基于混合式教学的操作系统原理课程设计方案

黄晴晴　张永棠

摘  要：本课题研究主要依托于“广东東软学院《操作系统原理》重点核心课程建设”项目。对本人在《操作系统原理》课程授课过程中遇到的各种问题，进行分析和研究，结合现有新工科教育环境下的互联网+技术，将互联网+技术下新的教育模式和传统的课程教学相结合，扬长避短，提出基于微课+课堂的混合式操作系统原理课程教学设计方案，通过录制在线教学的微课视频，并使用“课堂派”“超星学习通”等教学管理平台对教学资源、教学过程和学生学习情况进行管理。该方案主要为解决现有教学存在的一些问题，在教学过程中发挥互联网技术的优势，将课堂设计方案由传统的以教师为中心的教学模式转变为以学生为中心的教育模式，提倡学生自主学习和探究，增加学习兴趣，帮助学生更好构建知识体系。

1  绪论

1.1 操作系统原理在人才培养中的地位

操作系统是整个计算机系统的核心和灵魂，是计算机最基础、最复杂的系统软件，担任着管理整个计算机资源的重要角色。操作系统原理课程就是一门介绍操作系统结构、运行、功能等的方法和原理的一门学科。因此该课程在各高校的计算机专业人才培养方案中都占据着非常核心的位置。以我校为例，操作系统原理课程在整个计算学院的电子工程专业，网络工程专业，软件工程专业的人才培养方案中，都处于专业核心基础课程的重要地位。

从课程的作用来说，操作系统原理是以操作系统软件为基础，对培养学生的系统能力和计算机思维能力起着非常重要的作用，并能提高学生的编程效率，对其计算机思维能力的培养，都起着至关重要的作用。而且《操作系统原理》上承《数据结构》《计算机组成原理》和《程序设计》等课程，与后续的《Windows编程》《操作系统安全》《计算网络》也有着非常大的关联性，因此，《操作系统原理》在整个计算机专业学习生涯起着承上启下的重要作用。

1.2操作系统原理教学现状

操作系统原理在整个计算机专业人才培养中占据着如此重要的地位，如何对这门课进行更好的课程设计，如何让学生提高学习的主动性，积极主动的学习这门课程就变的非常的重要了。目前，很多高校在操作系统原理课程的教学中，还是主要以课堂讲授的传统教学方式为主。但因为操作系统课程领域内知识包含大量的概念，原理和算法，并且这些知识点具有较强的理论性、抽象性。传统以老师讲授为主，学生被动学习的操作系统原理课程设计方案就有了各样的局限性。传统的操作系统原理课程在整个教学活动中，因为知识的复杂性、抽象性，再加上课程设计和教学手段的单一性，导致学生普通认为课程相对枯燥，缺乏实际应用价值，在学习过程中缺乏兴趣、主动性和积极性。学生普遍被动的学习操作系统这门课程，以应付期末考试为目的，这与新工科模式下提倡的培养学生系统能力，与国际的工程认证以培养能力为导向的要求完全不相符合。

2.基于混合式教学的操作系统原理课程设计

2.1课程总体设计

结合目前互联网+课堂的发展趋势，将混合式教学方式与《操作系统原理》课程的进行融合^[5]，将课堂教学和在线教学统一起来，并结合现有的在线教学管理平台—课堂派，对教学资源进行整合管理，并使用该教学管理平台对学生学习情况进行统计和分析，从而更好的掌握学生学习情况和对学生学习行为进行分析。因此基于操作系统课堂的性质和现有的教学平台，本文提出了一种基于微课+课堂的操作系统原理课程设计方案，具体方案过程如图1所示。该方案结合操作系统课程特点，实现“课前引导+课堂讨论+课后巩固”的模式，从而将学习模式从以教师为主转变为以学生为主，从而培养学生的主动探索、积极学习的能力。

基于混合式的《操作系统原理》课程具体设计思路如下：

（1）、对于操作系统原理课程内容的难点、重点通过录制的微课来进行引导式教育，并提前将微课视频和教学资源放到采用的在线教学辅助平台上，通知学生进行提前预习，并完成对应的预习作业。

（2）、在线下课堂教学时，通过提问、抢答等模式检查学生预习情况，并采用沉浸式教学、探讨式教学等方式进行线下教学活动的开展。

（3）、课后通过布置作业等进行教学活动的跟踪，学生也可继续观看微课视频，对内容进行复习和巩固。

3.2 微课视频设计

根据教学内容和教学要求，《操作系统原理》课程的理论教学部分的微课教学视频主要包括以下内容：操作系统课程导论（包含操作系统功能和作用;多道程序设计技术;分时系统;典型的操作系统）;进程的概念;处理器调度算法;信号量实现互斥;信号量实现几种典型的同步问题;死锁防止;死锁避免算法;分页存储管理;虚拟存储器;文件物理结构;多级目录;磁盘调度算法;虚拟设备等等。

另一部分的微课是针对《操作系统原理》课程的实验部分进行录制的微课，这些微课的内容包括介绍实验目的和实验环境，讲解实验原理，布置实验内容，主要是与对应的课堂实验相结合，学生通过微课了解实验原理和完成实验内容，课堂上老师进行问题解答和结果验收。这样既可以提高学生的动手能力，充分利用课余时间进行学习，同时老师又可以通过成果验收，来查看学生的完成情况，并将学生出现问题较多的地方记录下来，并将对应问题更新微课内容。

我们将具体课程内容与微课进行关联，具体的对照关系如图2所示。

为了解决学生主动学习和自我管理方面的问题，该门课程还结合在线辅助教学工具进行来进行教学管理工作，在课堂教学前学生在该平台上使用微课视频和其他教学资源进行课程内容的预习工作，教师通过设置思考题让学生先独立思考，并在教学平台上检查学生预习情况。线上课堂时，先通过提问、抢答等方式对学生预习情况进行检查，接下来教学过程中针对课堂内容开展学生小组讨论，最后再着重针对相应内容进行知识点的重点讲解和答疑。同时在课堂教学过程中，采用沉浸式教学，进行探究式教学等等各种教学模式，通过更多的课堂教学手段，尽量将复杂抽象的理论教学，转变成生活中的具体示例进行讲解，增加学生对抽象知识的理解能力，鼓励学生进行独立思考和探究，从而提高学习的主动性及积极性。而在课后，学生可继续使用微课课程进行相关知识的复习和查漏补缺，巩固学生对相应知识点的理解，帮助他们建立完整的知识体系。同时在课后，老师也可以根据学生在课堂上表现和反馈，对相应的微课内容进行调整，对教学方法进行进一步的研究，从而来达到教学反思的效果。整个操作系统原理课程的设计方案是一个正反馈循环的过程，通过微课进行引导，利用课堂教学进行检查和反思微课内容，同时通过学生后续浏览微课和讨论情况，进行课堂教学的反思和总结。这样将微课和课堂教学将动态的结合在一起，整个《操作系统原理》课程的系列微课也不仅仅是一些短小的教学视频，而是以微视频为核心，整合教学设计、多媒体课件、练习测试、教学反思、教学素材、学生反馈等相关教学资源，构成一个主题鲜明，类型多样的完整的混合式教学模式设计方案。

3.3具体教学活动示例

接下来我们以《操作系统原理》课程的重点内容“进程”为例来进行说明，在进程方面我们共录制了3个微课视频，其中第一微课“走近进程”，主要简单的说明什么是进程，进程在整个操作系统中的地位，进程的构成部分和状态。该微课共录制10分钟，并在课程结束时留下思考问题“进程与程序的区别”和“进程状态的转换”。学生在课前先通过视频了解进程的基本知识，然后接下来分组讨论微课留下的思考题，学生可以通过自主查阅课本和其他资料，并进行小组讨论得出对应的答案，接下来小组反馈，老师进行总结和归纳，学生反思和提问。并布置对应的课堂习题作业，而课堂习题作业的讲解则在学生提交完作业后开放给学生，学生通过讲解来检测自己习题的完成情况，并对应内容进行查漏补缺从而完成课后复习。进程的第二个微课“进程创建实验”，主要讲解进程创建函数fork的使用方法，并引出我们对应的进程创建实验内容，学生根据微课中讲解，独立完成实验内容。在对应的实验课上，老师主要进行辅导和验收，解答学生在实验过程中遇到的问题，并验收实验的完成情况，最后要求学生完成对实验进行总结，提交实验报告。进程的第三个微课“进程知识点总结”，对进程的相关知识点进行总结，让学生对进程的知识点形成构架，清晰理解每个知识点的内容与细节。

3.4考核体系及评价标准

另外，在整个《操作系统原理》课程的设计方案中，针对混合式的教学方式把线上教学也纳入到对应的考核方式中^[6]，其主要進行考核的方法有两种。第一个为线上理论知识的部分（包括知识导入、原理讲解），这个主要通过课堂提问和小组讨论后回答问题的情况，记录到学生的平时成绩和课堂表现中。第二个就是实验课程的微课部分，通过学生实验的完成情况来进行考核。同时线下课堂教学通过作业/习题的完成情况、实验报告以及期末考试来评定。而总的课程考核体系具体如表1所示：

从上述表中可以看到，《操作系统原理》课程的考核包含3个部分，其中包含考勤成绩、平时成绩、实验成绩和期末考试成绩，其中考勤成绩包括课堂考勤和微课观看记录，平时成绩包括微课问题回答、小组讨论和习题作业，实验成绩主要是学生通过微课掌握实验原理，完成微课上的实验内容以及书写实验报告。最后期末考试以闭卷方式考核学生对整个课程相关知识点的掌握情况。该考核方式把微课的完成情况也作为考核的一部分，通过学生的成绩和表现，可以更好总结该方案的优劣性。

4.总结

目前，基于混合式《操作系统原理》课程教学已经在本校18级学生的《操作系统原理课程》进行实施，在实施的过程中，对比之前的该课程学习，通过学生提交问卷反馈情况看出，学生对该课程的兴趣度有了很大的提升，同时，对目前进程部分的知识进行考核，发现学生对理论的学习情况也有了很大的提升。同时，对于目前课程的实验环节，通过课堂检查学生完成情况和实验报告完成情况，发现采用混合式教学方式，学生更愿意通过在线微课视频讲解，自己动手操作，并主动解决问题。因此，这种基于混合式的教学模式的《操作系统原理》课程设计，提高了学生对操作系统原理课程的兴趣，提高学生的自主学习意识、自我探索能力和动手解决问题能力。

参考文献

[1]  梁乐明，曹俏俏，张宝辉.微课程设计模式研究--基于国内外微课程的对比分析[J].开放教育研究，2013，（1）.65-73.

[2]  王萍.大规模在线开放课程的新发展与应用：从cMOOC到xMOOC[J].现代远程教育研究，2013，（3）.13-19.

[4]  彭绍东.从面对面的协作学习、计算机支持的协作学习到混合式协作学习[J].电化教育研究，2010（8）：42-50.

[5]  张冲，吴冠豪.工程专业混合式教学设计与实践研究 ——以清华大学"光电仪器设计"课程为例[J].电化教育研究，2020，（5）：104-111.

[6]  周媛，韩彦凤.混合学习活动中学习者学习投入的研究[J].电化教育研究，2018，39（11）：99-105.