基于混合式教學(xué)的操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)方案

黃晴晴　張永棠

摘? 要：本課題研究主要依托于“廣東東軟學(xué)院《操作系統(tǒng)原理》重點(diǎn)核心課程建設(shè)”項(xiàng)目。對(duì)本人在《操作系統(tǒng)原理》課程授課過程中遇到的各種問題，進(jìn)行分析和研究，結(jié)合現(xiàn)有新工科教育環(huán)境下的互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，將互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)下新的教育模式和傳統(tǒng)的課程教學(xué)相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，提出基于微課+課堂的混合式操作系統(tǒng)原理課程教學(xué)設(shè)計(jì)方案，通過錄制在線教學(xué)的微課視頻，并使用“課堂派”“超星學(xué)習(xí)通”等教學(xué)管理平臺(tái)對(duì)教學(xué)資源、教學(xué)過程和學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行管理。該方案主要為解決現(xiàn)有教學(xué)存在的一些問題，在教學(xué)過程中發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將課堂設(shè)計(jì)方案由傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教育模式，提倡學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究，增加學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好構(gòu)建知識(shí)體系。

1? 緒論

1.1 操作系統(tǒng)原理在人才培養(yǎng)中的地位

操作系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心和靈魂，是計(jì)算機(jī)最基礎(chǔ)、最復(fù)雜的系統(tǒng)軟件，擔(dān)任著管理整個(gè)計(jì)算機(jī)資源的重要角色。操作系統(tǒng)原理課程就是一門介紹操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行、功能等的方法和原理的一門學(xué)科。因此該課程在各高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中都占據(jù)著非常核心的位置。以我校為例，操作系統(tǒng)原理課程在整個(gè)計(jì)算學(xué)院的電子工程專業(yè)，網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)，軟件工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，都處于專業(yè)核心基礎(chǔ)課程的重要地位。

從課程的作用來說，操作系統(tǒng)原理是以操作系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)能力和計(jì)算機(jī)思維能力起著非常重要的作用，并能提高學(xué)生的編程效率，對(duì)其計(jì)算機(jī)思維能力的培養(yǎng)，都起著至關(guān)重要的作用。而且《操作系統(tǒng)原理》上承《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《計(jì)算機(jī)組成原理》和《程序設(shè)計(jì)》等課程，與后續(xù)的《Windows編程》《操作系統(tǒng)安全》《計(jì)算網(wǎng)絡(luò)》也有著非常大的關(guān)聯(lián)性，因此，《操作系統(tǒng)原理》在整個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)生涯起著承上啟下的重要作用。

1.2操作系統(tǒng)原理教學(xué)現(xiàn)狀

操作系統(tǒng)原理在整個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)中占據(jù)著如此重要的地位，如何對(duì)這門課進(jìn)行更好的課程設(shè)計(jì)，如何讓學(xué)生提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)這門課程就變的非常的重要了。目前，很多高校在操作系統(tǒng)原理課程的教學(xué)中，還是主要以課堂講授的傳統(tǒng)教學(xué)方式為主。但因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)課程領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)包含大量的概念，原理和算法，并且這些知識(shí)點(diǎn)具有較強(qiáng)的理論性、抽象性。傳統(tǒng)以老師講授為主，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)方案就有了各樣的局限性。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)原理課程在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，因?yàn)橹R(shí)的復(fù)雜性、抽象性，再加上課程設(shè)計(jì)和教學(xué)手段的單一性，導(dǎo)致學(xué)生普通認(rèn)為課程相對(duì)枯燥，缺乏實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，在學(xué)習(xí)過程中缺乏興趣、主動(dòng)性和積極性。學(xué)生普遍被動(dòng)的學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)這門課程，以應(yīng)付期末考試為目的，這與新工科模式下提倡的培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)能力，與國(guó)際的工程認(rèn)證以培養(yǎng)能力為導(dǎo)向的要求完全不相符合。

2.基于混合式教學(xué)的操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)

2.1課程總體設(shè)計(jì)

結(jié)合目前互聯(lián)網(wǎng)+課堂的發(fā)展趨勢(shì)，將混合式教學(xué)方式與《操作系統(tǒng)原理》課程的進(jìn)行融合^[5]，將課堂教學(xué)和在線教學(xué)統(tǒng)一起來，并結(jié)合現(xiàn)有的在線教學(xué)管理平臺(tái)—課堂派，對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行整合管理，并使用該教學(xué)管理平臺(tái)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，從而更好的掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況和對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析。因此基于操作系統(tǒng)課堂的性質(zhì)和現(xiàn)有的教學(xué)平臺(tái)，本文提出了一種基于微課+課堂的操作系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)方案，具體方案過程如圖1所示。該方案結(jié)合操作系統(tǒng)課程特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“課前引導(dǎo)+課堂討論+課后鞏固”的模式，從而將學(xué)習(xí)模式從以教師為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主，從而培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)探索、積極學(xué)習(xí)的能力。

基于混合式的《操作系統(tǒng)原理》課程具體設(shè)計(jì)思路如下：

（1）、對(duì)于操作系統(tǒng)原理課程內(nèi)容的難點(diǎn)、重點(diǎn)通過錄制的微課來進(jìn)行引導(dǎo)式教育，并提前將微課視頻和教學(xué)資源放到采用的在線教學(xué)輔助平臺(tái)上，通知學(xué)生進(jìn)行提前預(yù)習(xí)，并完成對(duì)應(yīng)的預(yù)習(xí)作業(yè)。

（2）、在線下課堂教學(xué)時(shí)，通過提問、搶答等模式檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并采用沉浸式教學(xué)、探討式教學(xué)等方式進(jìn)行線下教學(xué)活動(dòng)的開展。

（3）、課后通過布置作業(yè)等進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的跟蹤，學(xué)生也可繼續(xù)觀看微課視頻，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固。

3.2 微課視頻設(shè)計(jì)

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求，《操作系統(tǒng)原理》課程的理論教學(xué)部分的微課教學(xué)視頻主要包括以下內(nèi)容：操作系統(tǒng)課程導(dǎo)論（包含操作系統(tǒng)功能和作用;多道程序設(shè)計(jì)技術(shù);分時(shí)系統(tǒng);典型的操作系統(tǒng)）;進(jìn)程的概念;處理器調(diào)度算法;信號(hào)量實(shí)現(xiàn)互斥;信號(hào)量實(shí)現(xiàn)幾種典型的同步問題;死鎖防止;死鎖避免算法;分頁存儲(chǔ)管理;虛擬存儲(chǔ)器;文件物理結(jié)構(gòu);多級(jí)目錄;磁盤調(diào)度算法;虛擬設(shè)備等等。

另一部分的微課是針對(duì)《操作系統(tǒng)原理》課程的實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行錄制的微課，這些微課的內(nèi)容包括介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)環(huán)境，講解實(shí)驗(yàn)原理，布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要是與對(duì)應(yīng)的課堂實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，學(xué)生通過微課了解實(shí)驗(yàn)原理和完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課堂上老師進(jìn)行問題解答和結(jié)果驗(yàn)收。這樣既可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，充分利用課余時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)老師又可以通過成果驗(yàn)收，來查看學(xué)生的完成情況，并將學(xué)生出現(xiàn)問題較多的地方記錄下來，并將對(duì)應(yīng)問題更新微課內(nèi)容。

我們將具體課程內(nèi)容與微課進(jìn)行關(guān)聯(lián)，具體的對(duì)照關(guān)系如圖2所示。

為了解決學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和自我管理方面的問題，該門課程還結(jié)合在線輔助教學(xué)工具進(jìn)行來進(jìn)行教學(xué)管理工作，在課堂教學(xué)前學(xué)生在該平臺(tái)上使用微課視頻和其他教學(xué)資源進(jìn)行課程內(nèi)容的預(yù)習(xí)工作，教師通過設(shè)置思考題讓學(xué)生先獨(dú)立思考，并在教學(xué)平臺(tái)上檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況。線上課堂時(shí)，先通過提問、搶答等方式對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)情況進(jìn)行檢查，接下來教學(xué)過程中針對(duì)課堂內(nèi)容開展學(xué)生小組討論，最后再著重針對(duì)相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)講解和答疑。同時(shí)在課堂教學(xué)過程中，采用沉浸式教學(xué)，進(jìn)行探究式教學(xué)等等各種教學(xué)模式，通過更多的課堂教學(xué)手段，盡量將復(fù)雜抽象的理論教學(xué)，轉(zhuǎn)變成生活中的具體示例進(jìn)行講解，增加學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解能力，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考和探究，從而提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性及積極性。而在課后，學(xué)生可繼續(xù)使用微課課程進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的復(fù)習(xí)和查漏補(bǔ)缺，鞏固學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的理解，幫助他們建立完整的知識(shí)體系。同時(shí)在課后，老師也可以根據(jù)學(xué)生在課堂上表現(xiàn)和反饋，對(duì)相應(yīng)的微課內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行進(jìn)一步的研究，從而來達(dá)到教學(xué)反思的效果。整個(gè)操作系統(tǒng)原理課程的設(shè)計(jì)方案是一個(gè)正反饋循環(huán)的過程，通過微課進(jìn)行引導(dǎo)，利用課堂教學(xué)進(jìn)行檢查和反思微課內(nèi)容，同時(shí)通過學(xué)生后續(xù)瀏覽微課和討論情況，進(jìn)行課堂教學(xué)的反思和總結(jié)。這樣將微課和課堂教學(xué)將動(dòng)態(tài)的結(jié)合在一起，整個(gè)《操作系統(tǒng)原理》課程的系列微課也不僅僅是一些短小的教學(xué)視頻，而是以微視頻為核心，整合教學(xué)設(shè)計(jì)、多媒體課件、練習(xí)測(cè)試、教學(xué)反思、教學(xué)素材、學(xué)生反饋等相關(guān)教學(xué)資源，構(gòu)成一個(gè)主題鮮明，類型多樣的完整的混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)方案。

3.3具體教學(xué)活動(dòng)示例

接下來我們以《操作系統(tǒng)原理》課程的重點(diǎn)內(nèi)容“進(jìn)程”為例來進(jìn)行說明，在進(jìn)程方面我們共錄制了3個(gè)微課視頻，其中第一微課“走近進(jìn)程”，主要簡(jiǎn)單的說明什么是進(jìn)程，進(jìn)程在整個(gè)操作系統(tǒng)中的地位，進(jìn)程的構(gòu)成部分和狀態(tài)。該微課共錄制10分鐘，并在課程結(jié)束時(shí)留下思考問題“進(jìn)程與程序的區(qū)別”和“進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換”。學(xué)生在課前先通過視頻了解進(jìn)程的基本知識(shí)，然后接下來分組討論微課留下的思考題，學(xué)生可以通過自主查閱課本和其他資料，并進(jìn)行小組討論得出對(duì)應(yīng)的答案，接下來小組反饋，老師進(jìn)行總結(jié)和歸納，學(xué)生反思和提問。并布置對(duì)應(yīng)的課堂習(xí)題作業(yè)，而課堂習(xí)題作業(yè)的講解則在學(xué)生提交完作業(yè)后開放給學(xué)生，學(xué)生通過講解來檢測(cè)自己習(xí)題的完成情況，并對(duì)應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行查漏補(bǔ)缺從而完成課后復(fù)習(xí)。進(jìn)程的第二個(gè)微課“進(jìn)程創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)”，主要講解進(jìn)程創(chuàng)建函數(shù)fork的使用方法，并引出我們對(duì)應(yīng)的進(jìn)程創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)微課中講解，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課上，老師主要進(jìn)行輔導(dǎo)和驗(yàn)收，解答學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，并驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)的完成情況，最后要求學(xué)生完成對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。進(jìn)程的第三個(gè)微課“進(jìn)程知識(shí)點(diǎn)總結(jié)”，對(duì)進(jìn)程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生對(duì)進(jìn)程的知識(shí)點(diǎn)形成構(gòu)架，清晰理解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容與細(xì)節(jié)。

3.4考核體系及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

另外，在整個(gè)《操作系統(tǒng)原理》課程的設(shè)計(jì)方案中，針對(duì)混合式的教學(xué)方式把線上教學(xué)也納入到對(duì)應(yīng)的考核方式中^[6]，其主要進(jìn)行考核的方法有兩種。第一個(gè)為線上理論知識(shí)的部分（包括知識(shí)導(dǎo)入、原理講解），這個(gè)主要通過課堂提問和小組討論后回答問題的情況，記錄到學(xué)生的平時(shí)成績(jī)和課堂表現(xiàn)中。第二個(gè)就是實(shí)驗(yàn)課程的微課部分，通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)的完成情況來進(jìn)行考核。同時(shí)線下課堂教學(xué)通過作業(yè)/習(xí)題的完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及期末考試來評(píng)定。而總的課程考核體系具體如表1所示：

從上述表中可以看到，《操作系統(tǒng)原理》課程的考核包含3個(gè)部分，其中包含考勤成績(jī)、平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末考試成績(jī)，其中考勤成績(jī)包括課堂考勤和微課觀看記錄，平時(shí)成績(jī)包括微課問題回答、小組討論和習(xí)題作業(yè)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要是學(xué)生通過微課掌握實(shí)驗(yàn)原理，完成微課上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。最后期末考試以閉卷方式考核學(xué)生對(duì)整個(gè)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。該考核方式把微課的完成情況也作為考核的一部分，通過學(xué)生的成績(jī)和表現(xiàn)，可以更好總結(jié)該方案的優(yōu)劣性。

4.總結(jié)

目前，基于混合式《操作系統(tǒng)原理》課程教學(xué)已經(jīng)在本校18級(jí)學(xué)生的《操作系統(tǒng)原理課程》進(jìn)行實(shí)施，在實(shí)施的過程中，對(duì)比之前的該課程學(xué)習(xí)，通過學(xué)生提交問卷反饋情況看出，學(xué)生對(duì)該課程的興趣度有了很大的提升，同時(shí)，對(duì)目前進(jìn)程部分的知識(shí)進(jìn)行考核，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)理論的學(xué)習(xí)情況也有了很大的提升。同時(shí)，對(duì)于目前課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過課堂檢查學(xué)生完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況，發(fā)現(xiàn)采用混合式教學(xué)方式，學(xué)生更愿意通過在線微課視頻講解，自己動(dòng)手操作，并主動(dòng)解決問題。因此，這種基于混合式的教學(xué)模式的《操作系統(tǒng)原理》課程設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生對(duì)操作系統(tǒng)原理課程的興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)、自我探索能力和動(dòng)手解決問題能力。

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