PBL与TBL结合在《操作系统原理》教学中的应用探讨

于 群，王秀丽，杨晓霞，王雅琴

（1.山东农业大学信息科学与工程学院，山东 泰安 271018）

一、引言

操作系统作为软件的核心，控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的工作和资源分配，提供给用户和其他软件方便的接口和环境［1］。讲授操作系统的“操作系统原理”是计算机科学及相关专业的一门重要专业基础课程，该课程的特点是内容繁多，理论性强，概念、原理、算法比较抽象难懂。作为授课教师，如何让学生了解和掌握现代计算机操作系统的基本概念、基本原理、基本方法和实现技术，如何使这门课教学的效果得到改观，是一个需要我们思考和解决的问题。

PBL ( Problem-Based Learning，PBL)强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主[2]。是以问题为学习的起点，案例分析是教师先讲解教材，在学生掌握一定的知识前提下，然后做案例分析，发挥问题对学习过程的指导作用，调动学生的主动性和积极性[3]。TBL ( Team Based Learning，TBL) 由教师提前确定教学内容和要点，学生根据教学内容和要点进行课前阅读和准备；课堂教学时间用于进行个人测试、小组测试和应用性练习[4]。考虑将TBL 与PBL 相结合，取长补短，在“操作系统原理”教学中融入此理念，进行教学改革与探讨。

二、PBL与TBL组合式教学模式的过程设计

将PBL与TBL组合教学模式在操作系统原理课程部分内容中中开应用，的具体教学过程设计如图1 所示，整个教学过程按照设计准备、问题设计、组内探究、汇报交流和考核评价进行。

图1 PBL 与TBL 组合式教学过程

1.设计准备

受教学条件以及教学班人数等的限制，大部分的教学还是以“填鸭式”讲解为主，学生也有一定的依赖性，缺乏主动发现问题和解决问题的能力。与传统的教学模式相比，PBL 与TBL 组合式教学模式创设问题情境，以学生和问题为主，教师提供引导和支持，学生主动获得相关知识内容，通过团队小组合作改善学生课堂表现，增强学生学习的积极性，进而提高学习效率和学习效果。

PBL 和TBL 组合式教学模式要提前明确教师和学生的任务，教师准备课程内容相关的引导问题，提出具体要求，小组的表现和分工作为成绩考核的一部分；对学生的学习能力要求也较高，每位学生都必须参与并安排有不同的任务，在课下进行自由分组并明确各自任务，每组选出一个组长负责本组内协调组织工作。

2.问题设计

我们选取操作系统中比较有趣味性的一节内容死锁作为案例，设计PBL 和TBL 组合式教学内容。在学习这部分内容时，我们结合以下几个问题来进行： ①什么是死锁②为什么会产生死锁? ③产生死锁的条件有什么? ④有什么办法可以解决死锁？

教师需要提前布置学生进行预习和思考，在进行教学过程设计时可首先向学生提出第一个问题，计算机中什么样的情况属于死锁?引导他们思考由于多个进程争夺资源造成的一种僵局，而这种僵局若无外力，进程将无法向前推进。此时，教师再提出第二个问题，为什么会产生死锁? 并结合一个生活中的简单实例-过桥问题来引导学生思考解决方案。问题定义：一条河上有一座桥，桥面很窄，只能容纳一辆汽车通行，如果有两辆汽车分别从桥的左右两端驶上该桥则会出现冲突情况，两辆汽车都无法过桥。通过这个贴近生活的实例大家讨论解决办法，桥是互斥资源，一个使用另一个就需要等待，或者如果有两架桥，一个行驶由东向西的车辆，一个行驶由西向东的车辆，可以避免这种僵局的发生。进而提出第三个问题，死锁产生的必要条件？ 通过对刚才问题的分析和讨论，我们发现如果资源是不是互斥资源（具有排他性），不会发生死锁；如果进程获得的资源未使用完毕之前，不能被强行夺走；进程占有保持了一个资源又提出新的资源；资源的相互申请等待中形成了进程资源的循环等待链。通过大家讨论，为使系统不发生死锁，必须破坏死锁的四个必要条件，或者允许死锁发生时能够检测出死锁，并有能力实现恢复。这个问题时本章内容的重点，通过教师的引导让学生按照预防死锁、避免死锁、死锁的检测和解除进行详细的探讨、学习、查阅学习资料，最终形成完整的知识链汇报本节内容。

三、PBL与TBL组合式教学在“操作系统”课程中的实施

1.分组结合

分组结合侧重对学生的学习过程和学习能力等方面的监控，教师学生分工合作，共同达成学习目标培养学生的理解力、表达力以及合作精神。在对学生分组时要根据学生的实际学习情况，结合本班的实际情况确定每组的人员，每组4-5 人为宜，如男女生比例，基础好基础差学生比例，考研与不考研学生比例等，要达到合理的梯度搭配；选择一名协调能力和学习能力较强的同学为组长，负责协调组内汇报展示、回答问题时的组员顺序和提出问题时的代言人，以及与其他组的交流。同学们在遇到困难时，可以共同探讨，畅所欲言，在团结合作的氛围中掌握知识点。

2.组内探究

以操作系统中的死锁部分的内容为例，按照教师设计的四个问题“①什么是死锁②为什么会产生死锁? ③产生死锁的条件有什么? ④有什么办法可以解决死锁？ ”，以及教师对问题的引导进行组内分工合作探讨、学习。通过大家讨论，为使系统不发生死锁，必须破坏死锁的四个必要条件，或者允许死锁发生时能够检测出死锁，并有能力实现恢复。这是这部分内容的重点和难点，组内探讨如何动态申请资源，使系统避免进入不安全状态。教师要在大家讨论结果的基础上及时总结，避免进入不安全状态就可以避免进入死锁，引出避免死锁的经典算法—银行家算法。小组成员通过思考和讨论教师提出的问题，理清了进程死锁的相关概念，死锁产生的原因，重点解决了死锁避免，通过银行家算法的实现避免死锁，这样更容易建立这些概念之间的联系，有利于学生深入掌握操作系统基本概念和原理。

3.汇报交流

学生组内分工，沟通讨论，讨论教师提出的问题。每位同学的表现都会影响本组的表现，评定成绩以小组为单位。由小组学生来讲解ppt，教师进行过程控制和点评，进一步培养学生学习的主动性和思维表达能力。某小组整理汇报死锁知识链如图2所示。

4 效果分析改进

操作系统课程本身的理论性、综合性较强，我们探索一种PBL 和TBL 相结合的教学模式，通过选取部分课程内容进行教学实践证明，打破传统教学以讲授为主，在正常的LBL 教学之外开展PBL和TBL 教学，此环节中角色转变： 学生——主体地位，教师——引导、帮助和指导。这种教学模式强调和鼓励学生积极主动学习，重视培养学生分析和解决实际问题能力，学生文献检索、逻辑推理、口头表达、团队精神和合作能力得到提高，可以提高学生出勤率，改善课堂气氛。有助于在其他课程教学、毕业设计、就业、读研深造等环节中的表现。增加了教师与学生在课堂内外的接触时间和次数，师生良好关系的建立有助于教学相长。

但这种教学模式的实践，对教师和学生的要求都比较高。教师在准备和实施教案的过程中，需要大量教学工作量，要求教师具有扎实理论知识及经验，设计合理的知识结构及引导问题，严格把握考核内容，提高平时成绩的比例。学生也需要提高自身能力我们倡导和主动学习的意识，在团队的合作中意识到每个人的力量是有限的，可以优势互补共同完成更加复杂的任务，并且以强带弱，带动后进同学。我们也发现了一些问题，比如课堂讨论有时候会偏离课堂重点内容，造成课程进度拖后，小组内有“打酱油”现象存在等。我们在PBL 和TBL相结合的教学模式中精选部分课程内容减少较大规模的课堂讨论，舍弃部分不适合的课堂学习内容，小组内成员在不同的内容主题的讨论中角色要互换，增加组内平时表现一般的同学汇报的机会，允许组内成员补充，共同促进课程的学习。