邹青青，陈 晨

（蚌埠学院 计算机科学与技术系，安徽 蚌埠 233030）

基于JiTT模式的操作系统课程教学方法的研究与实践

邹青青，陈 晨

（蚌埠学院 计算机科学与技术系，安徽 蚌埠 233030）

分析了适时教学（JiTT）与知识逻辑结构的内涵与特征.以操作系统课程的知识逻辑结构为依据，同时引入Solaris10的MDB工具作为JiTT的PUZZLE阶段依托，探讨了在JiTT模式的教学框架中，如何设计符合该模式的教学方案.最后，在理工科课堂教学环境中，阐述了JiTT方法应用的不同之处.

JiTT；知识逻辑结构；操作系统课程；Solaris MDB

计算机操作系统课程是计算机科学与技术、软件工程等专业的理论基础课程，它讨论了操作系统五大基本功能：进程管理、处理机调度、存储管理、文件管理与设备管理，以及它们之间的联系；同时论述了作为计算机硬件体系的直接软件扩展，操作系统如何在硬件体系与用户应用之间起到承上启下的作用[3].由此可见，操作系统课程涵盖了计算机体系结构中的许多概念与实现原理，与此同时，操作系统的发展曾经历过百家争鸣的历史过程，至今依然是百花齐放，如何从众多的理论知识以及操作系统家族成员中找到一条技术主线，对于培养学生的专业水平与素养有着非常重要的意义.

Just-in-Time Teaching（适时教学，简称JiTT）是一种建立在“基于网络的学习任务”（Web-based study assignment）和“学习者的主动学习课堂”（Active learner classroom）二者交互作用的基础上的新型的教与学策略[1].本文研究了运行JiTT模式于操作系统课程的教学过程的相关问题，并提出了如何在教学过程中应用该模式，设计基于知识逻辑结构图的课堂讲授，从而使授课内容脉络清晰，形象深入.

1 JiTT模式下的内涵与特征

Just-in-Time Teaching（国内翻译为“适时教学”或“及时教学”，简称“JiTT”）是二十世纪末在美国高校本科教学中出现的一种新型的教与学策略.由于这种教与学策略必须在网络环境下（即要有信息技术手段的支持）才能够实施，所以基于JiTT的教学过程也被称之为信息技术与课程整合的一种教学模式，简称Just-in-Time Teaching模式（适时教学模式），或JiTT模式[1].

JiTT模式的实施具体包含了预习、反馈、适应性调整课堂内容、讨论、难题探究五个步骤，针对性的、切合实际的教学，以达到适应不同学习者的认知发展水平与认知发展特点的目标.

2 操作系统的知识逻辑结构

分析知识逻辑结构顺应大脑的自然思维方式，属于思维导图的范畴.基于知识本体之上的知识逻辑结构居于教学的核心地位，它是深入到理论体系内部的产物，是学习者在较短时间内从总体上把握知识、持久记忆、灵活运用的可靠保证.

操作系统课程知识涉及了计算机体系结构的各个部分，知识点丰富，不易于累积，然而课程知识之间存在逻辑关联.构建操作系统课程教学内容的整体知识逻辑结构图，需要教学者引领学习者站在一个全局的角度，通过剖析全部知识细节的内在层次，抽象出知识节点对象以及对象上的关系，最后形成理论知识系统的有序图.

在思维导图理论的指导下，知识节点的组织形式可有多种，如概念型、类化型、辐射型、森林型等[2].针对理工科教学需要，在知识节点结构的基础上，JiTT的教学变得有方向性，所有的教学环节都是围绕这个逻辑图展开，对知识的阐述也是逐层递进，这样一来，JiTT作为一种信息技术整合的手段，有机的和授课内容结合在一起，相辅相成.学习者也能够获取更有条理的概念，尽快抓住学习重点，随着思维的不断深入，厘清知识点之间的联系，掌握原理的运用方法.

3 教学案例

操作系统中最核心的概念之一是进程，操作系统的其它所有内容都围绕着进程开展，因此，本案以计算机操作系统课程中“进程映像及其运行本质”的教学过程为例，设计教学方案.首先，从宏观概念上归纳出进程概念的认知线索，分析进程及其运行时相关概念的逻辑关联，确立逻辑结构图与理论框架；其次，以知识逻辑结构为依据编排教学内容，并与JiTT模式相结合，得出基于该模式的教学流程，形成完整的教学模型，深化操作系统理论知识，提高教学质量；传统JiTT信息技术手段中，包括一些已成功运用的结果，都将“预习内容和要求”的设计作为适时教学模式成功实施的关键，因此，本案最后结合大学理工科课堂教学中的实际情况，探讨并分析了JiTT教学模式应具有不同的侧重点.

3.1 基于JiTT的教学流程

JiTT模式的实施涉及的三个阶段共五个步骤，其中第一、二、三步骤用于完成第一阶段的“基于网络的学习任务”（预习和上课）；第四个步骤属于第二阶段，用于实现“学习者的主动学习课堂”；第五个步骤则用于完成第三阶段的难题探究[1]，如图1中带箭头的矩形框所示.图1的中间一列描述了主要教学内容（包括进程的定义、映像结构、状态及其转换）与教学思路.仅从文字概念的角度，学习者是不能够体会进程这一正在运行的程序的抽象，以及在运行时的生动场面，因此，借助于进程控制块（PCB）的源码阅读与MDB观察工具，帮助完成对进程的认识.整个对进程的教学与学习过程从五个层面进行，每个层次由表及里，逐层深入，最终教学目标是促使学习者很好的消化进程的相关概念以及运行时的细节变化，并绘制出进程的知识节点逻辑结构图，以充分深入的描述出学习要点，并牢固掌握.

图1 基于JiTT模式的教学流程

3.2 教学方案实施

在JiTT模式指导下，本案规划了教师与学生所需要完成的任务及其在整个教学环节中的参与情况，同时将课前预习、理论课堂教学与实践课堂学习有机的融入JiTT各个阶段与步骤中.根据图1的流程示意，关于“进程映像及其运行本质”的教案设计如下.

3.2.1 基于网络的学习任务（Web-based Study Assignment）

这是适时教学的第一阶段，包含三个部分：预习、反馈与上课.预习及课堂教学的内容是两个基础部分：进程的概念和模型，借以让学习者对其形成初步的印象.具体要求是：

（1）进程的定义有多种，不同的科学家分别从不同的角度作出概念陈述，从而表达了进程的多种性质，这需要学习者自己发现出这些特性的不同（与静态的程序文件相区别，提出为什么程序需要以进程的身份来执行）.

（2）在操作系统的使用过程中，哪些事件可归为由进程完成的，这些进程是一个还是多个，可通过哪些手段来深入观察进程（引入进程的管理与组织方法：队列方式和索引方式，铺垫进程的结构）.

（3）倘若是一台机器设备（如打印机），可以看见它的形态特征，那么进程的存在形式是什么.阅读进程模型结构的相关资料，为下阶段的学习打基础.

教师须在课前精心设计好每节课的预习内容和要求，为此专门开发了基于Web的数据库应用系统，实现了预习内容发布、学习情况的调查反馈、答疑等多项功能.该信息系统以图表的方式统计学生反馈的信息，从而指导教师在课堂上调整授课内容，例如在课程教学中增加实例来阐明问题.因此，调整后的授课内容具有一定的适应性，能够根据实际情况满足学习者的需求，实现按需施教；同时，使得信息技术与传统课堂互为基础，课内课外形成有机互补，由此，体现了适时教学（Just-in-Time Teaching）的含义所在.

3.2.2 学习者的主动学习课堂（Active Learner Classroom）

在实现上述反馈环节的基础上，JiTT还要求教师利用课堂开展各种各样的讨论与辩论——包括教师和学生之间、学生和学生之间、全班性的或小组的讨论与辩论[1]，以强调教学过程中的重要主体对象是学习者.与教学内容相适应，该环节强调学生的参与及教师的指导，因此将“学习者的主动课堂”由“实践”的方式来诠释.

理论学习达到一定程度后，分配2课时的实验课时间，由学生自行创建进程，运用UNIX操作系统的系统调用（如fork、exct、getpid、getppid等）书写最简单的程序说明问题，例如，阅读进程控制块的PROC表的源码，创建多个进程，从程序的运行结果推测进程家族树结构以及父子进程间的关联等.以动手实践的方式来解释教学内容，加深了学习者对所学知识的掌握，学以至用.对本案例而言，操作系统中进程的组织方式以及进程间的关系跃然纸上，清晰可见.

3.2.3 难题研究（W rap-up Puzzles）

难题研究相当于一项拓展训练，有一定挑战性，要求学习者将某些较复杂、困难的问题作为专题探究.该环节的目的在于促进学习者高级、复杂认知能力的发展，从而培养其创新能力.一般的，难题研究的主题由教师提前拟定，其内容在紧扣前一阶段所学过的重要概念理论的基础上延伸.

依照本案的设计思路，预习发布的第三个问题也是大多数学习者在探讨进程概念过程中会遇到的问题：运行态的进程，在内存中的组织结构以及各数据项的实时数据值分别是什么，采用什么方法可以观察进程的行为.该问题即是本案拟定的研究主题.要回答这些问题，需要借助一些工具，如Solaris系统的MDB（Modular Debugger）模块调试器，可以分析操作系统，同时可以察看进程的地址空间，并将进程的各组成部分以易读的格式输出.在基础技能方面，该实验对学习者的基本功有较高要求，如要求学习者熟悉进程的PROC表及常用的结构项、快速了解UNIX SHELL的使用方法、会利用GCC编译工具编译程序，了解MDB的调试模式及方法等，然后才能开始观察实验.该难题的挑战性表现在：学习者的实践能力和创新能力得到锻炼；需要自行设计观测过程，给学习者自由的发挥空间，激发创新思维，引导学习者进入更深刻的学习层面.在本案例的教学中，经过最后一个步骤的探索和研究，学习者对进程动态特性得到更深刻的强化，而不只是停留在诸如“进程是程序的一次运行”等此类基础概念的记忆上.

4 总结

本文描述了基于进程概念的JiTT教学模式在操作系统课程中的应用与拓展，该模式仍可以与操作系统的其他教学章节内容相结合.不论在JiTT的预习环节还是在课堂教学环节，甚至是难题探究部分，特别是一些对学习者实践能力与创新思维培养要求较高的理工课程，都能够寻求到一种以JiTT为依托的教学方法.因此，与JiTT的提出者[5]不同的是，在更注重工程能力训练的一些高教环节中，该模式的侧重点在第二、三阶段中，只有完成了动手实践，才能把课堂知识理解得更透彻.

与操作系统课程相适应的JiTT教学模式存在三方面的教学意义：第一，课程教学根据反馈完成，实现了因材施教，因需施教，调动了学习者更多的积极性；第二，设置与传统操作系统实验不同的实验内容，提高了动手实践能力，为学习者汲取更丰富的课外专业知识提供了途径；第三，通过对操作系统内核的探索，强化了对计算机体系结构的认识，对并行课程的理解有一定促进作用.

〔1〕何克抗,刘春萱.信息技术与课程整合的教学模式研究之六——“适时教学（JiTT）”模式[J].现代教育技术，2008(18):9-13.

〔2〕杨炳儒,马楠,谢永红.知识逻辑结构与思维形式注记教学法研究与探索[J].中国大学教育，2011（4）.

〔3〕汤小丹,梁红兵,哲凤屏,汤子瀛.计算机操作系统[M].西安：西安电子科技大学出版社,2007.

〔4〕R ichard M cDougall, Jim M auro, Brendan Gregg.Solaris性能与工具[M].中国工程研究院译.北京：机械工业出版社,2008.

〔5〕Gregor M.Novak.Just-in-Time Teaching [EB/OL].http://134.68.135.1/jitt/.

G642

A

1673-260X（2014）04-0031-03

本文为蚌埠学院教学研究项目（JYLY1219）的阶段性成果