建构主义指导下的“操作系统”实验设计

2019-05-18 版权声明 举报文章

摘要:本文探讨了基于建构主义的操作系统实验教学策略设计、实验教学内容设计、实验教学情景设计、实验教学方法设计、实验效果评价设计,并以支架式建构方法给出了进程通信实验的过程及步骤。

关键词:操作系统;建构主义;实验

中图分类号:G642 文献标识码:A

文章编号:1672-5913 (2007) 22-0100-04

“操作系统”课程的教学与实验一直在计算机学科的教学计划中占据重要位置,我们进行了一些尝试和探索,摸索了用建构主义教学理论进行教学实验的一些方法,提出了操作系统实验的教学模式。

1建构主义指导实验的理论和方法

建构主义提倡在教师指导下的、以学习者为中心的学习实验,也就是说,既强调学习者的认知主体作用,又不忽视教师的指导作用。学生要成为意义的主动建构者,就要求学生在实验过程中从以下几个方面发挥主体作用:

要用探索法、发现法去建构知识的意义;

在建构意义过程中要求学生主动去搜集并分析有关的信息和资料,对所做实验的问题要提出各种假设并努力加以验证;

要把当前实验内容所反映的事物尽量和自己已经知道的事物相联系,并对这种联系加以认真的思考。

教师要成为学生建构意义的帮助者,就要求教师在实验过程中从以下几个面发挥指导作用:

激发学生的实验兴趣,帮助学生形成做实验动机;

通过创设符合实验内容要求的情境和提示相关知识之间联系的线索,帮助学生建构当前实验知识的意义;

为了使意义建构更有效,教师应在可能的条件下组织协作实验(开展讨论与交流),并对协作实验过程进行引导使之朝有利于意义建构的方向发展。

教师在现代教育技术的帮助下,努力创造条件,更多地让学生主动思考、主动发现、主动探索,从而形成一种更好地教育教学效果。就操作系统课程实验的教学与实施而言,实验本身要求要在一定的情境之下才能开展,通过学生与学生、学生与教师之间的协作,完成学习资料的搜集与分析、实验操作验证、对实验结果或现象的仔细观察、分析来形成新的认识,加深对实验原理、该实验所反映出的概念和规律的认识和理解。

2建构操作系统实验的设计

2.1实验教学策略的设计

在建构主义理论指导下,操作系统实验可依据具体的情况采用以下两种教学策略:

(1) 支架式教学策略

支架式教学为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架。这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的,为此,事先要把复杂的学习任务加以分解,以便于把学习者的理解逐步引向深入[1]。实验教学中教师围绕当前实验主题,按要求建立概念框架。将学生引入一定的问题情境,让学生独立探索。探索开始时要先由教师启发引导,然后让学生自己去分析;探索过程中教师要适时提示,帮助学生沿概念框架逐步攀升。然后可以进行小组协商、讨论,在共享集体思维成果的基础上达到对当前实验比较全面、正确的理解,最终完成对所学知识的意义建构。这种策略主要应用在设计性实验。

(2) 抛锚式教学策略

抛锚式教学要求建立在有感染力的真实事件或真实问题的基础上。确定这类真实事件或问题被形象地比喻为“抛锚”,因为一旦这类事件或问题被确定了,整个教学内容和教学进程也就被确定了[1]。实验教学中教师在具体的实验情境里,选择出与当前实验密切相关的问题作为学习的中心内容,教师不直接告诉学生应当如何去解决面临的问题,而是给学生提供解决该问题的有关线索,并特别注意发展学生的“自主学习”能力,引导学生利用以前的知识建构模块,通过协作学习来解决问题。这种策略主要应用在验证性实验。

2.2实验教学内容的设计

实验教学内容主要是由实验课程目标和学生的特征决定的。操作系统实验课程目标是:通过实验的练习,掌握操作系统相关的基本原理和调度算法,掌握现代操作系统的设计思想和方法,并具有动手设计相关功能的能力。因此,操作系统实验内容的设计应以培养学生设计现代操作系统特征的思想和方法为主线,培养学生设计和验证相关功能为主要目的。设计教学实验内容的时候,我们从基本功能的设计着手,用结构化设计的思想培养学生系统设计的能力。根据学生的知识能力、逻辑思维能力和自我建构能力以及学生的特征,我们将操作系统实验分层设置,分为验证实验和设计实验,验证实验部分是操作系统中必须掌握的基本原理及技术,设计实验则由学生根据实验要求自己的选择设计路线和方法。

2.3实验教学情景的设计

目前实验室只有微机没有多用户环境的计算机,不能提供真实的情景实验环境,为了让学生在真实的情景下进行学习,减少知识与解决问题之间的差距,我们引入虚拟操作系统的实验环境,让学生在虚拟的实验环境中完成实验的最终建构。同时,我们还引导学生利用互联网创设有丰富资源的学习情景,通过网络搜寻,得到许多不同情景的应用实例、设计方法和有关的信息资料等等,以便学习者根据自己的兴趣、爱好去主动发现和探索。在具体的教学情景中,依据实验内容创设由浅入深的问题,让学生在实验中学习,引导学生进行探究性学习,激发学习兴趣,培养创造性思维能力,使他们在发现问题、探索问题及解决问题的过程中不断获取知识、巩固知识。在实际情景教学中,应该营造同学间的互动、交流氛围,提倡合作学习、自主学习,从而达到主动建构知识意义的目的。同时为学习者提供有援学习环境,当他们遇到问题时应给予有效的援助和支持[4]。

2.4实验方法、协作实验的设计

通过实验内容的学习,学生能了解实验背景、实验原理、实验操作过程等内容。通过演示实例使学生对即将进行的实验有感性认识,并引发对提出问题的思考,激发他们对实验的兴趣。在已有知识的基础上进行实地实验,自主探索,在真实实验中培养学生的科学实验素质。

在真实实验过程中,提倡学生就实验过程中出现的疑点和难点进行组内和组外讨论交流,老师只在学生协作学习过程中加以引导和控制。教师组织学生相互交流彼此的感受,能达到共同学习,取长补短的目的。同时,教师与学生之间也可展开讨论、平等交流。在实验的各个阶段中不断反馈实验信息,教师针对反馈信息迅速分析出学生在学习中碰到的疑点难点,将这些疑点难点提出来,引导全班学生进行讨论。这样达到让学生在做实验的过程中知道实验中的重点和难点,了解实验的真正目的。

2.5实验效果评价的设计

在实验结束后,老师结合理论技术对实验情况和实验目标作出一个评价,让学生体验成功的感觉。老师评价要有艺术,主要从激发学生的学习热情着手,让每个学生都成为自己学习的胜利者。教师就实验的重点内容和疑点难点进行总结,使学生能够重新对原先探究的实验内容进行梳理、回顾和总结。

学生将整个实验过程中所获得的实验知识和数据进行整理,做出实验报告。报告中学生可以写出自己的启发和感想,自己对知识的创新,甚至后续的探究问题。教师给出评价,引导学生产生探究兴趣,培养创造性思维,鼓励学生自己进行设计性实验。

3建构操作系统实验实例

课程实验是教学活动的重要环节。实验不仅仅是对理论的验证,重要的是技术训练和能力培养,包括动手能力、分析、解决问题能力、协作能力等。它可以弥补课堂教学的不足,加深对理论过程的理解,启发学生深入思考,敢于创新,达到良好的理论联系实际的教学效果。对于操作系统课程,如果只是在课堂讲授操作系统概念、原理和结构,没有十分有力的实践环节加以配套支持,学生学完操作系统后仍然对操作系统究竟如何实现感到茫然,难于真正掌握其设计技术。基于建构理论和原则,以建立多用户文件系统管理为例,以学生的知识和技能进行建构设计。设计过程中采用支架式建构方法,如图1所示。

(1) 进程通信的工作方式

建立基于消息缓冲通信,设计客户/服务器处理方式。通过客户和服务器进程的设计,模拟进程请求发送的工作过程,加深对操作系统结构、进程的运行、进程通信、线程等概念的理解。客户进程对文件系统操作提出请求,服务器进程实现对文件的操作[5]。

(2) 进程通信的层次建构

实验的层次建构如图2所示。

(3) 进程通信的数据结构

消息缓冲通信涉及的数据结构有:消息结构(发送消息的进程标识符、消息长度、消息正文、消息缓冲区的指针)、进程控制块(消息队列队指针、消息队列互斥信号量、消息的个数)。设计中让学生自己独立探索,以数据结构课程中学过的知识选用适当数据结构来组织数据、存放数据,可以是线性表、队列和数组等。探索开始时先由教师启发引导,然后让学生自己去分析,探索过程中教师要适时提示,帮助学生沿概念框架逐步攀升。

(4) 进程通信的实现

实现过程就是按照实验计划解决问题的过程。基于消息缓冲通信的功能,学生依据个人能力和素质特点,使用消息传递机制的系统调用,以合适的程序设计方法开发设计并在Linux系统下实现。

(5) 实验效果评价

效果评价根据实验建构的方法、实现的功能、需求的满足给与评价定位。效果评价的重要意义在于依据实验任务完成的情况分析学生的自学能力、观察能力、实现技巧、思维能力等方面的特点和长处,通过学生之间的相互交流和评价,创造出一个开放式的评价机制。学生在交流和评价中锻炼了能力,弥补了不足,使实际问题解决的质量和效果得以升华。通过多设计、多实验,引导学生思考,训练了学生的思维能力,促进了学生的动手能力。

4结束语

建构主义的教学思想与现代教育技术的结合,为高校实验教学注入了新的活力。在实验教学中培养了学生独立设计、独立操作的能力,同时使学生在愉快中主动地、积极地学习和思考,使学生在实验中体验、学习。加强了学生在实验中创新意识、创新能力和实践能力的培养,促进了学生的全面发展。应用建构主义学习理论改进传统的操作系统实验教学模式,能在较短时间内使学生有效地掌握计算机操作系统的基本知识和技能,从而使学生为进一步学习计算机相关知识打下深厚的基础。

Operating System Experiment Design under the Guidance of Constructivism

Abstract: Based on the theory of constructivism, this paper elaborates the teacher-instructedstudent-centered operating system experiment teaching model. It discusses the operating system experiment teaching strategy design, experiment content design, experiment context design, experiment teaching method design and experiment effect evaluation design. It also offers the procedures and steps of process_communication experiment by applying scaffolding framework.

Keywords: Operating system;Constructivism;experiment

参考文献

[1] 何克抗. 建构主义的教学模式、教学方法与教学设计[J]. 北京师范大学学报(社会科学版),1997,(5).

[2] 李琳. 基于建构主义的“EDA技术”实验教学设计[J]. 湘潭师范学院学报(自然科学版),2006, 28(2).

[3] 黄刚. 计算机操作系统[M]. 北京邮电大学大学出版社, 1999.

作者简介

黄刚(1961-),男,江苏南京人。南京邮电大学计算机学院副教授。主要研究方向为计算机理论和计算机多媒体应用。

通信地址:南京模范马路66号 南京邮电大学计算机学院210003

E-mail:

Tel:025-83492463(O), 13390907318

基金项目:南京邮电大学教改项目“操作系统课程建设的研究与实践”(JG00406JX17)

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