基于元認知的操作系統(tǒng)實驗教學方法探討

鄭 曉 菊

(韓山師范學院，廣東 潮州 521041)

ZHENG Xiao－ju

(Hanshan Normal University，Chaozhou Guangdong521041)

基于元認知的操作系統(tǒng)實驗教學方法探討

鄭 曉 菊

(韓山師范學院，廣東 潮州 521041)

結合操作系統(tǒng)學科實驗特點，探討了元認知對學生學習的影響。在此基礎上，提出了基于元認知的操作系統(tǒng)實驗教學策略，以提高學生的操作系統(tǒng)課實驗技能。

元認知;操作系統(tǒng);實驗教學

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，是其他軟件運行的基礎。操作系統(tǒng)課程具有概念抽象、原理性強、技術更新快等特點。其實驗課是理論與實踐相結合的平臺，目的是使學生在動手實踐中深入理解操作系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，掌握相關技術。目前高校越來越重視實驗教學，且隨著網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的發(fā)展和嵌入式操作系統(tǒng)的廣泛商業(yè)應用，學生對實踐的渴望也越來越強烈。然而，操作系統(tǒng)實驗教學中存在著實驗內(nèi)容滯后，實驗方法單一，實驗環(huán)境封閉等問題，不能滿足學生學習新知識、新技術的需求，挫傷了學生探索的積極性。實驗過程是一個復雜的心理過程，它受認知、元認知以及其他一些變量的影響，其中元認知能力起著重要的作用。為此，本文在教學實踐的基礎上，提出了基于元認知的操作系統(tǒng)實驗教學法，并加以分析探討。

一、目前實驗教學中存在的問題

忽視學生主體地位。當前實驗教學模式是在統(tǒng)一的時間內(nèi)，先由實驗指導教師講解實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗要求，然后學生進行實驗，寫出實驗報告。在這種教學模式下學生只能簡單地重復老師做過的實驗內(nèi)容，學生的主動性、積極性受到一定限制，學生獨立思考、制定方案的機會少，創(chuàng)新能力和設計思想無法得到提高，使他們喪失了實驗中的主體意識。

實驗內(nèi)容不合理。實驗內(nèi)容上存在的主要問題:①忽視對操作系統(tǒng)的使用與觀察，以及系統(tǒng)安裝、配置、管理與性能的調整的實踐。由于課程安排的問題，以及通常認為操作系統(tǒng)課程是講原理而非使用，導致這些方面實驗成為薄弱環(huán)節(jié)。學生在對操作系統(tǒng)尚未有深入的感性認識，就開始來做實現(xiàn)系統(tǒng)的實驗，脫離了學生現(xiàn)有的認知水平，使實驗難度加大而不易完成;②算法模擬實驗相對較多。過多安排借助背景操作系統(tǒng)模擬算法實現(xiàn)某些功能實驗，容易淪為普通的數(shù)據(jù)結構大作業(yè)，學生對操作系統(tǒng)原理的理解有限;③綜合實驗沒有循序漸進的層次。由于學生既缺乏對操作系統(tǒng)感性認識，又缺少自主分析源代碼經(jīng)驗，不能深入理解操作系統(tǒng)實現(xiàn)的工作過程和實現(xiàn)思想，比如，還沒有弄清操作系統(tǒng)中進程切換、進程通信等過程。在這樣情況下來實現(xiàn)一個操作系統(tǒng)或對實際操作系統(tǒng)模塊進程改造是非常困難的。

實驗過程封閉。操作系統(tǒng)實驗環(huán)境要求高，實驗教學一直局限于實驗室的封閉環(huán)境內(nèi)。實驗的主要方法是教師先講解相關理論，然后學生動手操作，課后寫實驗報告。由于實驗涉及的概念、原理抽象，學生在短時間內(nèi)難以將理論和實踐結合起來，不能將操作系統(tǒng)中有關的思想和方法運用于軟件開發(fā)，實驗教學效果不佳。

二、元認知對實驗教學的啟示

元認知的概念是由美國心理學家弗拉維爾提出。元認知是指人類對其自身認知活動的認知，其實質是認知主體對自身認知活動的自我意識、自我監(jiān)控和自我調節(jié)。［1］元認知由三部分組成，即元認知知識、元認知體驗和元認知監(jiān)控。元認知監(jiān)控是核心成分，是主體對自己正在進行的認知活動進行積極主動地監(jiān)控和調節(jié)的過程。主要包括:計劃、監(jiān)測、評價、調節(jié)。［1］實驗活動要求協(xié)調多方面的認知和元認知過程，選擇和運用合適的策略并調整行為以適應不斷變化的實驗要求。在傳統(tǒng)的實驗中，師生往往更多關注實驗結果，而忽略了實驗過程中元認知監(jiān)控的作用。元認知監(jiān)控體現(xiàn)在學生積極主動地對實驗內(nèi)容、手段、策略、結果以及參與方式的評價、反饋、控制與調節(jié)。學生的個體差異是客觀存在的，每個學生的知識水平、思維方法、風格特點以及實驗基礎都不相同，使得學生從預習、操作、觀察、分析到得出正確的結論所經(jīng)歷的過程及需要的時間不同。但傳統(tǒng)的實驗教學忽略了個體元認知的差異，讓全體學生按規(guī)定的內(nèi)容、在限定的時間內(nèi)完成，這會使提前完成任務的人不能繼續(xù)進一步的認知活動，深入探索的積極性受到壓制;另一些人可能未按時完成任務，不能達到基本的實驗目標，失敗的體驗會使他們失去學習信心。

元認知作為一種高級思維技能，受到個體思維發(fā)展水平和知識經(jīng)驗的限制。實驗教學設計不能脫離學生的現(xiàn)有發(fā)展水平，教學目標太高或太低都會挫傷學生學習的積極性。所以在操作系統(tǒng)實驗中，關注學習過程的差異以適應學生個體認知水平的差異，最終實現(xiàn)實驗教學目標。

三、基于元認知的實驗教學法探討

(一)強化主體意識，激發(fā)學習積極性

能否激發(fā)學生的自覺性、主動性是實驗策略是否優(yōu)化，以及實驗活動能否取得預期效果的前提。通過設計問題情境，引導學生發(fā)揮主體作用，排除障礙，激發(fā)解決實驗問題的欲望。在問題解決中，始終存在著自我反饋與調節(jié)，即通過元認知體驗來調動積極性和探索性，并逐步強化學生解決實驗問題的主體意識。具體有三種方式:①通過對元認知知識的運用，使學生主動回顧已有的概念、算法、技術，根據(jù)自己的能力水平，確定目標和任務，制定實驗計劃;②通過元認知體驗的自我完善作用，調動起非智力因素，使其能積極超越障礙;③通過元認知監(jiān)控，主動對自己所做實驗各環(huán)節(jié)進行自我評價、自我控制、自我調節(jié)，使實踐操作與思維活動成為一種有目的、有意識、可控制的組織活動，強化學生的主體意識，激發(fā)學習積極性。

(二)了解認知水平，設計分層實驗內(nèi)容

考慮到學生能力不同，教學設計先了解學生現(xiàn)有的認知水平，在此基礎上確定經(jīng)過一定努力能達到的水平。這樣學生既感受到一定的壓力，又有戰(zhàn)勝困難的信心，最終實現(xiàn)元認知水平發(fā)展。為此，將實驗內(nèi)容設計為不同難易程度的五級［2］:使用級、觀察級、源代碼閱讀級、算法模擬級和實現(xiàn)級。使用級是指學習如何使用操作系統(tǒng)，包括對命令、系統(tǒng)調用和系統(tǒng)文件的使用;觀察級是指通過使用級接口，從外部觀察操作系統(tǒng)內(nèi)部工作過程和結構;源碼閱讀是指選擇重點少量的系統(tǒng)源代碼供學生閱讀，從而了解具體技術的實現(xiàn)過程，這對原理的理解和實現(xiàn)級實驗都很重要，例如進程切換前后的那幾行代碼;算法模擬級是指通過編寫程序來實現(xiàn)某種操作系統(tǒng)的處理機制或算法，如用一個隊列數(shù)據(jù)結構來模擬進程管理或進程調度等;實現(xiàn)級是指在一個虛擬或實際的操作系統(tǒng)環(huán)境中進行動手實踐，對操作系統(tǒng)進行模塊置換或改造，達到掌握操作系統(tǒng)設計策略和技術方法的目的。在實施過程中，強調以下兩個方面:

第一，加強使用與觀察、源代碼閱讀，發(fā)展元認知體驗。沒有扎實的理論基礎，要想進一步深入研究就無從談起。而操作系統(tǒng)基本原理和概念相對抽象，學生不易理解，必須通過大量基礎性實踐來體驗、感悟。［3］使用與觀察、源碼重點閱讀級實驗，無論對操作系統(tǒng)原理的學習還是對實現(xiàn)級實驗都是非常重要，應加強對這三級實驗及相關知識的學習。由于涉及內(nèi)容較多，且受時間限制，宜采用“布置作業(yè)，自學為主，重點指導，集中評價”的方式進行學習，使學生“做中學”，更好地體會、理解操作系統(tǒng)原理和實現(xiàn)方法。

第二，重視個性化培養(yǎng)，發(fā)展元認知策略。由于學生學習能力和興趣的不同，對學生的要求也應分出層次，因此在基礎性實驗之上，重視實現(xiàn)級實驗教學。教師為學生提供幾個模塊方向，要求學生通過查閱文獻資料了解相關內(nèi)容，形成自己對設計目標、設計任務的認識，并對設計方案進行論證，以獲得更好的設計方法?？紤]到個體元認知知識的差異，允許每個學生從自己的認知起點出發(fā)，根據(jù)自己的實際情況，選擇不同的學習途徑，達到學習目標。這種通過過程去調節(jié)個體差異的結果，會使每個學生都得到切實的收獲，這正是操作系統(tǒng)實驗教學追求的目標。

(三)多元化的實驗方式，提高元認知監(jiān)控能力

操作系統(tǒng)實驗內(nèi)容抽象，技術性強，為激發(fā)學習動機，促進學生的學習，采用多元化的實驗方式。具體分為四級［3］:小作業(yè)由個人完成，并寫出上機實驗報告;大作業(yè)由個人或小組完成，并寫出上機實驗報告;討論級，采取班級討論或分組討論形式;論文級，個人完成一篇論文。多元化實驗與學生自我監(jiān)控能力關系密切。為此，教師指導學生明確實驗目標，使他們通過自身對于任務的理解，運用已有的理論知識與技能、相應的設計開發(fā)經(jīng)驗，對怎樣取得最佳實驗效果進行深入思考、優(yōu)化，制定出合理的實驗方案，并在實驗過程中不斷主動進行評價、反饋、控制和調節(jié)，以達到預定的實驗目標。學生情感體驗也是影響實驗效果的重要因素，成功、喜悅的體驗可以引導實驗活動進一步深化，進而圓滿地完成任務。實驗后，組織學生集中評價，學生講述自己的認知過程與結果，在交流中共享他人的認知過程，豐富了元認知體驗和認知策略，提高自我監(jiān)控水平。

結語

基于元認知的操作系統(tǒng)實驗教學模式，有利于學生將理論與實踐相結合，主動介入到對操作系統(tǒng)的理解當中。在“做中學”的實踐中，更能激發(fā)學生積極性與自我監(jiān)控能力，促進學生理解和掌握操作系統(tǒng)工作原理及思想方法，提高開發(fā)軟件系統(tǒng)的能力和綜合創(chuàng)造能力。

［1］汪玲，方平，郭德俊.元認知的性質、結構與評定方法［J］.心理學動態(tài)，1997，7(1).

［2］孟靜.操作系統(tǒng)教程題解與實驗指導［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［3］孟靜.操作系統(tǒng)原理簡明教程［M］.北京:高等教育出版社，2004.

Discussion on the Teaching Methods Based on Metacognition in Operating System Experiment

ZHENG Xiao－ju

(Hanshan Normal University，Chaozhou Guangdong521041)

Abstract:Based on the characteristics of operating systems experimental disciplines，this paper discussed the role of metacognition in operating systems experimental teaching，and put forward the teaching strategy based on metacognition in operating system experiment in order to improve the student＇experimental quality.

Key words:metacognition;operating systems;experimental teaching

(責任編輯:劉學偉)

TP316

B

1009－2080(2012)04－0073－03

2012－05－23

鄭曉菊(1960－)，女，遼寧阜新人，韓山師范學院副教授。