劉華俊

摘要：現(xiàn)有的高?！恫僮飨到y(tǒng)》的教學主要以知識的傳授為主線，教學過程忽視了對于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)這一重要目標，導致學生在學習過程中難以主動思考知識之間的串聯(lián)，學習效率低下。針對此教學瓶頸問題，以內(nèi)存碎片主題為教學主題，以邏輯創(chuàng)新思維改革的教學切入點進行教案的具體分析，提出了一種普適化計算機課程教學的邏輯化知識串聯(lián)講解思路，通過巧妙構造知識的串聯(lián)主線，提高了學生科學地思考問題能力。

關鍵詞：邏輯創(chuàng)新教學;高校計算機;操作系統(tǒng);內(nèi)存碎片;知識串聯(lián)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0146-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 概述

隨著信息化技術的發(fā)展和需求，高校的計算機教育承擔著為我國培養(yǎng)新時代創(chuàng)新性人才的艱巨任務[1]。專業(yè)領域人才的培養(yǎng)不僅需要學生具有扎實的專業(yè)技能，同時需要培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題解決問題的創(chuàng)新能力[2]。因此，高校計算機課程培養(yǎng)不僅要以傳授學生知識為目標，而且要培養(yǎng)學生研究的興趣，啟發(fā)其科學思考的方法以及注重其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。高校教師如何根據(jù)課堂教授的主題，科學邏輯的組織知識之間的串聯(lián)，并培養(yǎng)學生思考問題的能力，恰恰是整個教學環(huán)節(jié)的重點內(nèi)容。

高?，F(xiàn)有的《操作系統(tǒng)》課程的教學，對于知識的講解主要圍繞主題技術（例如，處理器，內(nèi)存，設備和文件等）來展開[3]，忽視了推動技術發(fā)展的邏輯科學聯(lián)系的講解，難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性思維[4]。例如以操作系統(tǒng)中內(nèi)存的講解為例，針對內(nèi)存碎片的形成只能做到零散化的闡述，缺乏思考內(nèi)存碎片形成機制與內(nèi)存的使用方式之間的關聯(lián)分析，導致學生難以主動對知識做一個邏輯化的串聯(lián)，影響學生對問題的理解。針對此教學瓶頸問題，本文以內(nèi)存碎片為主題講解入手，提出了一種新的邏輯化知識串聯(lián)講解思路，即從系統(tǒng)分析內(nèi)存碎片形成的機理入手，以構造推動技術發(fā)展的本質(zhì)內(nèi)涵為主線，科學地串聯(lián)知識間的內(nèi)在聯(lián)系，通過存儲方式的邏輯明暗三條主線啟發(fā)學生思考，對教學的重難點問題進行透徹講解。此講解方式針對計算機專業(yè)的兩個教學班進行了對比試驗，相較于傳統(tǒng)教學方式，采用邏輯創(chuàng)新思維為主線進行教學的班級，學生的學習積極性明顯提高，課后對于問題的思考更加主動，能更好地適應我國目前高校教育對于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)需求。

2 教學思路

針對內(nèi)存碎片的講解，教學目標分為兩個層次：在知識層面，通過教學使學生理解內(nèi)存碎片的種類以及碎片產(chǎn)生的原因，并掌握四種解決內(nèi)存碎片的方法，包括拼接技術、分頁管理、分段管理、段頁式管理，理解四種方法的各自特點。在能力層面，需要培養(yǎng)學生對碎片種類的分析辨別能力，并能根據(jù)其特點將內(nèi)存分配方式做相應地調(diào)整。因此，教學的問題變成如何將兩個教學層面做到有效地統(tǒng)一，而這一過程離不開對教學重點的把握和教學難點的剖析。

在內(nèi)存碎片的教學過程中，教學的重點是解決內(nèi)存碎片的方法，內(nèi)存的高效化管理的技術。而教學的難點恰恰是內(nèi)存碎片的分類，內(nèi)部碎片和外部碎片是內(nèi)存碎片中十分抽象的概念，在平常的教學中，學生十分容易混淆兩者之間的區(qū)別，不知曉區(qū)分的方法。

在傳統(tǒng)教學的過程中，內(nèi)存碎片知識點的引入又難以調(diào)動學生對知識求知的積極性。因此，在主題的開始階段，我們會從學生生活中常見的例子入手，例如，手機使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)內(nèi)存不足的問題，啟發(fā)學生思考內(nèi)存不足的原因，引出本節(jié)課的主題內(nèi)存碎片，調(diào)動學生的求知欲。而具體內(nèi)容的講解又是通過概述，形成機理分析以及解決技術三個層次來進行提出問題、分析問題、解決問題的創(chuàng)新培養(yǎng)思路來串聯(lián)知識的講解體系。

1）內(nèi)存碎片的概述教學。首先通過操作系統(tǒng)對于資源利用率的追求，引出多道程序在內(nèi)存中運行的實際現(xiàn)況，提出對于內(nèi)存空間的分配和回收。但由于程序的大小不一，導致在分配和回收的過程中會出現(xiàn)內(nèi)存空余空間分布零散，引出內(nèi)存碎片的定義。此問題式教學方式給學生接受該問題鋪平道路。分析內(nèi)存碎片的危害，并提出問題如何減少程序分配過程中產(chǎn)生的內(nèi)存碎片？自然地引出內(nèi)存碎片形成機理的剖析。

2）內(nèi)存碎片的形成機理分析教學。首先由多道程序運行環(huán)境中各程序?qū)ψ约旱谋Ｗo引出分區(qū)的概念。通過分區(qū)形式的分析，即固定式分區(qū)和動態(tài)式分區(qū)，引出內(nèi)部碎片和外部碎片的含義，并從分配的歸屬性進行分析。內(nèi)部碎片不能繼續(xù)利用，對其解決的思路是希望能將其盡量變小。外部碎片并沒有分配，可以被再次利用的，對其解決的思路是盡量消除。

因此，在了解了碎片形成的原因后，如何避免內(nèi)存碎片的形成自然地引出解決的方法。

3）內(nèi)存碎片的解決技術教學。此階段的教學會采用逐層深入方式對四種內(nèi)存分配方法進行有效的串聯(lián)。

①提出提問，如何利用零散的外部碎片？并啟發(fā)學生從傳統(tǒng)作業(yè)存儲的連續(xù)性要求分析，引導學生思考將其拼接起來以便再次利用，即引出拼接技術。并分析其耗時缺點引導學生思考拼接的時機。

②采用遞進加啟發(fā)式教學，引導學生思考分析引起碎片的根本性問題是作業(yè)的連續(xù)存放要求。改變其連續(xù)性存放，即引出離散存放方式的代表技術之一，頁式存儲管理[5]。通過介紹其特點“先等分內(nèi)存，再分程序”以及塊和頁之間的映射關系，分析內(nèi)存碎片的存在形式是最后一頁存在內(nèi)部碎片，但此種方式的缺點則是打亂了作業(yè)存放的邏輯性。

③采用漸進分析式教學，提出保存邏輯性的離散存放方式的代表技術，段式存儲管理[6]。 通過其特點的介紹“先按邏輯分程序，再分內(nèi)存”，分析內(nèi)存碎片的存在形式是外部碎片，但缺點是大小不等，管理不便。

④采用漸進啟發(fā)教學，綜合分析頁式存儲管理和段式存儲管理的優(yōu)缺點，提出兩者的綜合方式，段頁式存儲管理[7]。 介紹其思想“程序分段，段內(nèi)分頁”，分析內(nèi)存碎片的存在形式是每段中的最后一頁可能存在內(nèi)部碎片，并歸納四種內(nèi)存分配方式的優(yōu)缺點。

⑤在介紹完以上四種方式之后，啟發(fā)學生思考如何提出一種更加高效的內(nèi)存管理模式，即如何將以上四種技術有效的組合在一起。教師可以介紹一種程序自適應存儲管理的方式思想。其與段頁式存儲管理相似，其原則仍然“程序分段，段內(nèi)分頁”。而與其不同的是，段內(nèi)分頁時以無內(nèi)部碎片為前提，自適應選擇內(nèi)存零散空間，以對其最大化利用為目標，這樣不同的段內(nèi)頁面大小就會不同;然后根據(jù)段內(nèi)的分塊對選擇的內(nèi)存零散空間進行劃分利用，而程序和內(nèi)存映射關系的建立和段頁式存儲管理相同。這種方式的優(yōu)點是保證程序邏輯性的同時，無內(nèi)部碎片，并且外部碎片也很小。而這一種管理模式是對以上方法的一個綜合性優(yōu)點的總結。

在整個主題教學的最后，針對手機內(nèi)存的使用，給出參考文獻[8]，不僅供學生繼續(xù)思考，而且呼應整節(jié)課開頭提出的手機內(nèi)存不足的問題。前后呼應，形成一個閉環(huán)，供學生回味。

3 教學方法分析

1）傳統(tǒng)的教學方法是將內(nèi)存碎片的講解和內(nèi)存的管理方式割裂式教學，導致學生難以將兩者進行一個邏輯上的串聯(lián)，沒有分析內(nèi)存碎片的形成機理，導致學生難以區(qū)分內(nèi)部碎片和外部碎片，一直是教學中的難點內(nèi)容。而本文提出的新的串聯(lián)思路中，強調(diào)了每種技術中對于內(nèi)存碎片形成機理的教學，舉一反三，強化了學生的理解。

2）在教學的過程中采用了一條明線和兩條暗線來貫穿式教學。明線是內(nèi)存碎片的分類，而一條暗線是連續(xù)和離散的存儲方式，另一條暗線是程序的邏輯性保留。明暗兩線交錯式講解將增加了知識間串聯(lián)的邏輯，也讓整個主題的教學更耐人尋味。

3）傳統(tǒng)的教學是知識的直接講解，缺少了對于問題的引入和呼應。本文提出的教學方法是從學生生活中常見的具體問題入手，降低學生對于知識接受的排斥性，增加了學生的求知欲，課程結束時參考文獻的介紹，使知識的教學形成了一個閉環(huán)，前后呼應。

4）傳統(tǒng)的教學將四種方法講解之后，并沒有將其有效的結合在一起進行分析，更沒有啟發(fā)學生思考設計的這個環(huán)節(jié)，因此難以加深學生對知識點的靈活應用。而本文的教學設計對于知識點的優(yōu)劣點進行了分析，此外還增加了思考設計的環(huán)節(jié)，即一種自適應管理方式的思想，加深了學生對于知識的現(xiàn)學現(xiàn)用。

5）本文設計的教學思路中，強調(diào)了飲水思源的重要性，即對每一個推動內(nèi)存碎片解決的技術，在講解的過程中我們都會提出其代表性文章，加強對于學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，也體現(xiàn)了對于科學的尊重。

4 結論

本文針對現(xiàn)有《操作系統(tǒng)》課程教學知識點零散的缺點，提出了一種邏輯化的知識串聯(lián)講解方法，即本文教學思路中內(nèi)存碎片的教學是提出問題，形成機理分析教學是分析問題，解決方式技術教學是解決問題，并通過分析解決技術中的科學邏輯內(nèi)涵串聯(lián)知識。這種提升學生創(chuàng)新素養(yǎng)的科學性教學思路是培養(yǎng)學生科學研究的正確方向。

參考文獻：

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[3] 李暢.提高《操作系統(tǒng)》教學質(zhì)量的方法探討[J]. 電腦知識與技術，2019，15（ 3）：172-173.

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[7] Fenton， J. S. and Payne， D. W. Dynamic storage allocation of arbitrary sized segments[C]. Proc. IFIP 74， Amsterdam， 1974：344-348.

[8] S.H. Kim， S. Kwon， J.S. Kim， Controlling physical memory fragmentation in mobile systems[J]. ACM Sigplan Notices， 2015， 50（11）：1-14.

【通聯(lián)編輯：王力】