操作系統課程混合式教學的設計與實施

馬宏琳　閻磊 　李磊

[摘 要]文章探討教師以操作系統課程混合式教學為基礎，通過建立并利用多平臺協同聯動的網上綜合教學環境，對課前、課中、課后3個環節進行了教學設計的模式創新，并建立了多維度成績考核評價機制。教師在教學過程中，通過劃分學生組和不同難度的“任務顆粒度”，制定相應的“支撐腳手架”，助力學生達到學習中的“最近發展區”，并采用任務驅動和項目驅動策略，引入研討式、啟發式教學手段，強化了師生互動交流，構建了個性化學習課堂，充分調動了學生的學習積極性，從而提高了學生的創新能力，優化了教學效果。

[關鍵詞]操作系統;混合式教學模式;教學方案

[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，操作系統課程任課教師依托網絡優勢，以“高階性、創新性、挑戰度”的“金課” 標準為課程改革的方向和目標，遵循“以學生為主體、教師為主導”的教學理念，構建了操作系統在線開放課程的混合式教學模式。教師根據操作系統課程理論性強、實踐難度大的特點[1]，開展操作系統課程混合式教學，通過任務驅動、項目驅動等措施，引入研討式、啟發式教學手段，強化了師生的互動交流，充分調動了學生的學習積極性，培養了學生的學習能力，提高了學生的創新能力和實踐能力，滿足了新時代下學生對多元化學習方式和充分利用碎片時間的需求。

一、操作系統課程混合式教學的設計策略

操作系統在線課程的混合式教學構建，可以細分為線上教學、線下課堂教學和考核評價3個部分。

其一，線上教學充分發揮計算機網絡的優勢，選取優質網絡教學資源平臺，不斷完善課程平臺建設。例如，上傳電子版的教材、參考書、教學大綱、授課計劃、重要學術論文、教學視頻等課程學習資料，以課程內容為設計基礎，建設試題庫等，滿足不同層次學生的學習需求。

其二，線下課堂教學是通過騰訊會議在線直播平臺完成的。課堂教學的組織實施，堅持“以學生為主體、教師為主導”。教師課前根據學生的知識接受能力進行分組，為不同能力層次的學生有針對性地搭建個性化“支撐腳手架”，幫助每個學生盡快達到自己學習的“最近發展區”，并通過任務驅動、項目驅動等措施，不斷引導學生進行分組討論和交流，自主得出結論，使各種能力層次的學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對學生學習過程、學習能力、創新能力和實踐能力的考核。要以考核評價機制規范學生學習過程。在課程開課之初，建立明確、合理、有效的課程考核評價機制，為學生整個學期的學習規劃指明正確的方向。另外，對不同的教學班采用相同的教材、教學大綱、執行大綱、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，不斷提升學生在操作系統課程學習過程中的自覺性、主動性，不斷激發學生學習興趣，挖掘其發展潛力，提高其實踐能力、創新能力和解決復雜工程問題的能力。

二、操作系統課程混合式教學的具體設計方案

2019—2020學年第2學期，河南工業大學計算機科學與技術專業18級開設的操作系統課程，結合疫情期間的實際教學需求，通過超星學習通、騰訊會議、QQ群等，建立多平臺協同聯動的網上綜合教學環境，并對課前、課中、課后3個環節進行教學設計創新[2]。

（一）課前環節

在課前環節中，教師利用超星學習通平臺把微課教學短視頻、核心閱讀材料、拓展閱讀材料等多種自學材料，按照任務點來發布，要求學生按時完成。教師在整個學期54學時的操作系統課程教學過程中共發布了81個預習任務點。相關統計數據顯示，全體學生的章節學習次數達到了13807次。另外，教師配合課程進度并針對預習內容，共發布了14次課前測試題，要求學生限時完成。試題總共有169道，全方位涵蓋了課程的基礎性內容，有效地檢測了學生對基本概念和原理的學習效果。學生課前測試成績分布統計結果見下表。從表中可以看到，其平均分在80分左右浮動，說明學生對基礎知識的掌握良好。從實際教學效果來看，在線課程平臺的有效利用，滿足了學生的個性化學習需求。學生通過完成課前預習與自測，鍛煉了自主學習能力。學生在完成一系列的預習任務中，能夠標出疑問，提出見解，完成自測，發現不足，能夠推動學生對課程內容進行深度思考，培養了學生自主探索未知知識領域的能力。

（二）課中環節

教師把騰訊會議作為疫情期間的教學平臺，以學生課前自測成績作為參考來設計和實施課中環節。每堂課的教學設計包括以下4個方面。

首先，以小組研討為課堂組織的基礎形式，針對每堂課的教學任務，通過PBL任務驅動式、啟發式教學，采用搶答、提問、研討、作品展示等多種形式，有針對性地啟發和引導學生學習重點、難點和拓展性知識，不斷完善知識體系[3-4]，增強探索意識、創新意識，提高合作學習能力，加強對知識的理解、掌握和運用。

其次，指導學生進行Linux系統平臺下的編程實踐。通過指導學生完成具體的實驗課題，引導學生獨立思考操作系統相關原理的實現機制，激發學生探索操作系統原理的興趣，幫助學生提高解決相關復雜工程問題的能力。

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

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

在具體的教學實踐中，教師考慮到18級計算機科學與技術專業每班學生人數都在30人左右且女生少，為了便于課堂教學的開展，根據學生的學習能力把每個班劃分為3個學習小組，每組10人左右（至少有1名女生），由學生推選本小組的組長。由于每組學生的能力不同，因此要為不同小組劃分不同難度的任務顆粒度，制定相對應的“支撐腳手架”，提供不同的支撐材料。例如，教師在經典的進程同步問題“哲學家就餐問題”的教學中，對能力較高的第一組劃分規模較大的任務顆粒度：“哲學家就餐問題模型是什么？有多少種解決方案？總結你的發現?！贬槍δ芰χ械鹊牡诙M則細化任務顆粒度，內容包括：“哲學家就餐問題模型是什么？模型中信號量如何設置？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顆粒度：“哲學家就餐問題模型是什么？模型中信號量為什么要設計為信號量數組？記錄型信號量和And型信號量分別如何解決此模型？And型信號量的優勢是什么？記錄型信號量解決方案中為什么會出現死鎖問題？死鎖問題應如何解決？”通過不同的顆粒度劃分以及提供相應的支撐學習材料，使不同能力層次的學生都能達到教學目標的要求。

教師在線下課堂教學的具體實施中，全程體現“以學生為主體、教師為主導”的教學理念，創新開展了教學組織包括新課導入、課前預習講評、重點難點講授、分組研討學習、學習成果評價、知識梳理歸納以及反饋訓練與鞏固7個環節。通過靈活運用超星學習通平臺提供的互動形式，服務于教學組織的有效開展，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過程中，并設置PBL任務驅動式的研討主題，給學生提供自主學習空間。建立組間互評、組內互評和教師評價相結合的成果評價機制[3]，鼓勵不同小組展示預習成果、研討成果，充分調動學生探究、研討、總結的積極主動性，激發學生的思維力。例如，教師在“哲學家就餐問題”的教學中，利用超星學習通設計了PBL任務驅動式的研討主題，3個小組均以分享資料和討論的方式完成了PBL任務，形成各組的總結報告。評分機制中，教師評價權重為30%，組內互評權重為40%，組間互評權重為30%，評價指標涵蓋了內容的完整性和創意性。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目標的要求。

（三）課后環節

教師根據學生的學習習慣，利用超星學習通和騰訊QQ建立學習群，為學生提供答疑輔導，保持師生溝通暢通。針對線上教學和線下教學的實際情況，教師對學生的作業完成情況、問卷調查結果、隨堂測驗結果、答疑情況等進行全面分析，完成課程總結報告，做好課程教學的持續改進工作。

（四）考核評價

建立科學有效的評價機制，不僅可以有效管理學生的學習過程，同時也是保證教學質量、檢驗教學成果、持續改進教學過程的有效手段和必要措施。操作系統課程混合式教學的考核評價機制，堅持注重對學生的學習過程、學習能力、創新能力和解決相關復雜工程問題能力進行綜合考核的原則，并創新了多元化考核評價方案，具體體現在考核評價方式、作業形式、研討任務多樣化。

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價注重對學生學習的過程化考核，設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、作業完成情況、課測考試成績、章節學習次數、課堂互動表現等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學年第2學期課程結束時，教師采用超星學習通統計學生平時成績及考核等級。

另外，作業形式及研討任務，除了體現基本理論的常規類型，還包括知識拓展類、創新類、Linux系統下的編程實踐類等[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生的學習需求，實現“高階性、創新性、挑戰度”的“金課”目標，以及工程教育專業認證中“解決復雜工程問題能力”的培養目標。例如，教師在完成“進程管理”的理論教學后，要求學生在Linux系統下采用多進程編程，設計實現“嗜睡理發師問題”，包括信號量的定義、算法設計描述、算法分析、程序設計實現、調試分析、算法改進等方面。學生需要在課堂時間內完成各模塊規劃，課后自主完成程序的設計實現以及設計報告的撰寫，最終完成驗收答辯[5]。

三、操作系統課程混合式教學改革成效

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

另外，河南工業大學計算機科學與技術專業的操作系統課程共有5個課程目標，分別涉及知識應用能力、方案設計能力、實踐能力、信息獲取能力和局限性分析能力等方面。課程結束后，教師結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學年第2學期，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學年第2學期，這5個課程目標的達成值分別是0.773、0.790、0.810、0.789、0.800。通過對比發現，2018—2019學年第2學期教學效果的短板在于知識應用能力和信息獲取能力。2019—2020學年第2學期，經過相關教學實踐的改革，課程目標整體達成情況要優于上一學年，特別是知識應用能力和信息獲取能力均比上一學年有了提高，但知識應用能力仍然不夠理想。這說明需要在下一學年的教學過程中總結經驗，揚長避短，著重加強針對知識應用能力的教學方法研究，持續改進教學措施，使教學效果能夠有效提升[6]。

四、結語

操作系統課程的混合式教學，以“提高課程的高階性、創新性、挑戰度”為改革方向，通過任務驅動、項目驅動、研討式、啟發式教學手段，有效地加強了師生互動交流。在對線上教學、線下課堂教學和考核評價3個部分的教學設計中，采用多元化手段，多維度、多層次助力不同能力層次的學生都能達到“最近發展區”，滿足了信息時代學生碎片化時間利用、個性化學習的需求，同時激發了學生的求知欲、探索欲，全方位提高了學生的認知和理解能力、邏輯思維能力、實踐能力、工程素養等。

[ 參 考 文 獻 ]

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

[2] 李逢慶.混合式教學的理論基礎與教學設計[J]. 現代教育技術，2016（9）：18-24.

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

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

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

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

[責任編輯：龐丹丹]