操作系統(tǒng)課程混合式教學(xué)的設(shè)計與實施

馬宏琳　閻磊 　李磊

[摘 要]文章探討教師以操作系統(tǒng)課程混合式教學(xué)為基礎(chǔ)，通過建立并利用多平臺協(xié)同聯(lián)動的網(wǎng)上綜合教學(xué)環(huán)境，對課前、課中、課后3個環(huán)節(jié)進行了教學(xué)設(shè)計的模式創(chuàng)新，并建立了多維度成績考核評價機制。教師在教學(xué)過程中，通過劃分學(xué)生組和不同難度的“任務(wù)顆粒度”，制定相應(yīng)的“支撐腳手架”，助力學(xué)生達到學(xué)習(xí)中的“最近發(fā)展區(qū)”，并采用任務(wù)驅(qū)動和項目驅(qū)動策略，引入研討式、啟發(fā)式教學(xué)手段，強化了師生互動交流，構(gòu)建了個性化學(xué)習(xí)課堂，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，優(yōu)化了教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]操作系統(tǒng);混合式教學(xué)模式;教學(xué)方案

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）05-0127-03

在新時代背景下，操作系統(tǒng)課程任課教師依托網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，以“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的“金課” 標準為課程改革的方向和目標，遵循“以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，構(gòu)建了操作系統(tǒng)在線開放課程的混合式教學(xué)模式。教師根據(jù)操作系統(tǒng)課程理論性強、實踐難度大的特點[1]，開展操作系統(tǒng)課程混合式教學(xué)，通過任務(wù)驅(qū)動、項目驅(qū)動等措施，引入研討式、啟發(fā)式教學(xué)手段，強化了師生的互動交流，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，滿足了新時代下學(xué)生對多元化學(xué)習(xí)方式和充分利用碎片時間的需求。

一、操作系統(tǒng)課程混合式教學(xué)的設(shè)計策略

操作系統(tǒng)在線課程的混合式教學(xué)構(gòu)建，可以細分為線上教學(xué)、線下課堂教學(xué)和考核評價3個部分。

其一，線上教學(xué)充分發(fā)揮計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，選取優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源平臺，不斷完善課程平臺建設(shè)。例如，上傳電子版的教材、參考書、教學(xué)大綱、授課計劃、重要學(xué)術(shù)論文、教學(xué)視頻等課程學(xué)習(xí)資料，以課程內(nèi)容為設(shè)計基礎(chǔ)，建設(shè)試題庫等，滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

其二，線下課堂教學(xué)是通過騰訊會議在線直播平臺完成的。課堂教學(xué)的組織實施，堅持“以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”。教師課前根據(jù)學(xué)生的知識接受能力進行分組，為不同能力層次的學(xué)生有針對性地搭建個性化“支撐腳手架”，幫助每個學(xué)生盡快達到自己學(xué)習(xí)的“最近發(fā)展區(qū)”，并通過任務(wù)驅(qū)動、項目驅(qū)動等措施，不斷引導(dǎo)學(xué)生進行分組討論和交流，自主得出結(jié)論，使各種能力層次的學(xué)生均能從中獲得成就感和進步。

其三，課程考核評價機制要體現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和實踐能力的考核。要以考核評價機制規(guī)范學(xué)生學(xué)習(xí)過程。在課程開課之初，建立明確、合理、有效的課程考核評價機制，為學(xué)生整個學(xué)期的學(xué)習(xí)規(guī)劃指明正確的方向。另外，對不同的教學(xué)班采用相同的教材、教學(xué)大綱、執(zhí)行大綱、考核方式和評價標準，從而保證了課程考核的公平性和成績評定的一致性。

通過以上策略的制定和實施，不斷提升學(xué)生在操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)過程中的自覺性、主動性，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，挖掘其發(fā)展?jié)摿?，提高其實踐能力、創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。

二、操作系統(tǒng)課程混合式教學(xué)的具體設(shè)計方案

2019—2020學(xué)年第2學(xué)期，河南工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)18級開設(shè)的操作系統(tǒng)課程，結(jié)合疫情期間的實際教學(xué)需求，通過超星學(xué)習(xí)通、騰訊會議、QQ群等，建立多平臺協(xié)同聯(lián)動的網(wǎng)上綜合教學(xué)環(huán)境，并對課前、課中、課后3個環(huán)節(jié)進行教學(xué)設(shè)計創(chuàng)新[2]。

（一）課前環(huán)節(jié)

在課前環(huán)節(jié)中，教師利用超星學(xué)習(xí)通平臺把微課教學(xué)短視頻、核心閱讀材料、拓展閱讀材料等多種自學(xué)材料，按照任務(wù)點來發(fā)布，要求學(xué)生按時完成。教師在整個學(xué)期54學(xué)時的操作系統(tǒng)課程教學(xué)過程中共發(fā)布了81個預(yù)習(xí)任務(wù)點。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全體學(xué)生的章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)達到了13807次。另外，教師配合課程進度并針對預(yù)習(xí)內(nèi)容，共發(fā)布了14次課前測試題，要求學(xué)生限時完成。試題總共有169道，全方位涵蓋了課程的基礎(chǔ)性內(nèi)容，有效地檢測了學(xué)生對基本概念和原理的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生課前測試成績分布統(tǒng)計結(jié)果見下表。從表中可以看到，其平均分在80分左右浮動，說明學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握良好。從實際教學(xué)效果來看，在線課程平臺的有效利用，滿足了學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。學(xué)生通過完成課前預(yù)習(xí)與自測，鍛煉了自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生在完成一系列的預(yù)習(xí)任務(wù)中，能夠標出疑問，提出見解，完成自測，發(fā)現(xiàn)不足，能夠推動學(xué)生對課程內(nèi)容進行深度思考，培養(yǎng)了學(xué)生自主探索未知知識領(lǐng)域的能力。

（二）課中環(huán)節(jié)

教師把騰訊會議作為疫情期間的教學(xué)平臺，以學(xué)生課前自測成績作為參考來設(shè)計和實施課中環(huán)節(jié)。每堂課的教學(xué)設(shè)計包括以下4個方面。

首先，以小組研討為課堂組織的基礎(chǔ)形式，針對每堂課的教學(xué)任務(wù)，通過PBL任務(wù)驅(qū)動式、啟發(fā)式教學(xué)，采用搶答、提問、研討、作品展示等多種形式，有針對性地啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)重點、難點和拓展性知識，不斷完善知識體系[3-4]，增強探索意識、創(chuàng)新意識，提高合作學(xué)習(xí)能力，加強對知識的理解、掌握和運用。

其次，指導(dǎo)學(xué)生進行Linux系統(tǒng)平臺下的編程實踐。通過指導(dǎo)學(xué)生完成具體的實驗課題，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考操作系統(tǒng)相關(guān)原理的實現(xiàn)機制，激發(fā)學(xué)生探索操作系統(tǒng)原理的興趣，幫助學(xué)生提高解決相關(guān)復(fù)雜工程問題的能力。

再次，通過隨堂測驗及總結(jié)，指導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖來進行課堂內(nèi)容總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的知識歸納能力，進行課堂知識的鞏固，為學(xué)生加強對基礎(chǔ)理論知識的掌握與更深層次的知識拓展打下堅實的基礎(chǔ)。

最后，在整個課堂教學(xué)設(shè)計的過程中融入課程思政。把與操作系統(tǒng)相關(guān)的思政元素以潤物細無聲的方式融入相關(guān)知識的講授中。以潛移默化的方式，引導(dǎo)學(xué)生增強為中華民族偉大復(fù)興而奮斗的責(zé)任感和使命感，崇尚科學(xué)，培養(yǎng)嚴謹、求真、務(wù)實、勇于探索的科研精神和大國工匠精神，理解創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神對科技進步的重要作用，增強創(chuàng)新意識、團隊合作意識、解決相關(guān)復(fù)雜工程問題的能力。各項教學(xué)活動，以培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人為總目標，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，熟練運用所學(xué)知識的能力以及客觀評價相關(guān)工程對社會、經(jīng)濟等方面影響的能力，鍛煉、提升學(xué)生的表達能力。

在具體的教學(xué)實踐中，教師考慮到18級計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)每班學(xué)生人數(shù)都在30人左右且女生少，為了便于課堂教學(xué)的開展，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力把每個班劃分為3個學(xué)習(xí)小組，每組10人左右（至少有1名女生），由學(xué)生推選本小組的組長。由于每組學(xué)生的能力不同，因此要為不同小組劃分不同難度的任務(wù)顆粒度，制定相對應(yīng)的“支撐腳手架”，提供不同的支撐材料。例如，教師在經(jīng)典的進程同步問題“哲學(xué)家就餐問題”的教學(xué)中，對能力較高的第一組劃分規(guī)模較大的任務(wù)顆粒度：“哲學(xué)家就餐問題模型是什么？有多少種解決方案？總結(jié)你的發(fā)現(xiàn)?！贬槍δ芰χ械鹊牡诙M則細化任務(wù)顆粒度，內(nèi)容包括：“哲學(xué)家就餐問題模型是什么？模型中信號量如何設(shè)置？記錄型信號量和And型信號量分別如何解決此模型？記錄型信號量解決方案中的死鎖問題如何解決？”對能力較弱的第三組則進一步細化任務(wù)顆粒度：“哲學(xué)家就餐問題模型是什么？模型中信號量為什么要設(shè)計為信號量數(shù)組？記錄型信號量和And型信號量分別如何解決此模型？And型信號量的優(yōu)勢是什么？記錄型信號量解決方案中為什么會出現(xiàn)死鎖問題？死鎖問題應(yīng)如何解決？”通過不同的顆粒度劃分以及提供相應(yīng)的支撐學(xué)習(xí)材料，使不同能力層次的學(xué)生都能達到教學(xué)目標的要求。

教師在線下課堂教學(xué)的具體實施中，全程體現(xiàn)“以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，創(chuàng)新開展了教學(xué)組織包括新課導(dǎo)入、課前預(yù)習(xí)講評、重點難點講授、分組研討學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)成果評價、知識梳理歸納以及反饋訓(xùn)練與鞏固7個環(huán)節(jié)。通過靈活運用超星學(xué)習(xí)通平臺提供的互動形式，服務(wù)于教學(xué)組織的有效開展，把搶答、提問、課堂討論、成果展示等多種互動活動穿插在教學(xué)過程中，并設(shè)置PBL任務(wù)驅(qū)動式的研討主題，給學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)空間。建立組間互評、組內(nèi)互評和教師評價相結(jié)合的成果評價機制[3]，鼓勵不同小組展示預(yù)習(xí)成果、研討成果，充分調(diào)動學(xué)生探究、研討、總結(jié)的積極主動性，激發(fā)學(xué)生的思維力。例如，教師在“哲學(xué)家就餐問題”的教學(xué)中，利用超星學(xué)習(xí)通設(shè)計了PBL任務(wù)驅(qū)動式的研討主題，3個小組均以分享資料和討論的方式完成了PBL任務(wù)，形成各組的總結(jié)報告。評分機制中，教師評價權(quán)重為30%，組內(nèi)互評權(quán)重為40%，組間互評權(quán)重為30%，評價指標涵蓋了內(nèi)容的完整性和創(chuàng)意性。3個小組的成績分別為98.6分、98.4分、98.6分，所有小組都很好地達到了課堂教學(xué)目標的要求。

（三）課后環(huán)節(jié)

教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，利用超星學(xué)習(xí)通和騰訊QQ建立學(xué)習(xí)群，為學(xué)生提供答疑輔導(dǎo)，保持師生溝通暢通。針對線上教學(xué)和線下教學(xué)的實際情況，教師對學(xué)生的作業(yè)完成情況、問卷調(diào)查結(jié)果、隨堂測驗結(jié)果、答疑情況等進行全面分析，完成課程總結(jié)報告，做好課程教學(xué)的持續(xù)改進工作。

（四）考核評價

建立科學(xué)有效的評價機制，不僅可以有效管理學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，同時也是保證教學(xué)質(zhì)量、檢驗教學(xué)成果、持續(xù)改進教學(xué)過程的有效手段和必要措施。操作系統(tǒng)課程混合式教學(xué)的考核評價機制，堅持注重對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和解決相關(guān)復(fù)雜工程問題能力進行綜合考核的原則，并創(chuàng)新了多元化考核評價方案，具體體現(xiàn)在考核評價方式、作業(yè)形式、研討任務(wù)多樣化。

考核評價主要包括期末考試成績和平時成績。期末考試成績在總成績中占60%，平時成績占40%?？己嗽u價注重對學(xué)生學(xué)習(xí)的過程化考核，設(shè)計平時成績的多維度考核方案，包括課程視頻觀看情況、課堂討論表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、課測考試成績、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、課堂互動表現(xiàn)等6項，每項考核成績在平時成績總分中都有不同的占比，最后給出平時成績的綜合成績及考核等級。例如，2019—2020學(xué)年第2學(xué)期課程結(jié)束時，教師采用超星學(xué)習(xí)通統(tǒng)計學(xué)生平時成績及考核等級。

另外，作業(yè)形式及研討任務(wù)，除了體現(xiàn)基本理論的常規(guī)類型，還包括知識拓展類、創(chuàng)新類、Linux系統(tǒng)下的編程實踐類等[4]，形式豐富、種類多樣。教師通過不斷提高其難度與層次，滿足不同能力層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的“金課”目標，以及工程教育專業(yè)認證中“解決復(fù)雜工程問題能力”的培養(yǎng)目標。例如，教師在完成“進程管理”的理論教學(xué)后，要求學(xué)生在Linux系統(tǒng)下采用多進程編程，設(shè)計實現(xiàn)“嗜睡理發(fā)師問題”，包括信號量的定義、算法設(shè)計描述、算法分析、程序設(shè)計實現(xiàn)、調(diào)試分析、算法改進等方面。學(xué)生需要在課堂時間內(nèi)完成各模塊規(guī)劃，課后自主完成程序的設(shè)計實現(xiàn)以及設(shè)計報告的撰寫，最終完成驗收答辯[5]。

三、操作系統(tǒng)課程混合式教學(xué)改革成效

教師在2019—2020學(xué)年第2學(xué)期的學(xué)期中和學(xué)期末各開展了1次“課程滿意度及互動滿意度”的問卷調(diào)查。問卷調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生的課程滿意度均為100%，互動滿意度分別為98.3%和99.0%，教學(xué)效果良好。

另外，河南工業(yè)大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的操作系統(tǒng)課程共有5個課程目標，分別涉及知識應(yīng)用能力、方案設(shè)計能力、實踐能力、信息獲取能力和局限性分析能力等方面。課程結(jié)束后，教師結(jié)合過程性評價情況和期末考試成績，綜合評價課程目標的整體達成情況。2018—2019學(xué)年第2學(xué)期，上述5個課程目標的達成值分別是0.758、0.790、0.814、0.768、0.800;而2019—2020學(xué)年第2學(xué)期，這5個課程目標的達成值分別是0.773、0.790、0.810、0.789、0.800。通過對比發(fā)現(xiàn)，2018—2019學(xué)年第2學(xué)期教學(xué)效果的短板在于知識應(yīng)用能力和信息獲取能力。2019—2020學(xué)年第2學(xué)期，經(jīng)過相關(guān)教學(xué)實踐的改革，課程目標整體達成情況要優(yōu)于上一學(xué)年，特別是知識應(yīng)用能力和信息獲取能力均比上一學(xué)年有了提高，但知識應(yīng)用能力仍然不夠理想。這說明需要在下一學(xué)年的教學(xué)過程中總結(jié)經(jīng)驗，揚長避短，著重加強針對知識應(yīng)用能力的教學(xué)方法研究，持續(xù)改進教學(xué)措施，使教學(xué)效果能夠有效提升[6]。

四、結(jié)語

操作系統(tǒng)課程的混合式教學(xué)，以“提高課程的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”為改革方向，通過任務(wù)驅(qū)動、項目驅(qū)動、研討式、啟發(fā)式教學(xué)手段，有效地加強了師生互動交流。在對線上教學(xué)、線下課堂教學(xué)和考核評價3個部分的教學(xué)設(shè)計中，采用多元化手段，多維度、多層次助力不同能力層次的學(xué)生都能達到“最近發(fā)展區(qū)”，滿足了信息時代學(xué)生碎片化時間利用、個性化學(xué)習(xí)的需求，同時激發(fā)了學(xué)生的求知欲、探索欲，全方位提高了學(xué)生的認知和理解能力、邏輯思維能力、實踐能力、工程素養(yǎng)等。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 馬宏琳，張繼新.《操作系統(tǒng)原理》課程改革的探索與實踐[J]. 現(xiàn)代計算機（專業(yè)版），2010（6）：61-63，86.

[2] 李逢慶.混合式教學(xué)的理論基礎(chǔ)與教學(xué)設(shè)計[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（9）：18-24.

[3] 熊志堅，董倩宇.高校翻轉(zhuǎn)-混合式教學(xué)課程質(zhì)量綜合評價研究[J]. 高教學(xué)刊，2020（18）：1-6.

[4] 于俊偉，劉楠，馬宏琳，等. 基于概念知識樹構(gòu)建的操作系統(tǒng)教學(xué)實踐[J]. 計算機教育，2018（7）：104-106.

[5] 張玉宏，李歆，馬宏琳. Android平臺下操作系統(tǒng)課程設(shè)計的教學(xué)改革[J]. 計算機教育，2014（8）： 32-35.

[6] 馬宏琳，閻磊，于俊偉. “以學(xué)為中心”改革操作系統(tǒng)教學(xué)范式的探索實踐[J].計算機教育，2020（6）：119-123.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]