PBL與TBL結(jié)合在《操作系統(tǒng)原理》教學(xué)中的應(yīng)用探討

于 群，王秀麗，楊曉霞，王雅琴

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018）

一、引言

操作系統(tǒng)作為軟件的核心，控制和管理整個計算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源，并合理地組織調(diào)度計算機(jī)的工作和資源分配，提供給用戶和其他軟件方便的接口和環(huán)境［1］。講授操作系統(tǒng)的“操作系統(tǒng)原理”是計算機(jī)科學(xué)及相關(guān)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程的特點是內(nèi)容繁多，理論性強(qiáng)，概念、原理、算法比較抽象難懂。作為授課教師，如何讓學(xué)生了解和掌握現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、基本方法和實現(xiàn)技術(shù)，如何使這門課教學(xué)的效果得到改觀，是一個需要我們思考和解決的問題。

PBL ( Problem-Based Learning，PBL)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動學(xué)習(xí)為主，而不是傳統(tǒng)教學(xué)中的以教師講授為主[2]。是以問題為學(xué)習(xí)的起點，案例分析是教師先講解教材，在學(xué)生掌握一定的知識前提下，然后做案例分析，發(fā)揮問題對學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)作用，調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性[3]。TBL ( Team Based Learning，TBL) 由教師提前確定教學(xué)內(nèi)容和要點，學(xué)生根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要點進(jìn)行課前閱讀和準(zhǔn)備；課堂教學(xué)時間用于進(jìn)行個人測試、小組測試和應(yīng)用性練習(xí)[4]?？紤]將TBL 與PBL 相結(jié)合，取長補(bǔ)短，在“操作系統(tǒng)原理”教學(xué)中融入此理念，進(jìn)行教學(xué)改革與探討。

二、PBL與TBL組合式教學(xué)模式的過程設(shè)計

將PBL與TBL組合教學(xué)模式在操作系統(tǒng)原理課程部分內(nèi)容中中開應(yīng)用，的具體教學(xué)過程設(shè)計如圖1 所示，整個教學(xué)過程按照設(shè)計準(zhǔn)備、問題設(shè)計、組內(nèi)探究、匯報交流和考核評價進(jìn)行。

圖1 PBL 與TBL 組合式教學(xué)過程

1.設(shè)計準(zhǔn)備

受教學(xué)條件以及教學(xué)班人數(shù)等的限制，大部分的教學(xué)還是以“填鴨式”講解為主，學(xué)生也有一定的依賴性，缺乏主動發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，PBL 與TBL 組合式教學(xué)模式創(chuàng)設(shè)問題情境，以學(xué)生和問題為主，教師提供引導(dǎo)和支持，學(xué)生主動獲得相關(guān)知識內(nèi)容，通過團(tuán)隊小組合作改善學(xué)生課堂表現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。

PBL 和TBL 組合式教學(xué)模式要提前明確教師和學(xué)生的任務(wù)，教師準(zhǔn)備課程內(nèi)容相關(guān)的引導(dǎo)問題，提出具體要求，小組的表現(xiàn)和分工作為成績考核的一部分；對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力要求也較高，每位學(xué)生都必須參與并安排有不同的任務(wù)，在課下進(jìn)行自由分組并明確各自任務(wù)，每組選出一個組長負(fù)責(zé)本組內(nèi)協(xié)調(diào)組織工作。

2.問題設(shè)計

我們選取操作系統(tǒng)中比較有趣味性的一節(jié)內(nèi)容死鎖作為案例，設(shè)計PBL 和TBL 組合式教學(xué)內(nèi)容。在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時，我們結(jié)合以下幾個問題來進(jìn)行： ①什么是死鎖②為什么會產(chǎn)生死鎖? ③產(chǎn)生死鎖的條件有什么? ④有什么辦法可以解決死鎖？

教師需要提前布置學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)和思考，在進(jìn)行教學(xué)過程設(shè)計時可首先向?qū)W生提出第一個問題，計算機(jī)中什么樣的情況屬于死鎖?引導(dǎo)他們思考由于多個進(jìn)程爭奪資源造成的一種僵局，而這種僵局若無外力，進(jìn)程將無法向前推進(jìn)。此時，教師再提出第二個問題，為什么會產(chǎn)生死鎖? 并結(jié)合一個生活中的簡單實例-過橋問題來引導(dǎo)學(xué)生思考解決方案。問題定義：一條河上有一座橋，橋面很窄，只能容納一輛汽車通行，如果有兩輛汽車分別從橋的左右兩端駛上該橋則會出現(xiàn)沖突情況，兩輛汽車都無法過橋。通過這個貼近生活的實例大家討論解決辦法，橋是互斥資源，一個使用另一個就需要等待，或者如果有兩架橋，一個行駛由東向西的車輛，一個行駛由西向東的車輛，可以避免這種僵局的發(fā)生。進(jìn)而提出第三個問題，死鎖產(chǎn)生的必要條件？ 通過對剛才問題的分析和討論，我們發(fā)現(xiàn)如果資源是不是互斥資源（具有排他性），不會發(fā)生死鎖；如果進(jìn)程獲得的資源未使用完畢之前，不能被強(qiáng)行奪走；進(jìn)程占有保持了一個資源又提出新的資源；資源的相互申請等待中形成了進(jìn)程資源的循環(huán)等待鏈。通過大家討論，為使系統(tǒng)不發(fā)生死鎖，必須破壞死鎖的四個必要條件，或者允許死鎖發(fā)生時能夠檢測出死鎖，并有能力實現(xiàn)恢復(fù)。這個問題時本章內(nèi)容的重點，通過教師的引導(dǎo)讓學(xué)生按照預(yù)防死鎖、避免死鎖、死鎖的檢測和解除進(jìn)行詳細(xì)的探討、學(xué)習(xí)、查閱學(xué)習(xí)資料，最終形成完整的知識鏈匯報本節(jié)內(nèi)容。

三、PBL與TBL組合式教學(xué)在“操作系統(tǒng)”課程中的實施

1.分組結(jié)合

分組結(jié)合側(cè)重對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)能力等方面的監(jiān)控，教師學(xué)生分工合作，共同達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的理解力、表達(dá)力以及合作精神。在對學(xué)生分組時要根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況，結(jié)合本班的實際情況確定每組的人員，每組4-5 人為宜，如男女生比例，基礎(chǔ)好基礎(chǔ)差學(xué)生比例，考研與不考研學(xué)生比例等，要達(dá)到合理的梯度搭配；選擇一名協(xié)調(diào)能力和學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的同學(xué)為組長，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)組內(nèi)匯報展示、回答問題時的組員順序和提出問題時的代言人，以及與其他組的交流。同學(xué)們在遇到困難時，可以共同探討，暢所欲言，在團(tuán)結(jié)合作的氛圍中掌握知識點。

2.組內(nèi)探究

以操作系統(tǒng)中的死鎖部分的內(nèi)容為例，按照教師設(shè)計的四個問題“①什么是死鎖②為什么會產(chǎn)生死鎖? ③產(chǎn)生死鎖的條件有什么? ④有什么辦法可以解決死鎖？ ”，以及教師對問題的引導(dǎo)進(jìn)行組內(nèi)分工合作探討、學(xué)習(xí)。通過大家討論，為使系統(tǒng)不發(fā)生死鎖，必須破壞死鎖的四個必要條件，或者允許死鎖發(fā)生時能夠檢測出死鎖，并有能力實現(xiàn)恢復(fù)。這是這部分內(nèi)容的重點和難點，組內(nèi)探討如何動態(tài)申請資源，使系統(tǒng)避免進(jìn)入不安全狀態(tài)。教師要在大家討論結(jié)果的基礎(chǔ)上及時總結(jié)，避免進(jìn)入不安全狀態(tài)就可以避免進(jìn)入死鎖，引出避免死鎖的經(jīng)典算法—銀行家算法。小組成員通過思考和討論教師提出的問題，理清了進(jìn)程死鎖的相關(guān)概念，死鎖產(chǎn)生的原因，重點解決了死鎖避免，通過銀行家算法的實現(xiàn)避免死鎖，這樣更容易建立這些概念之間的聯(lián)系，有利于學(xué)生深入掌握操作系統(tǒng)基本概念和原理。

3.匯報交流

學(xué)生組內(nèi)分工，溝通討論，討論教師提出的問題。每位同學(xué)的表現(xiàn)都會影響本組的表現(xiàn)，評定成績以小組為單位。由小組學(xué)生來講解ppt，教師進(jìn)行過程控制和點評，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和思維表達(dá)能力。某小組整理匯報死鎖知識鏈如圖2所示。

4 效果分析改進(jìn)

操作系統(tǒng)課程本身的理論性、綜合性較強(qiáng)，我們探索一種PBL 和TBL 相結(jié)合的教學(xué)模式，通過選取部分課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)實踐證明，打破傳統(tǒng)教學(xué)以講授為主，在正常的LBL 教學(xué)之外開展PBL和TBL 教學(xué)，此環(huán)節(jié)中角色轉(zhuǎn)變： 學(xué)生——主體地位，教師——引導(dǎo)、幫助和指導(dǎo)。這種教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)和鼓勵學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)，重視培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題能力，學(xué)生文獻(xiàn)檢索、邏輯推理、口頭表達(dá)、團(tuán)隊精神和合作能力得到提高，可以提高學(xué)生出勤率，改善課堂氣氛。有助于在其他課程教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計、就業(yè)、讀研深造等環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)。增加了教師與學(xué)生在課堂內(nèi)外的接觸時間和次數(shù)，師生良好關(guān)系的建立有助于教學(xué)相長。

但這種教學(xué)模式的實踐，對教師和學(xué)生的要求都比較高。教師在準(zhǔn)備和實施教案的過程中，需要大量教學(xué)工作量，要求教師具有扎實理論知識及經(jīng)驗，設(shè)計合理的知識結(jié)構(gòu)及引導(dǎo)問題，嚴(yán)格把握考核內(nèi)容，提高平時成績的比例。學(xué)生也需要提高自身能力我們倡導(dǎo)和主動學(xué)習(xí)的意識，在團(tuán)隊的合作中意識到每個人的力量是有限的，可以優(yōu)勢互補(bǔ)共同完成更加復(fù)雜的任務(wù)，并且以強(qiáng)帶弱，帶動后進(jìn)同學(xué)。我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如課堂討論有時候會偏離課堂重點內(nèi)容，造成課程進(jìn)度拖后，小組內(nèi)有“打醬油”現(xiàn)象存在等。我們在PBL 和TBL相結(jié)合的教學(xué)模式中精選部分課程內(nèi)容減少較大規(guī)模的課堂討論，舍棄部分不適合的課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，小組內(nèi)成員在不同的內(nèi)容主題的討論中角色要互換，增加組內(nèi)平時表現(xiàn)一般的同學(xué)匯報的機(jī)會，允許組內(nèi)成員補(bǔ)充，共同促進(jìn)課程的學(xué)習(xí)。