操作系统课程混合式教学的设计与实施

2022-07-24 23:04马宏琳阎磊李磊
大学教育 2022年5期
关键词:操作系统教学方案混合式教学模式

马宏琳 阎磊  李磊

[摘 要]文章探讨教师以操作系统课程混合式教学为基础,通过建立并利用多平台协同联动的网上综合教学环境,对课前、课中、课后3个环节进行了教学设计的模式创新,并建立了多维度成绩考核评价机制。教师在教学过程中,通过划分学生组和不同难度的“任务颗粒度”,制定相应的“支撑脚手架”,助力学生达到学习中的“最近发展区”,并采用任务驱动和项目驱动策略,引入研讨式、启发式教学手段,强化了师生互动交流,构建了个性化学习课堂,充分调动了学生的学习积极性,从而提高了学生的创新能力,优化了教学效果。

[关键词]操作系统;混合式教学模式;教学方案

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2022)05-0127-03

在新时代背景下,操作系统课程任课教师依托网络优势,以“高阶性、创新性、挑战度”的“金课” 标准为课程改革的方向和目标,遵循“以学生为主体、教师为主导”的教学理念,构建了操作系统在线开放课程的混合式教学模式。教师根据操作系统课程理论性强、实践难度大的特点[1],开展操作系统课程混合式教学,通过任务驱动、项目驱动等措施,引入研讨式、启发式教学手段,强化了师生的互动交流,充分调动了学生的学习积极性,培养了学生的学习能力,提高了学生的创新能力和实践能力,满足了新时代下学生对多元化学习方式和充分利用碎片时间的需求。

一、操作系统课程混合式教学的设计策略

操作系统在线课程的混合式教学构建,可以细分为线上教学、线下课堂教学和考核评价3个部分。

其一,线上教学充分发挥计算机网络的优势,选取优质网络教学资源平台,不断完善课程平台建设。例如,上传电子版的教材、参考书、教学大纲、授课计划、重要学术论文、教学视频等课程学习资料,以课程内容为设计基础,建设试题库等,满足不同层次学生的学习需求。

其二,线下课堂教学是通过腾讯会议在线直播平台完成的。课堂教学的组织实施,坚持“以学生为主体、教师为主导”。教师课前根据学生的知识接受能力进行分组,为不同能力层次的学生有针对性地搭建个性化“支撑脚手架”,帮助每个学生尽快达到自己学习的“最近发展区”,并通过任务驱动、项目驱动等措施,不断引导学生进行分组讨论和交流,自主得出结论,使各种能力层次的学生均能从中获得成就感和进步。

其三,课程考核评价机制要体现对学生学习过程、学习能力、创新能力和实践能力的考核。要以考核评价机制规范学生学习过程。在课程开课之初,建立明确、合理、有效的课程考核评价机制,为学生整个学期的学习规划指明正确的方向。另外,对不同的教学班采用相同的教材、教学大纲、执行大纲、考核方式和评价标准,从而保证了课程考核的公平性和成绩评定的一致性。

通过以上策略的制定和实施,不断提升学生在操作系统课程学习过程中的自觉性、主动性,不断激发学生学习兴趣,挖掘其发展潜力,提高其实践能力、创新能力和解决复杂工程问题的能力。

二、操作系统课程混合式教学的具体设计方案

2019—2020学年第2学期,河南工业大学计算机科学与技术专业18级开设的操作系统课程,结合疫情期间的实际教学需求,通过超星学习通、腾讯会议、QQ群等,建立多平台协同联动的网上综合教学环境,并对课前、课中、课后3个环节进行教学设计创新[2]。

(一)课前环节

在课前环节中,教师利用超星学习通平台把微课教学短视频、核心阅读材料、拓展阅读材料等多种自学材料,按照任务点来发布,要求学生按时完成。教师在整个学期54学时的操作系统课程教学过程中共发布了81个预习任务点。相关统计数据显示,全体学生的章节学习次数达到了13807次。另外,教师配合课程进度并针对预习内容,共发布了14次课前测试题,要求学生限时完成。试题总共有169道,全方位涵盖了课程的基础性内容,有效地检测了学生对基本概念和原理的学习效果。学生课前测试成绩分布统计结果见下表。从表中可以看到,其平均分在80分左右浮动,说明学生对基础知识的掌握良好。从实际教学效果来看,在线课程平台的有效利用,满足了学生的个性化学习需求。学生通过完成课前预习与自测,锻炼了自主学习能力。学生在完成一系列的预习任务中,能够标出疑问,提出见解,完成自测,发现不足,能够推动学生对课程内容進行深度思考,培养了学生自主探索未知知识领域的能力。

(二)课中环节

教师把腾讯会议作为疫情期间的教学平台,以学生课前自测成绩作为参考来设计和实施课中环节。每堂课的教学设计包括以下4个方面。

首先,以小组研讨为课堂组织的基础形式,针对每堂课的教学任务,通过PBL任务驱动式、启发式教学,采用抢答、提问、研讨、作品展示等多种形式,有针对性地启发和引导学生学习重点、难点和拓展性知识,不断完善知识体系[3-4],增强探索意识、创新意识,提高合作学习能力,加强对知识的理解、掌握和运用。

其次,指导学生进行Linux系统平台下的编程实践。通过指导学生完成具体的实验课题,引导学生独立思考操作系统相关原理的实现机制,激发学生探索操作系统原理的兴趣,帮助学生提高解决相关复杂工程问题的能力。

再次,通过随堂测验及总结,指导学生绘制思维导图来进行课堂内容总结,培养学生的知识归纳能力,进行课堂知识的巩固,为学生加强对基础理论知识的掌握与更深层次的知识拓展打下坚实的基础。

最后,在整个课堂教学设计的过程中融入课程思政。把与操作系统相关的思政元素以润物细无声的方式融入相关知识的讲授中。以潜移默化的方式,引导学生增强为中华民族伟大复兴而奋斗的责任感和使命感,崇尚科学,培养严谨、求真、务实、勇于探索的科研精神和大国工匠精神,理解创新意识和创新精神对科技进步的重要作用,增强创新意识、团队合作意识、解决相关复杂工程问题的能力。各项教学活动,以培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人为总目标,注重培养学生的综合素质,熟练运用所学知识的能力以及客观评价相关工程对社会、经济等方面影响的能力,锻炼、提升学生的表达能力。

在具体的教学实践中,教师考虑到18级计算机科学与技术专业每班学生人数都在30人左右且女生少,为了便于课堂教学的开展,根据学生的学习能力把每个班划分为3个学习小组,每组10人左右(至少有1名女生),由学生推选本小组的组长。由于每组学生的能力不同,因此要为不同小组划分不同难度的任务颗粒度,制定相对应的“支撑脚手架”,提供不同的支撑材料。例如,教师在经典的进程同步问题“哲学家就餐问题”的教学中,对能力较高的第一组划分规模较大的任务颗粒度:“哲学家就餐问题模型是什么?有多少种解决方案?总结你的发现。”针对能力中等的第二组则细化任务颗粒度,内容包括:“哲学家就餐问题模型是什么?模型中信号量如何设置?记录型信号量和And型信号量分别如何解决此模型?记录型信号量解决方案中的死锁问题如何解决?”对能力较弱的第三组则进一步细化任务颗粒度:“哲学家就餐问题模型是什么?模型中信号量为什么要设计为信号量数组?记录型信号量和And型信号量分别如何解决此模型?And型信号量的优势是什么?记录型信号量解决方案中为什么会出现死锁问题?死锁问题应如何解决?”通过不同的颗粒度划分以及提供相应的支撑学习材料,使不同能力层次的学生都能达到教学目标的要求。

教师在线下课堂教学的具体实施中,全程体现“以学生为主体、教师为主导”的教学理念,创新开展了教学组织包括新课导入、课前预习讲评、重点难点讲授、分组研讨学习、学习成果评价、知识梳理归纳以及反馈训练与巩固7个环节。通过灵活运用超星学习通平台提供的互动形式,服务于教学组织的有效开展,把抢答、提问、课堂讨论、成果展示等多种互动活动穿插在教学过程中,并设置PBL任务驱动式的研讨主题,给学生提供自主学习空间。建立组间互评、组内互评和教师评价相结合的成果评价机制[3],鼓励不同小组展示预习成果、研讨成果,充分调动学生探究、研讨、总结的积极主动性,激发学生的思维力。例如,教师在“哲学家就餐问题”的教学中,利用超星学习通设计了PBL任务驱动式的研讨主题,3个小组均以分享资料和讨论的方式完成了PBL任务,形成各组的总结报告。评分机制中,教师评价权重为30%,组内互评权重为40%,组间互评权重为30%,评价指标涵盖了内容的完整性和创意性。3个小组的成绩分别为98.6分、98.4分、98.6分,所有小组都很好地达到了课堂教学目标的要求。

(三)课后环节

教师根据学生的学习习惯,利用超星学习通和腾讯QQ建立学习群,为学生提供答疑辅导,保持师生沟通畅通。针对线上教学和线下教学的实际情况,教师对学生的作业完成情况、问卷调查结果、随堂测验结果、答疑情况等进行全面分析,完成课程总结报告,做好课程教学的持续改进工作。

(四)考核评价

建立科学有效的评价机制,不仅可以有效管理学生的学习过程,同时也是保证教学质量、检验教学成果、持续改进教学过程的有效手段和必要措施。操作系统课程混合式教学的考核评价机制,坚持注重对学生的学习过程、学习能力、创新能力和解决相关复杂工程问题能力进行综合考核的原则,并创新了多元化考核评价方案,具体体现在考核评价方式、作业形式、研讨任务多样化。

考核评价主要包括期末考试成绩和平时成绩。期末考试成绩在总成绩中占60%,平时成绩占40%。考核评价注重对学生学习的过程化考核,设计平时成绩的多维度考核方案,包括课程视频观看情况、课堂讨论表现、作业完成情况、课测考试成绩、章节学习次数、课堂互动表现等6项,每项考核成绩在平时成绩总分中都有不同的占比,最后给出平时成绩的综合成绩及考核等级。例如,2019—2020学年第2学期课程结束时,教师采用超星学习通统计学生平时成绩及考核等级。

另外,作业形式及研讨任务,除了体现基本理论的常规类型,还包括知识拓展类、创新类、Linux系统下的编程实践类等[4],形式丰富、种类多样。教师通过不断提高其难度与层次,满足不同能力层次学生的学习需求,实现“高阶性、创新性、挑战度”的“金课”目标,以及工程教育专业认证中“解决复杂工程问题能力”的培养目标。例如,教师在完成“进程管理”的理论教学后,要求学生在Linux系统下采用多进程编程,设计实现“嗜睡理发师问题”,包括信号量的定义、算法设计描述、算法分析、程序设计实现、调试分析、算法改进等方面。学生需要在课堂时间内完成各模块规划,课后自主完成程序的设计实现以及设计报告的撰写,最终完成验收答辩[5]。

三、操作系统课程混合式教学改革成效

教师在2019—2020学年第2学期的学期中和学期末各开展了1次“课程满意度及互动满意度”的问卷调查。问卷调查结果显示,学生的课程满意度均为100%,互动满意度分别为98.3%和99.0%,教学效果良好。

另外,河南工业大学计算机科学与技术专业的操作系统课程共有5个课程目标,分别涉及知识应用能力、方案设计能力、实践能力、信息获取能力和局限性分析能力等方面。课程结束后,教师结合过程性评价情况和期末考试成绩,综合评价课程目标的整体达成情况。2018—2019学年第2学期,上述5个课程目标的达成值分别是0.758、0.790、0.814、0.768、0.800;而2019—2020学年第2学期,这5个课程目标的达成值分别是0.773、0.790、0.810、0.789、0.800。通過对比发现,2018—2019学年第2学期教学效果的短板在于知识应用能力和信息获取能力。2019—2020学年第2学期,经过相关教学实践的改革,课程目标整体达成情况要优于上一学年,特别是知识应用能力和信息获取能力均比上一学年有了提高,但知识应用能力仍然不够理想。这说明需要在下一学年的教学过程中总结经验,扬长避短,着重加强针对知识应用能力的教学方法研究,持续改进教学措施,使教学效果能够有效提升[6]。

四、结语

操作系统课程的混合式教学,以“提高课程的高阶性、创新性、挑战度”为改革方向,通过任务驱动、项目驱动、研讨式、启发式教学手段,有效地加强了师生互动交流。在对线上教学、线下课堂教学和考核评价3个部分的教学设计中,采用多元化手段,多维度、多层次助力不同能力层次的学生都能达到“最近发展区”,满足了信息时代学生碎片化时间利用、个性化学习的需求,同时激发了学生的求知欲、探索欲,全方位提高了学生的认知和理解能力、逻辑思维能力、实践能力、工程素养等。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 马宏琳,张继新.《操作系统原理》课程改革的探索与实践[J]. 现代计算机(专业版),2010(6):61-63,86.

[2] 李逢庆.混合式教学的理论基础与教学设计[J]. 现代教育技术,2016(9):18-24.

[3] 熊志坚,董倩宇.高校翻转-混合式教学课程质量综合评价研究[J]. 高教学刊,2020(18):1-6.

[4] 于俊伟,刘楠,马宏琳,等. 基于概念知识树构建的操作系统教学实践[J]. 计算机教育,2018(7):104-106.

[5] 张玉宏,李歆,马宏琳. Android平台下操作系统课程设计的教学改革[J]. 计算机教育,2014(8): 32-35.

[6] 马宏琳,阎磊,于俊伟. “以学为中心”改革操作系统教学范式的探索实践[J].计算机教育,2020(6):119-123.

[责任编辑:庞丹丹]

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