董彥軍 董卓寧 賈永亮 劉天真

摘? 要? 針對操作系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問題，對實驗組學(xué)生實施基于信息技術(shù)和教育技術(shù)深度融合的高階思維能力培養(yǎng)的教學(xué)改革，學(xué)生通過類比法、拆分法、建模法、小組協(xié)作法等實現(xiàn)對較復(fù)雜實際問題的求解，增強了問題意識，實現(xiàn)了深入思考，鍛煉了高階思維能力。與對照組教學(xué)效果對比顯示，實驗組成績的優(yōu)秀率和優(yōu)良率明顯提高，且實驗組學(xué)生在后續(xù)學(xué)期專業(yè)核心課學(xué)習中，在探究能力、發(fā)散思維能力和作品創(chuàng)新設(shè)計能力方面都有顯著提高。

關(guān)鍵詞? 信息技術(shù)；教育技術(shù)；操作系統(tǒng)；教學(xué)改革；高階思維能力

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）07-0017-04

1? 教改背景

1.1? 時政背景

現(xiàn)在對創(chuàng)新科技人才的需求比以往任何時候都更加強烈，在當前國際形勢背景下，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)對于一個國家非常重要。國內(nèi)高校承擔著為國家建設(shè)培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才的重任，如何提高人才培養(yǎng)的能力顯得至關(guān)重要。時任教育部部長陳寶生在2018年召開的全國高等學(xué)校本科教育工作會議上的講話，指出了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的思路，即充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，推動實現(xiàn)高等教育質(zhì)量的“變軌超車”，高校要將現(xiàn)代信息技術(shù)深度融入教育教學(xué)中，重塑教育教學(xué)形態(tài)，增強教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生智能時代核心競爭力。這是對高校課堂教學(xué)改革提出的非常明確的任務(wù)，也為本次教學(xué)改革設(shè)計提供了國家層面的教育理念指引。

1.2? 學(xué)情分析

本次教學(xué)改革在國家層面的教育理念的引導(dǎo)下，重點結(jié)合保定學(xué)院操作系統(tǒng)這門課程教學(xué)過程中的學(xué)情特點，從實際出發(fā)，進行針對性設(shè)計。

1.2.1? 學(xué)情特點? 學(xué)情特點包括操作系統(tǒng)課程的課程特點與學(xué)生特點。

1）課程特點。操作系統(tǒng)課程是保定學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)工程兩本科專業(yè)開設(shè)的專業(yè)必修課。該課程全面系統(tǒng)地闡述計算機操作系統(tǒng)基本原理、主要功能及實現(xiàn)技術(shù)，重點論述多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)的運行機制，系統(tǒng)資源管理策略和方法，拓展討論現(xiàn)代操作系統(tǒng)所采用的并行處理技術(shù)與虛擬化技術(shù)。課程一般開設(shè)在第四學(xué)期，授課對象為兩專業(yè)大二學(xué)生，已具備大學(xué)計算機、C語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等基礎(chǔ)理論知識和初步程序設(shè)計技能，正處于對專業(yè)理論知識深化學(xué)習階段。本課程作為純粹理論課，基礎(chǔ)理論多且晦澀難懂，抽象概念多，知識體系復(fù)雜，實際應(yīng)用變化靈活，對學(xué)生理論功底有相當?shù)囊?，是軟件工程師考試及計算機類專業(yè)研考必考科目。

2）學(xué)生特點。作為“00”后大學(xué)生，所謂的Z世代群體，他們的生活習慣、學(xué)習習慣及社會交互習慣等，具有典型的時代特征，教師需要分析學(xué)生，做到因材施教?！?0”后大學(xué)生善于接受多樣化的學(xué)習方式，不喜歡空洞的理論知識說教式授課，樂于接受有實踐價值的課程內(nèi)容。他們思維活躍，探究欲強，動手能力強。鑒于操作系統(tǒng)課程的特點，學(xué)生若要學(xué)好這一門課程，也存在不少挑戰(zhàn)，需要進一步提高自主學(xué)習能力、解決復(fù)雜問題的綜合能力和高階思維能力。

1.2.2? 教學(xué)現(xiàn)狀? 學(xué)校目前仍廣泛采用的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式已不適應(yīng)時代要求，存在許多問題。

1）教師講學(xué)生聽的這種傳統(tǒng)教學(xué)模式無法對教學(xué)過程進行精準管理，無法及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生懈怠與學(xué)習掉隊的發(fā)生，難以及時對學(xué)生進行督學(xué)。

2）大班制教學(xué)（50人左右），若采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，學(xué)生只是被動式聽課，即使教師講課非常精彩，學(xué)生也認真聽講，仍然無法完成主動學(xué)習、自我建構(gòu)知識的過程，教師教學(xué)效果有限，學(xué)生學(xué)習效果也不理想[1]。

3）教師無法了解每個學(xué)生的學(xué)習狀態(tài)、學(xué)習需求，也無法針對每個學(xué)生開展個性化教育[2]，及時作出教學(xué)策略調(diào)整。

4）傳統(tǒng)教學(xué)方式仍是以知識傳授為主，而對于操作系統(tǒng)這樣一門對學(xué)生能力有一定要求的課程，課堂教學(xué)不僅僅要傳授知識，更應(yīng)著眼于提升學(xué)生的學(xué)習能力，特別是培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力、創(chuàng)新能力[3]，這就對學(xué)生高級思維能力的培養(yǎng)提出迫切的要求。

2? 思路與舉措

2.1? 思路

著名學(xué)習專家埃德加·戴爾1946年提出的學(xué)習金字塔（圖1）顯示了采用不同的學(xué)習方式的學(xué)生在兩周以后的學(xué)習內(nèi)容平均留存率，該圖很好地解釋了學(xué)習效果與學(xué)習方式之間的關(guān)系。從圖1可明顯獲知，不同的學(xué)習方式的學(xué)習效果區(qū)別很大，位于塔尖的是學(xué)生單憑閱讀或聽教師講授，效果最差，而

這正是傳統(tǒng)課堂中學(xué)生的學(xué)習方式；位于塔基的是學(xué)生動手參與和給別人講授，這種學(xué)習方式取得的學(xué)習效果最好。由此可以得出結(jié)論：閱讀和聽講是效率最為低下的學(xué)習方式；主動學(xué)習比被動學(xué)習效率高很多；積極參與和實踐才是最有效的學(xué)習方式。

因此，在一個高質(zhì)量的學(xué)習方案設(shè)計中，主動式學(xué)習占據(jù)的時間應(yīng)該是絕大多數(shù)，而主動式學(xué)習所屬的各種學(xué)習方式，基本上也屬于高階思維能力培養(yǎng)的范疇。而對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，根據(jù)教育學(xué)家布魯姆的認知領(lǐng)域教育目標分類（圖2），可分成低階思維和高階思維[4]。所謂低階思維，指的是記憶、理解、應(yīng)用，而高階思維包括分析、評價、創(chuàng)造。要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，一定要對學(xué)生進行高階思維的訓(xùn)練和培養(yǎng)。

2.2? 舉措

貫徹黨和國家教育理念，結(jié)合埃德加·戴爾的學(xué)習金字塔理論和布魯姆的教育學(xué)理論，立足課堂主戰(zhàn)場，開展有效教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習，提高學(xué)生認知力和學(xué)習力，解決操作系統(tǒng)授課中存在的問題，進行高階思維能力培養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，需要完成六個轉(zhuǎn)變：將以前以教為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為主的教學(xué)模式；將學(xué)生從以前以教為主模式下的集中學(xué)習，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蜃灾鞯亻_展個性化學(xué)習，讓學(xué)習過程從被動學(xué)習過程轉(zhuǎn)變成主動學(xué)習以構(gòu)建知識的過程；從以教師講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生研討學(xué)習為主；教學(xué)目標由原來的傳授知識轉(zhuǎn)變?yōu)樘嵘芰?；教學(xué)評價由以前只看期末考試，一考定終身，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)習過程為主的評價；教學(xué)效果由原來關(guān)注教師的教學(xué)水平轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注學(xué)生高階思維能力的提升，即提升學(xué)生的自學(xué)能力、研究能力、協(xié)作能力、創(chuàng)新能力，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，提高課堂教學(xué)效率。

3? 實施策略

3.1? 平臺搭建

要實現(xiàn)上述六個過程的轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵在于高階思維能力的培養(yǎng)，為了達到高階思維能力的培養(yǎng)要求，需要在具備兩種條件的環(huán)境中才能有效實現(xiàn)：首先是具備豐富的教學(xué)資源；其次是有挑戰(zhàn)性的學(xué)習、深層次的思考、積極的交流。只有在這樣的環(huán)境中才能培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力[5]，而傳統(tǒng)課堂無法滿足高階思維培養(yǎng)的要求。為實現(xiàn)學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)，要搭建具備所需條件的教學(xué)環(huán)境，實現(xiàn)以教為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為主的教學(xué)模式等六個轉(zhuǎn)變。本項教學(xué)設(shè)計嘗試通過現(xiàn)代信息技術(shù)與教育技術(shù)深度融合，借助學(xué)習通這一應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的教學(xué)平臺，通過對該課程第2章第4小節(jié)“進程同步”中重點、難點部分進行教學(xué)設(shè)計，結(jié)合實際問題求解，融入思政元素，實現(xiàn)所設(shè)定知識目標、能力目標及素質(zhì)目標，達到培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習能力與高階思維能力的教學(xué)目標。

3.2? 教學(xué)實施

通過使用學(xué)習通平臺，在課前建立課程資源，包括課件、視頻（微課）、章節(jié)習題與軟考、研考真題、科研論文、學(xué)科前沿動態(tài)等，方便學(xué)生自主學(xué)習；運用學(xué)習通提供的現(xiàn)代教育技術(shù)手段，設(shè)置課前預(yù)習任務(wù)，結(jié)合課程資源（微課），對本小節(jié)基礎(chǔ)性知識進行課前預(yù)習，將重難點部分一并發(fā)布，要求學(xué)生作初步思考。這樣一來，教師在課堂上就可略講基礎(chǔ)性、入門級概念，將課堂重點放在重難點內(nèi)容的講授上，做到有的放矢，提高課堂效率；學(xué)生的課前預(yù)習不僅使其提前準備本次課所需的前導(dǎo)內(nèi)容，還使其通過知識導(dǎo)圖了解本次課在本章中所處的地位和作用。通過對本次課內(nèi)容的預(yù)習，學(xué)生對基礎(chǔ)概念了解得比較深刻，對重難點也有了初步的理解，帶著問題到課堂聽課，學(xué)習更有針對性。

課程開始通過引入一個實際的問題（司機與售票員工作流程的配合問題），讓學(xué)生體會個人細致縝密的工作作風與團隊協(xié)作意識在工作任務(wù)完成中的重要性，同時在潛移默化中也認識到操作系統(tǒng)中成千上萬個進程之間相互配合的必要性，對后續(xù)的進程同步機制的設(shè)計充滿興趣。

課中使用學(xué)習通設(shè)置課前導(dǎo)學(xué)問題的搶答功能，提高學(xué)生學(xué)習參與度。利用學(xué)習通同伴匿名互評及教師點評功能，培養(yǎng)學(xué)生思辨能力，同時啟發(fā)大家思路。教師對課前八個導(dǎo)學(xué)問題的作答、學(xué)生互評情況進行檢查、點評，了解學(xué)生對知識點的掌握情況，以確定著重講授的教學(xué)重點與策略，為接下來采用彈性教學(xué)方式對規(guī)定課程內(nèi)容進行適當剪裁提供依據(jù)，使課程內(nèi)容講解更接近學(xué)生實際，對學(xué)生進行個性化教學(xué)，在保證教學(xué)目標實現(xiàn)的前提下，根據(jù)授課對象的實際情況對規(guī)定教學(xué)內(nèi)容作出相應(yīng)的時間分配。同時利用學(xué)習通對學(xué)生導(dǎo)學(xué)問題的解答情況進行賦分，作為課堂平時成績構(gòu)成的一部分。

在講解進程同步機制的主要任務(wù)時，引入二人合作養(yǎng)魚的例子，使用翻轉(zhuǎn)課堂方法，隨機點名兩位學(xué)生獨立評價本例代碼設(shè)計能否實現(xiàn)二人的合作及原因，通過兩位學(xué)生的講解，使其達到深入思考并能夠?qū)⑺冀Y(jié)果傳授給他人。借助學(xué)習通討論的功能，引導(dǎo)學(xué)生在討論區(qū)對上述兩位學(xué)生的回答作匿名點評，在保證學(xué)生積極參與的前提下，提高學(xué)生的思辨能力，教師也能根據(jù)討論結(jié)果了解學(xué)生整體認知的進步。

在講解信號量機制的類型、取值范圍、應(yīng)用場合時，引入用lock語句實現(xiàn)二人合作養(yǎng)魚的例子，引導(dǎo)大家在學(xué)習通上分析討論程序設(shè)計中的可能缺陷。通過在討論區(qū)的發(fā)言、相互啟發(fā)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了程序設(shè)計中存在的缺陷。通過這次討論，整體上提升了學(xué)生設(shè)計思維中的縝密意識。

在最后的教學(xué)用例的設(shè)計中，遵循理論聯(lián)系實際的原則，用信號量機制來解決實際問題，選取的教學(xué)用例來自華中科技大學(xué)的研考真題（二人投球問題）。使用信號量對“投球問題”中存在的同步、互斥問題啟發(fā)學(xué)生進行靈活分析，找出解題的關(guān)鍵——其中隱含的臨界區(qū)、臨界資源（可借助分析法、建模法、大問題拆分法、前趨圖分析法），并將其作為核心代碼拆分出來，厘清其中圍繞臨界資源（臨界區(qū)）形成的制約關(guān)系，類比學(xué)過的（經(jīng)典）理論模型（養(yǎng)魚問題、生產(chǎn)者—消費者問題、哲學(xué)家就餐問題、讀者—寫者問題），結(jié)合實際問題中出現(xiàn)的變化，推演出可行的解題思路，能使用相應(yīng)類型信號量加以解決，以達到訓(xùn)練高階思維能力的目的。至此完成能力型目標的學(xué)習。

三個目標完成后，鼓勵學(xué)生使用學(xué)習通提出本次課程中不明白的環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生問題意識，增強其主動思考能力、自我反思意識。通過對學(xué)生問題解答的師生互動，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。

設(shè)置隨堂測試，了解課堂學(xué)習效果，根據(jù)測試結(jié)果及學(xué)生參與積極性反饋，對落后學(xué)生進行督學(xué)，做到對課堂教學(xué)過程的精準管理，并相應(yīng)調(diào)整教學(xué)策略，對課程內(nèi)容的講解重點、講解時長進行相應(yīng)調(diào)整[6]。最后通過設(shè)置綜合問題（重難點）小組討論，訓(xùn)練學(xué)生高階思維能力，然后通過設(shè)置作業(yè)發(fā)放時間及截止時間，使學(xué)生能及時鞏固本次課的內(nèi)容。

3.3? 教學(xué)評價

課堂教學(xué)過程中使用學(xué)習通采集的數(shù)據(jù)作為平時成績的來源，課堂采集數(shù)據(jù)多反映出學(xué)生在學(xué)習中的過程性表現(xiàn)。隨堂測試環(huán)節(jié)能體現(xiàn)知識目標的達成情況，討論區(qū)的見解往往是學(xué)生發(fā)散性思維、深度思考與創(chuàng)造性思維的表現(xiàn)，是高階思維能力的較好表現(xiàn)形式。而期末試卷除考查知識性目標外，通過加入30%的開放性試題，考查學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維，試題答案并不唯一，同時減少抄襲與死記硬背現(xiàn)象的發(fā)生。

4? 教學(xué)成效及推廣價值

通過采用學(xué)習通輔助教學(xué)，根據(jù)教學(xué)反饋，所設(shè)定的知識目標、能力目標、素質(zhì)目標基本達到，思政教育的效果融入實際問題的求解與小組合作、討論過程之中。學(xué)生通過類比法、拆分法、分析法、建模法、小組協(xié)作法等實現(xiàn)對較復(fù)雜實際問題的求解，增強了問題意識，實現(xiàn)了深入思考，鍛煉了高階思維能力。同時對表現(xiàn)懈怠、學(xué)習效果落后的學(xué)生進行督學(xué)，針對性地增強其學(xué)習效果，實現(xiàn)對教學(xué)過程的精準管理。

通過2019—2020年第二學(xué)期對對照組學(xué)生進行傳統(tǒng)課堂教學(xué)，與在2020—2021年第二學(xué)期對實驗組學(xué)生開展基于本教學(xué)設(shè)計的教學(xué)改革后的成績對比（見圖3、圖4），發(fā)現(xiàn)實驗組成績的優(yōu)秀率和優(yōu)良率明顯提高。

實驗組學(xué)生在第五學(xué)期次世代建模和VR制作課程學(xué)習中，在探究能力、發(fā)散思維能力和作品創(chuàng)新設(shè)計能力方面都有顯著提高。高階思維能力的訓(xùn)練在他們進入四年級進行畢業(yè)作品設(shè)計、參加技能大賽所做產(chǎn)品級作品設(shè)計方面，都會發(fā)揮極大作用。

參考文獻

[1] 趙呈領(lǐng)，李敏，疏鳳芳，等.在線學(xué)習者學(xué)習行為模式及其對學(xué)習成效的影響：基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習資源視角的實證研究[J].現(xiàn)代遠距離教育，2019（4）：20-27.

[2] 劉銘，馬小強，徐永利.云教室學(xué)習績效的影響因素分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016，26（9）：32-38.

[3] 鄒廣嚴.大學(xué)應(yīng)重視非認知能力的培育[EB/OL].（2021-04-25）[2021-05-05].http：//www.scujcc.edu.cn/info/1067/1540.htm..

[4] 安德森.布魯姆教育目標分類學(xué)修訂版[M].蔣小平，張琴美，羅晶晶，譯.北京：外語教學(xué)與研究出版社，2009：60-66.

[5] 鄒廣嚴.培養(yǎng)三大素養(yǎng) 提升三大能力 運用三大對策邁向成才成功：在2020級新生開學(xué)典禮上的講話.[EB/OL].（2020-09-28）[2021-05-05].https：//www.cdjcc.edu.cn/info/1007/6893.htm

[6] 甘健侯，楊宇.創(chuàng)新混合教學(xué)模式，推進高等教育在線教學(xué)改革[J].學(xué)術(shù)探索，2017（4）：140-144.

作者：董彥軍，保定學(xué)院，講師，主要研究方向為計算機教育；董卓寧，河北民族師范學(xué)院（067000）；賈永亮，保定學(xué)院，助理實驗師，主要研究方向為計算機教育；劉天真，保定學(xué)院，副教授，主要研究方向為計算機教育（071000）。