董彥軍 董卓寧 賈永亮 劉天真



摘? 要? 針對(duì)操作系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題,對(duì)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生實(shí)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(guò)類比法、拆分法、建模法、小組協(xié)作法等實(shí)現(xiàn)對(duì)較復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的求解,增強(qiáng)了問(wèn)題意識(shí),實(shí)現(xiàn)了深入思考,鍛煉了高階思維能力。與對(duì)照組教學(xué)效果對(duì)比顯示,實(shí)驗(yàn)組成績(jī)的優(yōu)秀率和優(yōu)良率明顯提高,且實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在后續(xù)學(xué)期專業(yè)核心課學(xué)習(xí)中,在探究能力、發(fā)散思維能力和作品創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(hào):G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-489X(2022)07-0017-04
1? 教改背景
1.1? 時(shí)政背景
現(xiàn)在對(duì)創(chuàng)新科技人才的需求比以往任何時(shí)候都更加強(qiáng)烈,在當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)背景下,擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)對(duì)于一個(gè)國(guó)家非常重要。國(guó)內(nèi)高校承擔(dān)著為國(guó)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(shí)任教育部部長(zhǎng)陳寶生在2018年召開的全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)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(dòng)實(shí)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(qiáng)教學(xué)效果,培養(yǎng)學(xué)生智能時(shí)代核心競(jìng)爭(zhēng)力。這是對(duì)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(jì)提供了國(guó)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(guó)家層面的教育理念的引導(dǎo)下,重點(diǎn)結(jié)合保定學(xué)院操作系統(tǒng)這門課程教學(xué)過(guò)程中的學(xué)情特點(diǎn),從實(shí)際出發(fā),進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。
1.2.1? 學(xué)情特點(diǎn)? 學(xué)情特點(diǎn)包括操作系統(tǒng)課程的課程特點(diǎn)與學(xué)生特點(diǎn)。
1)課程特點(diǎn)。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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)基本原理、主要功能及實(shí)現(xiàn)技術(shù),重點(diǎn)論述多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)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(duì)象為兩專業(yè)大二學(xué)生,已具備大學(xué)計(jì)算機(jī)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等基礎(chǔ)理論知識(shí)和初步程序設(shè)計(jì)技能,正處于對(duì)專業(yè)理論知識(shí)深化學(xué)習(xí)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(shí)體系復(fù)雜,實(shí)際應(yīng)用變化靈活,對(duì)學(xué)生理論功底有相當(dāng)?shù)囊螅擒浖こ處熆荚嚰坝?jì)算機(jī)類專業(yè)研考必考科目。
2)學(xué)生特點(diǎn)。作為“00”后大學(xué)生,所謂的Z世代群體,他們的生活習(xí)慣、學(xué)習(xí)習(xí)慣及社會(huì)交互習(xí)慣等,具有典型的時(shí)代特征,教師需要分析學(xué)生,做到因材施教。“00”后大學(xué)生善于接受多樣化的學(xué)習(xí)方式,不喜歡空洞的理論知識(shí)說(shuō)教式授課,樂(lè)于接受有實(shí)踐價(jià)值的課程內(nèi)容。他們思維活躍,探究欲強(qiáng),動(dòng)手能力強(qiáng)。鑒于操作系統(tǒng)課程的特點(diǎn),學(xué)生若要學(xué)好這一門課程,也存在不少挑戰(zhàn),需要進(jìn)一步提高自主學(xué)習(xí)能力、解決復(fù)雜問(wèn)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(shí)代要求,存在許多問(wèn)題。
1)教師講學(xué)生聽的這種傳統(tǒng)教學(xué)模式無(wú)法對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)管理,無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生懈怠與學(xué)習(xí)掉隊(duì)的發(fā)生,難以及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)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(dòng)式聽課,即使教師講課非常精彩,學(xué)生也認(rèn)真聽講,仍然無(wú)法完成主動(dòng)學(xué)習(xí)、自我建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程,教師教學(xué)效果有限,學(xué)生學(xué)習(xí)效果也不理想[1]。
3)教師無(wú)法了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)需求,也無(wú)法針對(duì)每個(gè)學(xué)生開展個(gè)性化教育[2],及時(shí)作出教學(xué)策略調(diào)整。
4)傳統(tǒng)教學(xué)方式仍是以知識(shí)傳授為主,而對(duì)于操作系統(tǒng)這樣一門對(duì)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(shí),更應(yīng)著眼于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)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(duì)學(xué)生高級(jí)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(xí)專家埃德加·戴爾1946年提出的學(xué)習(xí)金字塔(圖1)顯示了采用不同的學(xué)習(xí)方式的學(xué)生在兩周以后的學(xué)習(xí)內(nèi)容平均留存率,該圖很好地解釋了學(xué)習(xí)效果與學(xué)習(xí)方式之間的關(guān)系。從圖1可明顯獲知,不同的學(xué)習(xí)方式的學(xué)習(xí)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(xí)方式;位于塔基的是學(xué)生動(dòng)手參與和給別人講授,這種學(xué)習(xí)方式取得的學(xué)習(xí)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(xí)方式;主動(dòng)學(xué)習(xí)比被動(dòng)學(xué)習(xí)效率高很多;積極參與和實(shí)踐才是最有效的學(xué)習(xí)方式。
因此,在一個(gè)高質(zhì)量的學(xué)習(xí)方案設(shè)計(jì)中,主動(dòng)式學(xué)習(xí)占據(jù)的時(shí)間應(yīng)該是絕大多數(shù),而主動(dòng)式學(xué)習(xí)所屬的各種學(xué)習(xí)方式,基本上也屬于高階思維能力培養(yǎng)的范疇。而對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng),根據(jù)教育學(xué)家布魯姆的認(rèn)知領(lǐng)域教育目標(biāo)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(píng)價(jià)、創(chuàng)造。要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,一定要對(duì)學(xué)生進(jìn)行高階思維的訓(xùn)練和培養(yǎng)。
2.2? 舉措
貫徹黨和國(guó)家教育理念,結(jié)合埃德加·戴爾的學(xué)習(xí)金字塔理論和布魯姆的教育學(xué)理論,立足課堂主戰(zhàn)場(chǎng),開展有效教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),提高學(xué)生認(rèn)知力和學(xué)習(xí)力,解決操作系統(tǒng)授課中存在的問(wèn)題,進(jìn)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(gè)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(xí),轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蜃灾鞯亻_展個(gè)性化學(xué)習(xí),讓學(xué)習(xí)過(guò)程從被動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程轉(zhuǎn)變成主動(dòng)學(xué)習(xí)以構(gòu)建知識(shí)的過(guò)程;從以教師講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生研討學(xué)習(xí)為主;教學(xué)目標(biāo)由原來(lái)的傳授知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樘嵘芰Γ唤虒W(xué)評(píng)價(jià)由以前只看期末考試,一考定終身,轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)習(xí)過(guò)程為主的評(píng)價(jià);教學(xué)效果由原來(lái)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(shí)施策略
3.1? 平臺(tái)搭建
要實(shí)現(xiàn)上述六個(gè)過(guò)程的轉(zhuǎn)變,關(guān)鍵在于高階思維能力的培養(yǎng),為了達(dá)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(shí)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(xí)、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(wú)法滿足高階思維培養(yǎng)的要求。為實(shí)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(shí)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(gè)轉(zhuǎn)變。本項(xiàng)教學(xué)設(shè)計(jì)嘗試通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育技術(shù)深度融合,借助學(xué)習(xí)通這一應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)的教學(xué)平臺(tái),通過(guò)對(duì)該課程第2章第4小節(jié)“進(jìn)程同步”中重點(diǎn)、難點(diǎn)部分進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),結(jié)合實(shí)際問(wèn)題求解,融入思政元素,實(shí)現(xiàn)所設(shè)定知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)及素質(zhì)目標(biāo),達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與高階思維能力的教學(xué)目標(biāo)。
3.2? 教學(xué)實(shí)施
通過(guò)使用學(xué)習(xí)通平臺(tái),在課前建立課程資源,包括課件、視頻(微課)、章節(jié)習(xí)題與軟考、研考真題、科研論文、學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)等,方便學(xué)生自主學(xué)習(xí);運(yùn)用學(xué)習(xí)通提供的現(xiàn)代教育技術(shù)手段,設(shè)置課前預(yù)習(xí)任務(wù),結(jié)合課程資源(微課),對(duì)本小節(jié)基礎(chǔ)性知識(shí)進(jìn)行課前預(yù)習(xí),將重難點(diǎn)部分一并發(fā)布,要求學(xué)生作初步思考。這樣一來(lái),教師在課堂上就可略講基礎(chǔ)性、入門級(jí)概念,將課堂重點(diǎn)放在重難點(diǎn)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(xí)不僅使其提前準(zhǔn)備本次課所需的前導(dǎo)內(nèi)容,還使其通過(guò)知識(shí)導(dǎo)圖了解本次課在本章中所處的地位和作用。通過(guò)對(duì)本次課內(nèi)容的預(yù)習(xí),學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)概念了解得比較深刻,對(duì)重難點(diǎn)也有了初步的理解,帶著問(wèn)題到課堂聽課,學(xué)習(xí)更有針對(duì)性。
課程開始通過(guò)引入一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題(司機(jī)與售票員工作流程的配合問(wèn)題),讓學(xué)生體會(huì)個(gè)人細(xì)致縝密的工作作風(fēng)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)在工作任務(wù)完成中的重要性,同時(shí)在潛移默化中也認(rèn)識(shí)到操作系統(tǒng)中成千上萬(wàn)個(gè)進(jìn)程之間相互配合的必要性,對(duì)后續(xù)的進(jìn)程同步機(jī)制的設(shè)計(jì)充滿興趣。
課中使用學(xué)習(xí)通設(shè)置課前導(dǎo)學(xué)問(wèn)題的搶答功能,提高學(xué)生學(xué)習(xí)參與度。利用學(xué)習(xí)通同伴匿名互評(píng)及教師點(diǎn)評(píng)功能,培養(yǎng)學(xué)生思辨能力,同時(shí)啟發(fā)大家思路。教師對(duì)課前八個(gè)導(dǎo)學(xué)問(wèn)題的作答、學(xué)生互評(píng)情況進(jìn)行檢查、點(diǎn)評(píng),了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況,以確定著重講授的教學(xué)重點(diǎn)與策略,為接下來(lái)采用彈性教學(xué)方式對(duì)規(guī)定課程內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)剪裁提供依據(jù),使課程內(nèi)容講解更接近學(xué)生實(shí)際,對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化教學(xué),在保證教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的前提下,根據(jù)授課對(duì)象的實(shí)際情況對(duì)規(guī)定教學(xué)內(nèi)容作出相應(yīng)的時(shí)間分配。同時(shí)利用學(xué)習(xí)通對(duì)學(xué)生導(dǎo)學(xué)問(wèn)題的解答情況進(jìn)行賦分,作為課堂平時(shí)成績(jī)構(gòu)成的一部分。
在講解進(jìn)程同步機(jī)制的主要任務(wù)時(shí),引入二人合作養(yǎng)魚的例子,使用翻轉(zhuǎn)課堂方法,隨機(jī)點(diǎn)名兩位學(xué)生獨(dú)立評(píng)價(jià)本例代碼設(shè)計(jì)能否實(shí)現(xiàn)二人的合作及原因,通過(guò)兩位學(xué)生的講解,使其達(dá)到深入思考并能夠?qū)⑺冀Y(jié)果傳授給他人。借助學(xué)習(xí)通討論的功能,引導(dǎo)學(xué)生在討論區(qū)對(duì)上述兩位學(xué)生的回答作匿名點(diǎn)評(píng),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(rèn)知的進(jìn)步。
在講解信號(hào)量機(jī)制的類型、取值范圍、應(yīng)用場(chǎng)合時(shí),引入用lock語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)二人合作養(yǎng)魚的例子,引導(dǎo)大家在學(xué)習(xí)通上分析討論程序設(shè)計(jì)中的可能缺陷。通過(guò)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(jì)中存在的缺陷。通過(guò)這次討論,整體上提升了學(xué)生設(shè)計(jì)思維中的縝密意識(shí)。
在最后的教學(xué)用例的設(shè)計(jì)中,遵循理論聯(lián)系實(shí)際的原則,用信號(hào)量機(jī)制來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題,選取的教學(xué)用例來(lái)自華中科技大學(xué)的研考真題(二人投球問(wèn)題)。使用信號(hào)量對(duì)“投球問(wèn)題”中存在的同步、互斥問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生進(jìn)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(wèn)題拆分法、前趨圖分析法),并將其作為核心代碼拆分出來(lái),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(guò)的(經(jīng)典)理論模型(養(yǎng)魚問(wèn)題、生產(chǎn)者—消費(fèi)者問(wèn)題、哲學(xué)家就餐問(wèn)題、讀者—寫者問(wèn)題),結(jié)合實(shí)際問(wèn)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(hào)量加以解決,以達(dá)到訓(xùn)練高階思維能力的目的。至此完成能力型目標(biāo)的學(xué)習(xí)。
三個(gè)目標(biāo)完成后,鼓勵(lì)學(xué)生使用學(xué)習(xí)通提出本次課程中不明白的環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題意識(shí),增強(qiáng)其主動(dòng)思考能力、自我反思意識(shí)。通過(guò)對(duì)學(xué)生問(wèn)題解答的師生互動(dòng),加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解。
設(shè)置隨堂測(cè)試,了解課堂學(xué)習(xí)效果,根據(jù)測(cè)試結(jié)果及學(xué)生參與積極性反饋,對(duì)落后學(xué)生進(jìn)行督學(xué),做到對(duì)課堂教學(xué)過(guò)程的精準(zhǔn)管理,并相應(yīng)調(diào)整教學(xué)策略,對(duì)課程內(nèi)容的講解重點(diǎn)、講解時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整[6]。最后通過(guò)設(shè)置綜合問(wèn)題(重難點(diǎn))小組討論,訓(xùn)練學(xué)生高階思維能力,然后通過(guò)設(shè)置作業(yè)發(fā)放時(shí)間及截止時(shí)間,使學(xué)生能及時(shí)鞏固本次課的內(nèi)容。
3.3? 教學(xué)評(píng)價(jià)
課堂教學(xué)過(guò)程中使用學(xué)習(xí)通采集的數(shù)據(jù)作為平時(shí)成績(jī)的來(lái)源,課堂采集數(shù)據(jù)多反映出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的過(guò)程性表現(xiàn)。隨堂測(cè)試環(huán)節(jié)能體現(xiàn)知識(shí)目標(biāo)的達(dá)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(shí)性目標(biāo)外,通過(guò)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(shí)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(jià)值
通過(guò)采用學(xué)習(xí)通輔助教學(xué),根據(jù)教學(xué)反饋,所設(shè)定的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)基本達(dá)到,思政教育的效果融入實(shí)際問(wèn)題的求解與小組合作、討論過(guò)程之中。學(xué)生通過(guò)類比法、拆分法、分析法、建模法、小組協(xié)作法等實(shí)現(xiàn)對(duì)較復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的求解,增強(qiáng)了問(wèn)題意識(shí),實(shí)現(xiàn)了深入思考,鍛煉了高階思維能力。同時(shí)對(duì)表現(xiàn)懈怠、學(xué)習(xí)效果落后的學(xué)生進(jìn)行督學(xué),針對(duì)性地增強(qiáng)其學(xué)習(xí)效果,實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)過(guò)程的精準(zhǔn)管理。
通過(guò)2019—2020年第二學(xué)期對(duì)對(duì)照組學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)課堂教學(xué),與在2020—2021年第二學(xué)期對(duì)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生開展基于本教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)改革后的成績(jī)對(duì)比(見圖3、圖4),發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組成績(jī)的優(yōu)秀率和優(yōu)良率明顯提高。
實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在第五學(xué)期次世代建模和VR制作課程學(xué)習(xí)中,在探究能力、發(fā)散思維能力和作品創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力方面都有顯著提高。高階思維能力的訓(xùn)練在他們進(jìn)入四年級(jí)進(jìn)行畢業(yè)作品設(shè)計(jì)、參加技能大賽所做產(chǎn)品級(jí)作品設(shè)計(jì)方面,都會(huì)發(fā)揮極大作用。
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作者:董彥軍,保定學(xué)院,講師,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)師,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育;劉天真,保定學(xué)院,副教授,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育(071000)。