思維導(dǎo)圖在《操作系統(tǒng)》課程中的應(yīng)用

李鈞，童莉，汪婧，唐肝翌

（安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，蕪湖 241000）

0 引言

《操作系統(tǒng)》是軟件工程專業(yè)的必修課程之一，該課程是研究計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基本概念，主要原理和核心算法的一門工程核心基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)本科生的系統(tǒng)能力起著至關(guān)重要的作用。課程主要從操作系統(tǒng)主要功能模塊、資源分配及調(diào)度算法及各主要功能模塊之間的聯(lián)系來介紹操作系統(tǒng)的基本概念和原理，其涉及的知識面廣、概念和原理較為抽象、知識點(diǎn)繁雜以及實(shí)踐環(huán)節(jié)較為薄弱。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，很難在操作系統(tǒng)各個(gè)知識點(diǎn)之間建立聯(lián)系并構(gòu)建完整和系統(tǒng)的知識體系，學(xué)習(xí)效率低，學(xué)習(xí)效果差。學(xué)生通過死記硬背來應(yīng)付課程考試，知識掌握成碎片化，并缺乏邏輯，達(dá)不到理想的教學(xué)效果。在分析和解決軟件設(shè)計(jì)中面臨的問題時(shí)，學(xué)生無法正確運(yùn)用操作系統(tǒng)課程的理論知識。由于上述原因，本文將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于操作系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中，強(qiáng)化知識與知識之間，知識與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

1 思維導(dǎo)圖及其在大學(xué)課程中的應(yīng)用

英國教育學(xué)家及心理學(xué)家托尼·博贊根據(jù)大腦發(fā)散的思維方式，首先提出了思維導(dǎo)圖（Mind Maps）這一有效的筆記記錄方法[1]。思維導(dǎo)圖利用色彩、圖像、符號、線條以及文字來表述概念和思想。思維導(dǎo)圖將核心概念放置在中心位置，由中心位置向四周發(fā)散出多個(gè)分支，每個(gè)分支是一個(gè)與核心概念相關(guān)聯(lián)的子概念或關(guān)鍵字，由此將枯燥抽象的概念變成了豐富多彩的圖。思維導(dǎo)圖的制作過程就是發(fā)散性思維具體化的過程，思維導(dǎo)圖不但可以幫助人們提高記憶和學(xué)習(xí)的效率，還能培養(yǎng)人們的發(fā)散思維和創(chuàng)新思維。

傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)理論教學(xué)主要以教師為中心，在課堂上教師傾倒知識，而學(xué)生在教室里被動接受。同時(shí)由于操作系統(tǒng)課程內(nèi)容較為抽象，以原理、概念及算法為主，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中覺得較為枯燥，往往缺乏興趣，學(xué)習(xí)主動性低，學(xué)習(xí)效果差。在操作系統(tǒng)課程教學(xué)中，將思維導(dǎo)圖與多媒體課件結(jié)合在一起使用，可以將抽象的知識點(diǎn)生動形象化，減輕學(xué)生的認(rèn)知壓力，同時(shí)也幫助學(xué)生快速建立知識點(diǎn)與知識點(diǎn)之間的聯(lián)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不再是枯燥的去記憶概念，而是將概念與圖形、顏色等建立起關(guān)聯(lián)。通過聽覺和視覺等多種感官刺激，學(xué)生在課堂上能夠保持較高的專注力，能跟緊教師的講課思路。

近年來，思維導(dǎo)圖在本科通識課程和計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課程中的應(yīng)用越來越受到重視。如潭珊燕、張虹等將思維導(dǎo)圖引入到大學(xué)英語寫作教學(xué)中，提高學(xué)生的語言組織能力和創(chuàng)造力[2,3]。呂夢雷等利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行大學(xué)英語閱讀教學(xué),將思維導(dǎo)圖與英語教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)相結(jié)合,使英語知識結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化[4]。曹夢瑤等將思維導(dǎo)圖引入到英語詞匯教學(xué)，將思維導(dǎo)圖與詞匯記憶聯(lián)系在一起，改善了教學(xué)效果[5,6]。張瓊敏等將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)中，利用其整合知識點(diǎn)，提高教學(xué)質(zhì)量[7]。高文超等在人工智能課程中應(yīng)用思維導(dǎo)圖來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效率[8]。林瑩等在電路與信號分析課程的教學(xué)各環(huán)節(jié)引入了思維導(dǎo)圖，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[9]。崔杰將思維導(dǎo)圖融入到C語言程序設(shè)計(jì)的課程教學(xué)環(huán)節(jié)，用于培養(yǎng)學(xué)生的分析和解決問題的能力[10]。

2 思維導(dǎo)圖在《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐

2.1 將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于課前備課過程

課前備課主要分為制定授課教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)設(shè)計(jì)這兩個(gè)部分。授課教學(xué)計(jì)劃反映了該門課程的整體規(guī)劃，依據(jù)課程的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容安排教學(xué)順序，教學(xué)學(xué)時(shí)和教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)設(shè)計(jì)是教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，制定教學(xué)策略與方式和教學(xué)目標(biāo)，明確教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)。操作系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容涵蓋計(jì)算機(jī)軟硬件，概念抽象，且涉及知識繁雜且相互交叉。將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于教師前期的備課過程中，有助于教師理清操作教學(xué)內(nèi)容，明晰知識之間的聯(lián)系，授課重點(diǎn)內(nèi)容及難點(diǎn)內(nèi)容，更為科學(xué)的分配教學(xué)學(xué)時(shí)。

如圖1所示，通過思維導(dǎo)圖制作的授課計(jì)劃列出了每一章的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)重點(diǎn)和學(xué)習(xí)難點(diǎn)，并用圖標(biāo)形象標(biāo)注了優(yōu)先級或難易度，同時(shí)也將教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)及畢業(yè)要求聯(lián)系起來。與傳統(tǒng)授課計(jì)劃相比，新授課計(jì)劃更清晰描述了課程知識點(diǎn)之間的脈絡(luò)，幫助教師發(fā)現(xiàn)知識之間的關(guān)聯(lián)。

如圖2所示，在操作系統(tǒng)課程的有關(guān)虛擬存儲這個(gè)知識點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，將教學(xué)過程分為五個(gè)階段：導(dǎo)入新課、教學(xué)內(nèi)容講解、課堂練習(xí)、歸納總結(jié)和效果評價(jià)。比如，我們在教學(xué)開始引入課程階段，列出了“現(xiàn)代軟件運(yùn)行時(shí)對內(nèi)存的需求大”這個(gè)學(xué)生日常在實(shí)際使用計(jì)算機(jī)時(shí)經(jīng)常遇到的現(xiàn)象，讓學(xué)生認(rèn)識到內(nèi)存資源的稀缺性。我們在引入階段又給學(xué)生介紹了“90-10”規(guī)則，即大量軟件在90%的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)只使用了10%的代碼和數(shù)據(jù)。通過結(jié)合上述兩個(gè)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知識，我們引入了本次教學(xué)的虛擬存儲的基本設(shè)計(jì)思想。在教學(xué)內(nèi)容講解階段，我們通過思維導(dǎo)圖詳細(xì)列出各個(gè)知識點(diǎn)以及教學(xué)時(shí)間規(guī)劃。我們在教學(xué)實(shí)踐中，通過思維導(dǎo)圖來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)方法相比，基于思維導(dǎo)圖的教學(xué)設(shè)計(jì)教師更好地規(guī)劃各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)時(shí)間，課堂教學(xué)過程更為流暢，教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)更為清晰。

圖1 操作系統(tǒng)課程教學(xué)計(jì)劃思維導(dǎo)圖

圖2 基于思維導(dǎo)圖的虛擬存儲教學(xué)設(shè)計(jì)

2.2 將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于課堂教學(xué)

在教學(xué)實(shí)踐中，我們利用思維導(dǎo)圖來組織課堂教學(xué)，教師在教學(xué)中通過思維導(dǎo)圖以“圖”的形式給學(xué)生展示所學(xué)知識點(diǎn)。在教學(xué)中應(yīng)用思維導(dǎo)圖與傳統(tǒng)的線性板書相比，課件更為生動，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并有利于學(xué)生記憶相關(guān)知識點(diǎn)。如圖3所示，首先從計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中會產(chǎn)生死鎖的現(xiàn)象來引入問題，在教學(xué)中例舉PV操作使用不當(dāng)，資源分配不當(dāng)及進(jìn)程推進(jìn)順序不當(dāng)?shù)壤觼硪龑?dǎo)學(xué)生思考死鎖產(chǎn)生的根源和條件；然后分析問題的本質(zhì)，指出產(chǎn)生死鎖的根本原因是在于資源有限性和進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行；接著講解知識點(diǎn)，介紹死鎖的定義和形成死鎖四個(gè)必要條件；最后解決問題，運(yùn)用銀行家算法去預(yù)防死鎖，給學(xué)生講解銀行家算法的基本思想，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和代碼實(shí)現(xiàn)。通過思維導(dǎo)圖，我們在教學(xué)中明確了主題，然后以死鎖為中心，并以分析和解決問題為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)，逐步添加教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生清晰表達(dá)了所學(xué)內(nèi)容的做總體結(jié)構(gòu)，明晰了知識之間的聯(lián)系。

2.3 將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于課后復(fù)習(xí)

《操作系統(tǒng)》課程知識點(diǎn)繁雜，概念及主要算法抽象難懂，學(xué)生在課堂上用傳統(tǒng)方法記錄下來的筆記，難以幫助學(xué)生整理和記憶知識點(diǎn)，不能形成完整的知識體系，無法促進(jìn)學(xué)生對知識的理解與記憶。我們在實(shí)際教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生使用思維導(dǎo)圖進(jìn)行復(fù)習(xí)，例如圖4所示的進(jìn)程調(diào)度算法的復(fù)習(xí)思維導(dǎo)圖。圖4所示的思維導(dǎo)圖形象總結(jié)了主要進(jìn)程調(diào)度算法的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)，學(xué)生即掌握了知識點(diǎn)內(nèi)容，又將知識有機(jī)結(jié)合起來，形成一個(gè)脈絡(luò)清楚的知識體系。

圖3 “死鎖”教學(xué)思維導(dǎo)圖示例

3 結(jié)語

思維導(dǎo)圖在《操作系統(tǒng)》課程各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，有利于學(xué)學(xué)生建立完整準(zhǔn)確的操作系統(tǒng)知識體系，幫助學(xué)生有效掌握操作系統(tǒng)各個(gè)知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，更好的理解和掌握操作系統(tǒng)的基本原理和主要算法，提高了教學(xué)效率和質(zhì)量，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力。

圖4 “進(jìn)程調(diào)度算法”思維導(dǎo)圖