PI教學法在操作系統課程中的應用

胡樹煜+王琢

（1.錦州醫科大學，遼寧 錦州 121001；2.遼寧省農業經濟學校 ，遼寧 錦州 121001）

[摘 要] 操作系統課程一直以來都采用傳統的填鴨式教學，學生對于概念、原理難以理解，教學效果不好。在操作系統課程中使用PI教學法進行教學，是課程改革的重大舉措。通過實踐驗證，不但在考試成績上取得了明顯的提高，而且在培養學生認知能力、學習習慣、科學態度、團結合作、語言表述、綜合能力等方面都有突出的貢獻，教學效果顯著。PI教學法是操作系統這類理論性強、綜合性強的課程的簡便快捷的教學方法，值得推廣使用。

[關鍵詞] 同伴教學法；PI；操作系統；課程教學 ；導引案

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 03. 121

[中圖分類號] G642.4；TP319 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）03- 0223- 02

0 引 言

操作系統是計算機軟件系統中必不可少的系統軟件，它控制著整個計算機的硬件和軟件資源，為用戶提供的是一個靈活方便、安全可靠的操作環境。所以，計算機操作系統課程成為了計算機專業學生的必修課程。操作系統課程主要講述操作系統的概念、功能、分類、作業管理和接口技術、進程管理、調度機管理、存儲管理、文件系統、設備管理以及面向對象的操作系統等內容，這些內容大部分都是概念、理論、方法和過程等，實際應用的例子較少，課程比較枯燥和乏味，學生只靠教師的講解難于理解和記憶，學習效果不好。在操作系統課程中應用PI（Peer Instruction）教學法，是操作系統課程的一項重大改革。

PI教學法，也被稱為“同伴教學法”，是在自然科學理論課程中廣泛應用的一種教學方法，它是通過教師提出的思考問題，學生作答并通過閱讀資料、闡述觀點、討論、分析形成自己結果，教師輔助講解和總結分析的知識遷移過程。PI教學法適合于理論內容復雜繁多、實踐內容應用較少的課程，通過PI教學法有效幫助學生理解和記憶內容，效果顯著。

1 PI教學法的流程結構

PI教學法的具體實施過程，如圖1所示。

PI教學法分兩條主線同時進行，教師通過融合知識點進行設計導引案例，然后再給學生布置閱讀資料和范圍，在課上引入導引案，提出思考問題，針對于學生的提問中進行解釋作答，然后將學生分成若干討論小組，并在學生闡述答案，討論設計時進行巡視、旁聽或者給出建議，將學生提交上來的答案，進行統計錯誤率，分析答案及成因，最后做講解、分析和總結的過程。

學生主線閱讀教師布置的材料、查找網絡資料進行預習，對教師課堂上提出的問題進行初步預答，有疑問的問題可以向教師進行提問，在小組內闡述自己的觀點和答案，試圖用自己的觀點說服組內其他成員，以求達到意見一致，并形成新的答案，將答案提交給教師，在教師進行講解答案后，如果有疑問再進行討論，最后形成自己知識和技能的過程。

2 PI教學法的優點

學生在同齡伙伴之間互相傳授知識，符合學生心理發展規律，更容易接受知識，PI教學法還具有以下優點：

2.1 激發學生學習熱情

PI教學法改變了傳統的教學模式，在教師提出問題前學生已經閱讀了相關資料，是有準備的學習課程。學生通過PI教學法的教學，激發了學習熱情，對學習產生了興趣，樹立了主體意識，形成了自主學習的態度。

2.2 培養學生良好習慣

PI教學法不但可以培養學生自主探究學習，開拓了思維，形成良好的學習習慣，在分析問題，形成答案時還培養了學生積極、獨立思考的好習慣。

2.3 培養學生綜合能力

通過學習討論，不但培養了學生嚴謹的科學態度、平等的合作精神、思維的獨立意識、勇于創新的精神，更提高了學生分析問題、解決問題、反思問題的能力。

3 “PI教學法”的應用實例

以“進程互斥”一節課程為例：

3.1 導引案準備

在上課之前，教師將本節課程的內容布置給學生，要求學生閱讀“進程互斥”課程的相關教材、輔導書、網絡資料的內容，準備思考題如下：

（1）進程互斥的資源背景是什么？掌握進程互斥的概念還需要掌握哪兩個定義？

（2）進程互斥準則的作用是什么？

（3）互斥的加鎖和信號量管理的PV原語效率是一樣的嗎？

（4）用P、V原語描述進程互斥實現的過程。

思考題中不但融合了學過的相關知識作為復習，而且有新問題的提出，要求學生進行探索。思考題的答案并不能在資料中直接得到，需要學生通過查閱資料，對問題分析、總結才能得出答案。

3.2 課上引入導引案

教師帶領學生簡單的復習進程、進程控制的內容，簡述進程互斥發生的可能情境，教師提出準備好的思考問題。學生根據掌握的知識，對思考題作答，形成自己的答案，寫在答題紙上。并向教師提出問題如下：

（1）臨界區內是否允許并發進程交叉執行？

（2）可靠性高的互斥的加鎖是怎么實現的？

教師根據學生提出的此類問題，綜合相應的知識點做簡要的回答或提示。

3.3 學生分組討論

學生在教師所劃分的小組內對試題進行討論，每個人依次說明自己的答案內容、依據和分析過程，闡述自己的理論以達到求同的過程，組員根據其他成員提供的答案或教師的建議，分析自己的答案，作為借鑒和參考，再次形成自己的答案。

3.4 匯總問題答案

學生提交答案，教師根據學生答案進行匯總，統計試題的錯誤率，調整教學方案，對錯誤率較高的試題，進行分析成因，設計好知識講解過程。

3.5 分析總結答案

教師根據統計結果，對錯誤率高的思考題（3）進行詳細講解：

互斥的加鎖和信號量管理的PV原語效率是不一樣的，互斥的加鎖在可靠性和執行效率上存在一定的問題，每個進程能否進入臨界區是靠自己程序的測試進行判斷的，沒有獲得執行機會的進程顯然無法進行判斷，從而產生不公平的現象。而已經測試的程序又占用了大量的CPU時間，所以跟信號量管理的PV原語比起來效率低下。

并分析錯誤的成因：是由于學生認為互斥的加鎖也可以通過硬件或者軟件的設置來優化而成。

同時對錯誤率低的問題簡要介紹答案，總結本課程所涉及的知識點，重點和難點。并分析學生在討論過程中存在的問題，給出相關教學建議。

4 結 語

使用PI教學法在操作系統課程中進行教學，具有一定的代表性和示范性，教學效果顯著，較大程度的提升了學生的知識體系、認知能力、綜合素質。雖然PI教學法對原有的教學模式產生了強烈的沖擊，但是它的應用范圍還很小，只是在眾多的原理課程中進行應用。還需要在掌握基本過程和用法的同時，逐步擴大應用范圍，使更多的學生受益。

主要參考文獻

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