建构主义和MOOC模式下嵌入式操作系统教学改革

2016-11-30王丽芳王晋光

计算机时代 2016年10期

王丽芳　王晋光

摘要：针对嵌入式操作系统课程教学存在的问题，分析了建构主义与MOOC的相关理论，提出了建构主义与MOOC相结合的教学模式，并将该模式应用于嵌入式操作系统的教学中。实践表明，通过MOOC平台提供的“情景/协作/会话/意义建构”与“教学内容/实验/课堂讨论/教学目标”等教学环节的相互渗透，激发了学生的学习主动性，提高了教学效率，保证了教学质量。

关键词：建构主义； MOOC；嵌入式操作系统；教学模式；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）10-93-04

Teaching reform of embedded operating system based on constructivism and MOOC

Wang Lifang1， Wang Jinguang2

（1. School of Computer and Control Engineering， North University of China， Taiyuan， Shanxi 030051， China；

2. Logistic Service Group， North University of China）

Abstract： Aiming at the problems existing in the embedded operating system course teaching， this paper analyzes the relevant theories of constructivism and MOOC， puts forward a new teaching mode which combines of constructivism and MOOC and uses the mode in the teaching of embedded operating system. Practice shows that the mutual penetration of the "scene"， "collaboration"， "conversation" and "meaning construction" etc. provided by the MOOC and the teaching links such as "teaching content"， "experiment"， "class discussion" and "teaching objectives" inspires the students' learning initiative， improves teaching efficiency and guarantees the teaching quality.

Key words： constructivism； MOOC； embedded operating system； teaching mode； teaching reform

0 引言

我国“十三五”规划发展纲要中明确指出“拓展网络经济空间，发展物联网技术和应用” [1]。为了适应物联网产业对人才发展的需要，教育部办公厅于2010年下发了《关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》，先后有200多所本科高校开设了物联网相关专业[2]。中北大学（以下简称“我校”）于2011年申报了物联网工程专业，2012年开始招收物联网专业的学生，并将嵌入式操作系统列为该专业的一门专业必修课。由于该课程涉及的理论广泛且抽象，技术复杂，学生学习兴趣不高，教学效果不佳[3]。如何激发学生的学习兴趣，调动学生学习的主动性，提高学生的实践能力，是嵌入式操作系统教学改革要解决的问题。本文尝试在建构主义和MOOC模式下进行嵌入式操作系统课程教学改革，以期提高该课程的教学质量和教学效率。

1 教学现状分析

我校的嵌入式操作系统课程经过近四年的教学实践，笔者根据切身的教学经历，发现该课程仍存在如下问题。

⑴ 课程内容多，学时短。我校为了避免经典操作系统课程和嵌入式操作系统课程内容重复，将这两门课合成一门嵌入式操作系统课程，课程总共64学时，其中理论部分54学时。由于课程内容多，教师为完成教学进度，课堂上不得不减少和学生互动的环节，以至学生缺乏兴趣。

⑵ 轻实践能力的培养。我校的嵌入式操作系统课程实验为10学时，实验内容都是验证性实验，每个实验对应特定的知识点，实验之间相互独立，学生通过实验只能获得一些感性认识。这不利于学生实践能力的培养。

⑶ 教学方法单一。该课程采用的仍然是“填鸭式”的单向教学方法，教师是教学过程的主体，学生是知识的被动接受者。学生处于被“牵着鼻子走”的状态，导致学生缺乏学习的主动性和积极性，缺乏对新知识的探索能力和独立思考能力。

⑷ 对学生评价方式不合理。我校对学生的评价方式为：总评成绩=平时成绩（实验+课堂表现）*20%+期末考试*80%，而期末考试采用的是笔试闭卷的方式，主要侧重于对理论知识的评价，造成了学生重理论轻实践的错误认识。

针对上述教学中存在的问题，在建构主义和MOOC相结合模式下进行了嵌入式操作系统课程的教学改革与探索。

2 建构主义与MOOC的相关理论

建构主义[4]是一种新型的学习理论，是当代教育中一场革命。其包含“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”四大要素，如图1所示。建构主义[5]首先强调以学生为中心，教师是学生认知建构的组织者、帮助者和促进者；其次认为学生只有在一定的情景中，才能主动有效地建构知识，教师需为学生提供认知情景；最后强调“协作”和“会话”的重要性，即学生之间、师生之间的协作交流至关重要。

MOOC（Massive Open Online Course）[6]是近几年新兴的教学形式，开放性、大规模性、自主性、费用低廉是MOOC的主要特点。教师在MOOC平台上提供学习资源，学生在线学习。借助MOOC平台实现师生之间、学生之间的相互交流，实现课堂教学与网络教学的相互补充。

3 建构主义与MOOC相结合的教学模式

在建构主义语境下，教师必须创设一个学习情景，给学生提供一个能满足“以学生为中心”的资源平台[7]。MOOC平台所具有的多种特性为建构主义学习“情景”的创设提供了支持。

教师将教学内容以教学视频、PPT、超链接等多种方式发布在MOOC平台上，为学生提供学习“情景”，学生通过MOOC平台可以自主地、有选择地学习，使学习由供给驱动转变为需求驱动。教师通过MOOC平台将实验内容特别是综合性的实验内容提供给学生，学生根据平台上的实验内容，主动探索、共同协作完成。课堂上教师不再是教学主体，而是为学生提供会话交流平台的组织者，为学生答疑解惑的指导者，为学生进行知识建构的帮助者。

显然，在建构主义和MOOC相结合的教学模式下，教师、学生的角色和地位发生了彻底的改变，成为另一种全新的教学模式，如图2所示。将教学内容、实验、课堂讨论、教学目标通过MOOC平台与建构主义的“情境”、“协作”、“会话”、“意义建构”相对应，建构主义的四要素与教学过程的四个环节相互渗透，激发学生学习的主动性、积极性、互动性，使学生在教师的帮助下在自身原有认知结构的基础上完成对新知识的意义建构。

4 建构主义与MOOC相结合模式下的教学改革

本文在建构主义与MOOC相结合的教学模式指导下，分别从课程内容、实践环节、教学方法、教学评价等几方面进行了相应的教学改革与探索。

4.1 教学内容改革

根据嵌入式操作系统课程教学目标及课程的性质要求，按照“由浅入深，循序渐进”的原则，拚弃按教材章节组织教学内容。对教学内容进行了重新整合，具体整合内容及学时分配如图3所示。

在建构主义指导下利用MOOC平台为学生创建学习“情景”。教师把课程概述、教学目标、教学内容、相关教学视频等发布在MOOC平台上；同时在MOOC平台上要提供在线答疑、在线讨论和在线评价等功能。通过上述过程，为学生创建学习“情景”。教师要求学生提前预习MOOC平台上的内容，并将预习中遇到的问题发布在MOOC平台上，上课之前教师先浏览学生提出的问题，这样教师在课堂上就可以“有所为有所不为”，即共性的问题重点讲解，非共性的问题个别辅导，提高了教学效率，缓解了课时不足的问题，同时学生带着问题进课堂，提高了学习积极性，保证了教学质量。

4.2 教学实践环节的改革

通过建构主义与MOOC提供的“协作”机会，培养学生的实践能力。教师设计一些综合性的实验项目，并将项目要实现的功能、技术方案、设计要求等发布在MOOC平台上。表1是我校嵌入式操作系统课程在MOOC平台上发布的综合性实验项目。这些实验项目作为选修内容供学生自主选择，学生以小组为单位并结合自身的认知基础任选一个或多个项目来完成，项目完成后要求每组撰写一份电子的项目报告，报告中包含：项目分工、设计过程、运行结果、创新点等内容，并将报告上传到MOOC平台，供教师点评，成绩计入期末考核中。在设计中遇到的问题，学生可以通过MOOC平台与教师交流。

在综合性实验项目中，学生通过“协作”强化了团队意识，提高了沟通协作能力、实践能力和设计能力，推动了基于问题、基于项目等研究性学习方法的开展，加强了学生创新能力的培养。

4.3 教学方法改革

为了突出学生的主体地位，我校将建构主义下的“支架式”和“抛锚式”教学方法引入课堂[8]。

在教学中，针对不同的教学内容使用不同的方法。如在讲授Linux进程通信时，采用“支架式”的教学方法，将Linux进程通信的支架如图4所示发布在MOOC平台上，学生根据支架中的内容，自主地搜集资料，填充每部分的内容。在讲授“预防死锁”时采用“抛锚式”的教学方法。假设的“锚”为：有三家公司（G1，G2，G3）要完成各自的运输业务，需要租赁租车公司的车子，租车公司共有12台车子，其中公司G1、G2和G3分别要租10台、4台和9台。在某一天，公司G1，G2，G3分别租到的车子为5台，2台和2台，租车公司还有3台车子，问剩余的3台车子要如何分配才能保证三家公司都能顺利完成运输任务？（前提是：每家公司在未完成运输任务前不会将已租到的车子归还租车公司）。让学生通过对这个“锚”的分析发现问题，提出解决问题的方案。经过学生的自学习以后，培养了思维能力和解决问题的能力。

课堂上离不开建构主义中“会话”的支持，让学生之间进行讨论，在讨论中教师了解学生的学习情况以及存在的问题并给予适当的引导，实现对新知识的意义建构。这种学生之间，师生之间的多向“会话”可以活跃课堂气氛，激发学生的学习热情、主动性和参与性。同时，在课时有限的情况下，可以将“会话” 通过MOOC平台延伸到课堂之外，利用MOOC平台进行实时交流，拟补时间和空间的局限，满足学生不同的学习需求。

4.4 教学评价改革

改革传统的以期末考试成绩为主的评价方式，突出建构主义中学生的自主学习能力、探索能力、参与能力、会话协作能力、创新能力的评价，具体评价环节如表2所示。教师将评价环节发布在MOOC平台上，让学生先自评，然后小组互评，最后教师汇总评价信息并结合期末考试情况给出最终评价结果。这种评价方式，改变了学生重理论轻实践的错误认识，提高了学生对教学过程各个环节积极参与的热情，增强了学生各方面能力的培养。

5 结束语

将建构主义与MOOC相结合的教学模式引入嵌入式操作系统的教学中，颠覆了传统的教学模式，解决了该课程教学中存在的问题。实践表明，通过MOOC平台提供的“情景”、“协作”、“会话”、“意义建构”的学习环境与“教学内容”、“实验”、“课堂讨论”、“教学目标”等教学环节相互渗透，使学生学习的积极性、主动性得到了提高，学生的自主学习能力、实践能力、协作能力和创新能力也有明显增强。但由于嵌入式操作系统课程的新技术不断涌现，对于该课程的教学改革、建构主义与MOOC相结合的教学模式、MOOC平台的建设等问题仍需继续探索和完善。

参考文献（References）：

[1] 物联网不是趋势，而是事实.http：// www.netofthings.cn/

GuoNei/2016-07/8773.html

[2] 刘涛.高校物联网专业人才培养体系的思考[J].智能处理与

应用，2014.4：76-77

[3] 徐钦桂，赵维铨，谭伟，黄培灿.嵌入式操作系统课程的案例教

学法[J].计算机教育，2011.9：57-58

[4] 张晋莉，夏志红.基于网络互动的教学模式的研究[J].教育科

学，2016.1：232-233

[5] 翟家保.基于建构主义的《零售学》课程教学改革探析[J].决

策探索，2016.5：61-62

[6] 张元.基于MOOC原理的计算机类课程设计探索与实践[J].