。因此,任务设计是“任务驱动”教学法的第一步,也是整个教学环节的关键。

教师要站在稍超前于学生智能发展水平的高度上,提出有利于学生掌握技能、获取知识的有意义的任务,设计的任务应能激发学生的学习兴趣。教师在实践教学中若能创造一种真实的问题情境,无疑能提高学生的求知欲。

任务的设计要有明确的目标,只有任务明确、编排合理方能达到预期的效果,教师要在学习总体目标的框架下,根据学生认知规律把知识点分成一个个相对容易完成的小任务。这些任务与任务之间不是孤立的,而是互相联系、相辅相成的,通过小任务由简单到复杂,循序渐进地完成。任务设计应注意学生的个体差异,分别提出恰当的基本目标、发展目标。基本目标通过努力人人都应达到,而发展目标则可以鼓励学有余力的同学继续追求,从而培养学生积极探索、勇于开拓的精神。

根据学生的认知水平及课堂教学的不同阶段,任务的形式一般有三种:

(1) 第一种形式:任务要求非常明确,有统一的模式,学生根据教师布置的任务,只需完成一两个知识点的任务即可。如在存储管理中给学生讲授了固定分区的思想之后,要求学生设计出固定分区管理的数据结构。这种形式比较适合于教学的初级阶段。

(2) 第二种形式:任务的一部分内容是教师明确要求的,另一部分允许学生自由发挥。如在讲解了连续分区存储管理之后,分析连续存储管理方式的缺点,要求学生设计一种离散存储管理方式,方法不限,给学生留有发挥的余地。这种形式比较适合于教学的第二阶段。

(3) 第三种形式:教师只给出任务的原则性的要求,大部分内容由学生自由发挥。如给学生介绍在大型系统中,对读盘的速度要求很高,要求学生对信息传输所花时间进行分析,找出主要矛盾,并设计一种或几种调度算法优化读盘速度。这种形式适用于学有余力的同学发展其积极探索、勇于开拓的精神。

4.2分析探索阶段

分析任务是任务驱动法中必要的环节。教师对任务进行适当的分析,有利于学生在探究学习中少走弯路,减少盲目性。一般来说,任务给出后,教师不要急于讲解,应该先让学生讨论、分析任务,搜集相关的资料,分析完成任务需要做哪些事情,存在哪些问题。如果完成任务的知识没有学习过,即含在任务中的新知识点,这也是任务所要解决的问题。

教师对任务分析之后,就是学生自主探索的阶段。这是学生学习知识技能的阶段,在这一过程中,教师尽量不要直接告诉学生如何去解决面临的问题,可以进行适当的启发,给出合理建议,提供学生所需的资料,也可以参与其中讨论。教师设计的任务可以由学生个人完成,也可以分小组完成。“任务驱动”教学法的任务是使学生成为学习主体。

4.3总结评价阶段

由于学生认知水平及时间的限制,学生完成了任务并不等于完成了知识技能的建构。还必须对任务完成情况进行分析评价,对学生设计的方案进行总结反思,分析其完成任务过程中的得失。

评价的第一阶段是教师参与学生的总结性讨论,对存在问题进行分析,对不完善的地方做相应的修改,如有必要,可以在班级集体交流中进行讨论,从而培养学生的科学精神。

评价的第二阶段是教师对学生完成任务的方案及实施方法给予评价和总结。评价的内容包括:学生是否完成了对新知识的理解、掌握和熟练应用,以及学生自主学习的能力,同学间相互协作的能力和创造性,解决问题的能力如何等等。教师的评价应注意保护学生的自尊心和信心,充分肯定其优点,使学生体验到成功者的快乐,以保持良好的学习势头。

评价活动主要是学生和学生之间以及学生与教师之间的交流,也是一个合作学习的机会。在这样一个合作性的集体中,具有不同知识结构、不同思维方式、不同风格的学生,可以在交流过程中互相启发、互相补充,在相互交流中产生新的认识。而教师也可从学生的一些创意作品中得到启发,达到教学相长的效果。任务评价活动使教师和学生在某种程度上都得到了发展。

教师对学生的评价不仅是学生成果的静态评价,还包括学习过程的动态评价。通过教师的点评帮助学生总结完成任务的过程和方法,促使学生反思自己的思路和行为,把所学的知识和技能消化。

5结束语

通过教学改革,“操作系统”课程已经由原来学生不愿意听课,只求能够过关的课程,变成了最爱上的课程之一。学生在课程的学习过程中,不但学到了操作系统的基本知识,而且学会了科学思考问题的方法,考试成绩及能力培养双丰收,经过几年的实践,“任务驱动”教学法在“操作系统”课程的教学中取得了明显的成效,使“操作系统”这样一门原来大家都认为难教的课程,成为最受学生欢迎的课程之一,受到了同行的肯定和学生的积极参与。

目前,我们正在研究如何深化教学改革,把改革成果推广到专业教育的各个层面,为专业教学水平的提高做出我们应有的贡献。

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