“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”中操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的教學(xué)策略思考

汪昌健　陳躍新　解　語　伏西平

摘要:本文針對非計算機(jī)專業(yè)本科生“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程中的操作系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容,分析了“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”操作系統(tǒng)教學(xué)的特殊之處,并提出了根據(jù)知識分類設(shè)計基于前概念的教學(xué)策略和基于類比案例的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞:大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ);操作系統(tǒng);教學(xué)策略

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

1問題的提出

計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)旨在為非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生提供計算機(jī)知識、能力與素質(zhì)方面的教育,提高學(xué)生的計算機(jī)素質(zhì),為將來利用計算機(jī)解決本專業(yè)實(shí)際問題打下基礎(chǔ)。在計算機(jī)基礎(chǔ)課程系列中,作為第一門計算機(jī)課程,“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”發(fā)揮著重要作用,承擔(dān)著普及計算機(jī)基礎(chǔ)知識,提高學(xué)生計算機(jī)操作水平,為后續(xù)學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備的重任。

操作系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)核心組成部分。從理論學(xué)習(xí)的角度看,操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中所采用的思想與方法也被廣泛應(yīng)用在整個計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。了解操作系統(tǒng)的功能和基本工作原理,對于理解計算機(jī)系統(tǒng)的工作機(jī)理具有重要意義。從操作技能培養(yǎng)的角度看,應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)的關(guān)系十分密切,學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)知識有益于對應(yīng)用軟件的理解和對操作技能的掌握。

與計算機(jī)專業(yè)“操作系統(tǒng)”課程相比,“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”操作系統(tǒng)部分的教學(xué)存在著特殊之處:

(1) 教學(xué)目標(biāo)不同?！安僮飨到y(tǒng)”課程是計算機(jī)專業(yè)的核心課程之一,目標(biāo)是使學(xué)生掌握操作系統(tǒng)基本概念和結(jié)構(gòu),理解各子系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計方法,培養(yǎng)其操作系統(tǒng)應(yīng)用、維護(hù)、管理的能力,重在學(xué)習(xí)原理,掌握設(shè)計與開發(fā)技術(shù)。與之不同的是,“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”操作系統(tǒng)教學(xué)以基礎(chǔ)知識教學(xué)為主、操作技能訓(xùn)練為輔,目標(biāo)是使學(xué)生掌握一些系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)知識,結(jié)合操作訓(xùn)練,加深其對計算機(jī)系統(tǒng)工作機(jī)理的認(rèn)識,重在理解與應(yīng)用。

(2) 教學(xué)對象不同。計算機(jī)專業(yè)“操作系統(tǒng)”課程安排較晚,原因在于前導(dǎo)課程的教學(xué)需要一定的周期,包括“計算機(jī)程序設(shè)計”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法”、“計算機(jī)原理”等,經(jīng)過前導(dǎo)課程學(xué)習(xí)的學(xué)生建立了支持理解操作系統(tǒng)知識的知識結(jié)構(gòu),較為熟悉計算機(jī)系統(tǒng)。而“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程開設(shè)在入學(xué)之初,大部分學(xué)生缺乏系統(tǒng)的學(xué)習(xí),對計算機(jī)的認(rèn)識很多是靠經(jīng)驗(yàn)和直觀感覺獲取的,與科學(xué)概念之間存在著差距。

(3) 教學(xué)條件不同。從前導(dǎo)內(nèi)容看,“操作系統(tǒng)”課程的前導(dǎo)課程較為完善,知識結(jié)構(gòu)之間的銜接更為連貫;而“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”操作系統(tǒng)部分的前導(dǎo)內(nèi)容僅涉及計算機(jī)基本組成、基本工作原理等,知識點(diǎn)之間聯(lián)系較為松散。從課時上看,“操作系統(tǒng)”課程課時安排充分,而“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”能夠分配給操作系統(tǒng)部分教學(xué)的課時相當(dāng)有限,以我校為例,課堂學(xué)時僅4學(xué)時。從實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)看,“操作系統(tǒng)”課程開設(shè)的多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),與理論教學(xué)相呼應(yīng);而“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以操作訓(xùn)練為主,重在對操作技能的培養(yǎng)。

這些區(qū)別表明“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”操作系統(tǒng)教學(xué)不可能采取“操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)模式,要在短學(xué)時內(nèi)取得較好的教學(xué)效果應(yīng)設(shè)計更符合該課程特點(diǎn)的教學(xué)策略。雖然隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及信息技術(shù)教育在中小學(xué)的普及,越來越多大學(xué)新生的計算機(jī)基礎(chǔ)水平已經(jīng)擺脫了“零起點(diǎn)”,但是,他們對一些基本概念的理解還僅限于直觀認(rèn)知的水平,大多并不系統(tǒng)和準(zhǔn)確。大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)操作系統(tǒng)部分的教學(xué)重在理解與應(yīng)用,其內(nèi)容以基本概念為主,輔以基本操作訓(xùn)練,可以幫助學(xué)生建立基于科學(xué)概念的對計算機(jī)系統(tǒng)工作機(jī)理的正確認(rèn)知。但是,根據(jù)認(rèn)知理論,學(xué)生的學(xué)習(xí)是以其原有的經(jīng)驗(yàn)、心理結(jié)構(gòu)和信念為基礎(chǔ)來建構(gòu)知識的,學(xué)生缺乏對計算機(jī)系統(tǒng)準(zhǔn)確的認(rèn)知基礎(chǔ)必然會給大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)帶來不利的影響,增加其難度,因此,根據(jù)教學(xué)對象的認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)計教學(xué)策略就成為“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程教學(xué)研究的重要問題。

2基于遷移理論的教學(xué)策略設(shè)計

根據(jù)“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程教學(xué)對象的特點(diǎn),我們可以將教學(xué)內(nèi)容歸納為兩類,一類是學(xué)生已經(jīng)具有了一定的經(jīng)驗(yàn)和直觀認(rèn)識,但認(rèn)知不夠準(zhǔn)確或全面的知識點(diǎn),另一類是學(xué)生完全缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和背景的新知識點(diǎn)。學(xué)習(xí)是一個連續(xù)的過程,任何學(xué)習(xí)都是在學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)等的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,而新的學(xué)習(xí)過程及其結(jié)果又會對學(xué)生原有的知識經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生影響。因此,教學(xué)應(yīng)盡可能的利用其原有知識、創(chuàng)設(shè)情境,促成新知識點(diǎn)與學(xué)生原有知識之間的關(guān)系。

遷移理論是教學(xué)策略設(shè)計中的常用理論,它體現(xiàn)了新舊學(xué)習(xí)之間的相互影響。遷移是“在一種情境中技能、知識和理解的獲得或態(tài)度的形成對另一種情境中的技能、知識和理解的獲得或態(tài)度的形成的影響”(James M. Sawrey)。遷移既可以是順向的,也可以是逆向的。如果學(xué)生根據(jù)所學(xué)的科學(xué)概念解釋了操作系統(tǒng)問題,或利用原有的其他領(lǐng)域知識獲得了操作系統(tǒng)知識或解決了操作系統(tǒng)問題,這就是順向遷移;如果學(xué)生原有的知識不嚴(yán)謹(jǐn)、不全面、不正確,不足以支持對操作系統(tǒng)的理解,需要通過教學(xué),在肯定原有知識合理性的基礎(chǔ)上,對其進(jìn)行補(bǔ)充、改組或修正,這就是逆向遷移。

2.1基于前概念的教學(xué)策略

基于前概念的教學(xué)策略主要針對學(xué)生已經(jīng)具有一定觀念的知識點(diǎn),教師應(yīng)在肯定或者補(bǔ)充學(xué)生概念的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)教師的引導(dǎo)。學(xué)生在科學(xué)領(lǐng)域?qū)W習(xí)某一概念和原理之前,根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)或在學(xué)校教學(xué)情境中,對事物和現(xiàn)象的正確或不正確的看法和觀念,稱為前概念。前概念與錯誤概念不同,它可以與科學(xué)概念一致,只是缺乏嚴(yán)謹(jǐn)而科學(xué)的表述,對于這部分概念,教師只要稍做引導(dǎo)即可;它也可以與科學(xué)概念相沖突、甚至相悖,對于這部分概念,教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念,試著去理解其合理性,進(jìn)而對概念進(jìn)行補(bǔ)充修正,實(shí)現(xiàn)知識的逆向遷移。根據(jù)我們的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),大學(xué)新生的前概念相當(dāng)普遍,如表1所示:

學(xué)生持有的前概念對于科學(xué)概念的學(xué)習(xí)既可能產(chǎn)生積極影響,也可能導(dǎo)致消極影響。利用與科學(xué)概念基本一致的前概念進(jìn)行教學(xué),教師只需對這些前概念做適當(dāng)引導(dǎo)即可獲得較好的教學(xué)效果,這并非研究的重點(diǎn)。與科學(xué)概念相沖突的前概念卻可能給教學(xué)帶來負(fù)面影響,學(xué)生的操作系統(tǒng)前概念大多是基于自身對計算機(jī)系統(tǒng)的觀察和以及計算機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)而形成的,通過直觀經(jīng)驗(yàn)建立起的前概念通常具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性,擁有這些與科學(xué)概念相沖突的前概念,學(xué)生往往難以接受科學(xué)概念。

實(shí)現(xiàn)前概念向科學(xué)概念逆向遷移的首要條件是引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突,使得學(xué)生不滿意自己的觀點(diǎn),認(rèn)識到已形成概念的不足和不合理的地方,意識到新概念對于自己的價值,從而做好將新概念內(nèi)化為自己知識體系內(nèi)容的心理準(zhǔn)備,提高教學(xué)的實(shí)效性。在“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”的操作系統(tǒng)教學(xué)中可以采取有針對性的設(shè)計實(shí)例或反例,或創(chuàng)設(shè)具體情境或背景的方法,使學(xué)生原有的操作系統(tǒng)觀念無法解釋新現(xiàn)象,轉(zhuǎn)而接受更為合理的科學(xué)概念。

下面,以并發(fā)概念為例說明前概念向科學(xué)概念逆向遷移的方法。一般學(xué)生操作計算機(jī)時都會有同時運(yùn)行多個應(yīng)用程序的經(jīng)驗(yàn),如使用QQ聊天,同時使用MP3播放器聽音樂,甚至還瀏覽網(wǎng)頁、處理郵件等,但不會感覺到明顯延遲。教學(xué)中可以基于這些直觀認(rèn)識引入并發(fā)概念。但是根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界的經(jīng)驗(yàn),學(xué)生通常會認(rèn)為在同一時間內(nèi)有不同程序的多條指令在計算機(jī)中執(zhí)行,如果排除高級體系結(jié)構(gòu)、多CPU等因素,這顯然與常用微機(jī)系統(tǒng)存在著不一致,此時如果提示學(xué)生注意只有一個CPU,即在同一時間內(nèi)只可能有一個程序的一條指令能夠獲得執(zhí)行,前概念認(rèn)知就無法和實(shí)際系統(tǒng)相統(tǒng)一,從而引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。教師繼續(xù)就該問題連續(xù)提問獲取不同回答,則會進(jìn)一步激化這種沖突,激起學(xué)生的求知欲,促使其積極思考。此時教師再適時提出正確的概念表述,科學(xué)概念就會很容易排除前概念的穩(wěn)定性影響,得到學(xué)生的認(rèn)可與接受。在原有觀念被修正的同時,學(xué)生對并發(fā)概念的認(rèn)知也進(jìn)一步深入。過程如圖1所示:

2.2基于相似情境的教學(xué)策略

一般而言,“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”中的操作系統(tǒng)內(nèi)容比較淺顯,以基本概念居多,大多可以通過日常經(jīng)驗(yàn)或在教學(xué)情境中形成前概念,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)。但是,也有一些涉及計算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理的基本原理、主要技術(shù),受實(shí)驗(yàn)條件所限,很難獲取直接經(jīng)驗(yàn),加上缺乏必要的前導(dǎo)知識,學(xué)生理解難度較大。學(xué)習(xí)是基于已有的知識經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)等進(jìn)行的,因此,對于這些缺乏經(jīng)驗(yàn)和背景的知識點(diǎn),應(yīng)采取不同的教學(xué)策略。我們可以從社會文化背景出發(fā),創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的情境和背景,使其能夠在已有生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建構(gòu)知識體系。常用的方法之一就是根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)設(shè)計相似情境,通過相似情境向新知識點(diǎn)的順向遷移實(shí)現(xiàn)教學(xué)。一個好的相似情境不僅易于實(shí)現(xiàn)向新知識點(diǎn)的順向遷移,使學(xué)生更容易理解和接受新知識點(diǎn),而且能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

下面以進(jìn)程三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程為例,說明基于相似情境的教學(xué)方法。該知識點(diǎn)屬于操作系統(tǒng)基本原理,難以通過操作獲取直觀經(jīng)驗(yàn),我們選擇排隊(duì)就診作為相似情境來闡釋進(jìn)程狀態(tài)的變化過程,幫助學(xué)生理解。

進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換與排隊(duì)就診之間的概念對應(yīng)關(guān)系如表2所示(假設(shè)只有一個醫(yī)生,一隊(duì)病人)。

設(shè)計的排隊(duì)就診相似情境流程如圖2(a),進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程如圖2(b)。

雖然設(shè)計的排隊(duì)就診流程與現(xiàn)實(shí)存在著一定差別,但是由于排隊(duì)就診是日常生活中的情境,因此,學(xué)生擁有足以理解該設(shè)計流程的經(jīng)驗(yàn)背景。依圖2可知,設(shè)計的流程與進(jìn)程三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程具有很大的相似性,基于上述的概念映射關(guān)系,學(xué)生很容易實(shí)現(xiàn)從排隊(duì)就診流程向進(jìn)程三種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的順向遷移,理解并接受新知識點(diǎn)。

3結(jié)束語

“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”是普通高等學(xué)校計算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的重要課程,操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的重要地位決定了相關(guān)知識必然是該課程教學(xué)的重要內(nèi)容。由于教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)對象和教學(xué)條件的差異,操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的教學(xué)歷來是“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程的一個難點(diǎn)。本文根據(jù)這些特點(diǎn)以及教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),在知識分類的基礎(chǔ)上,對“大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”操作系統(tǒng)教學(xué)策略進(jìn)行了一些探討。實(shí)踐表明,這些教學(xué)策略較好地解決了學(xué)生聽操作系統(tǒng)內(nèi)容枯燥、理解操作系統(tǒng)概念難的問題,不僅活躍了課堂氣氛,而且更易于學(xué)生理解和接受操作系統(tǒng)基本概念、基本原理和方法,改善了教學(xué)效果?！按髮W(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)”課程還在不斷發(fā)展完善中,隨著社會的進(jìn)步,該課教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)對象、教學(xué)條件等因素也在不斷發(fā)展變化,相關(guān)的教學(xué)策略的研究也將繼續(xù)。

參考文獻(xiàn):

[1] 陳琦,劉儒德. 當(dāng)代教育心理學(xué)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2005.

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