程 葳

(北京城市學院信息學部，北京 100083)

新冠疫情暴發(fā)使各高校線上教學成為常態(tài)，教師如何利用好先進教學工具、創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)學習環(huán)境、營造良好學習氛圍，成為保障線上教學質(zhì)量的重要課題?！吧除垺笔且环N以各種話題進行討論的集會活動。之后該形式也被引入到現(xiàn)代高等教育中，如學術(shù)沙龍等。目前，部分網(wǎng)絡(luò)教學平臺(如優(yōu)慕課)將這一形式作為隨堂教學的工具，為增進線上教學過程中師生、生生互動提供了新的可能。

《操作系統(tǒng)》課程是計算機類專業(yè)的必修課程，由于課程理論部分主要講授操作系統(tǒng)內(nèi)核知識，內(nèi)容抽象，不易理解，因此需結(jié)合實踐教學，在實驗中培養(yǎng)學生分析解決復雜工程問題的能力。但是，線上實踐教學由于隔著屏幕，師生、生生互動缺乏，授課效果難以保障。因此，針對教學中的實際痛點，引入恰當?shù)木W(wǎng)絡(luò)互動工具，營造學生自主學習環(huán)境，激發(fā)學生學習內(nèi)驅(qū)力，促進課程目標的較好達成，就顯得十分必要。

一、《操作系統(tǒng)》線上實踐教學的主要問題

《操作系統(tǒng)》課程實踐主要以程序設(shè)計為主，教師需要通過不斷了解學生實驗狀況，監(jiān)督每位學生的完成進度和完成效果，發(fā)現(xiàn)學生操作中的問題，并幫助解決。但是，在線上教學平臺中，上述過程的完成成本較高，很難達到以往線下的教學效果。主要問題表現(xiàn)為：

1.學生完成實驗的進度差異遠高于線下。由于線上教學無法保證每位同學的學習環(huán)境，大部分學生行動比較懶散，完成實驗的進度明顯慢于線下。由此同學間能力差異也更為顯著。自律較好的學生進度能夠和線下基本保持一致，但大部分學生會有不同程度的滯后。在這種情況下，如何在教學過程中兼顧每位同學是個較大的問題。

2.無法快速掌握全班同學的情況。線上教學的另一個難點是教師不可能同時監(jiān)控到每位學生的進度。在線上教學，教師只能通過不停地詢問學生進展情況，請求學生將實驗截圖發(fā)給她，這種方式首先干擾到學生的實踐行為，不停地催促打斷了學生思考和解決問題的進度，其次，占用大量課程時間和教師精力，教師往往只能看到積極同學的回應，而對不積極同學容易忽略。

3.生生互動受到很大限制。線下教學中，學生之間的相互學習與幫助對學生提升實踐技能、順利完成實驗有非常重要的幫助。但是在遠程教學環(huán)境中，生生互動也受到很大限制，大部分學生產(chǎn)生問題后沒有方便的渠道與其他同學分享討論問題。少部分同學甚至可能直接拷貝源代碼執(zhí)行了事，由此降低了實踐教學的效果。

二、基于“沙龍”的線上實踐教學優(yōu)勢

線上直播教學是一種新形式，需要教師充分研究其特點，探索使用與之相適應的教學工具和教學方法。由此，本著“以學生為中心”的思想，將網(wǎng)絡(luò)教學平臺的“沙龍”工具引入《操作系統(tǒng)》實驗課堂，探索在新形勢下的課程目標達成方法。

這里的“沙龍”是指優(yōu)慕課等網(wǎng)絡(luò)教學平臺中的“沙龍”工具。教師可以在上課期間在手機端或電腦端隨時增加沙龍，也可以提前設(shè)置好，在上課時間隨時打開。其與普通“討論區(qū)”工具的類似之處在于學生可以在其中發(fā)表言論或上傳圖片，所有學生均可見，營造了一種良好的公共區(qū)域相互監(jiān)督效果，有效避免同學間的抄襲。但和“討論區(qū)”不同的地方在于，每位學生在一個沙龍中只能發(fā)言一次。因此通過查看發(fā)言數(shù)，教師就能及時了解到參與沙龍的學生人數(shù)。

將“沙龍”工具與騰訊會議直播空間相結(jié)合，教師可以及時對每位學生上傳的結(jié)果給予第一時間響應，讓學生感覺老師是無時無刻關(guān)注他的。同時，對學生的點評也能被其他學生聽到。這樣通過對學生思路的閃光點給予表揚與推薦，激發(fā)學生間思維互動；通過及時指出問題，防止類似錯誤再次發(fā)生。因此，“沙龍”改變了之前教師帶著學生做實驗的模式，教師的注意力在關(guān)注學生作品和啟發(fā)學生思維，通過不斷的師生互動、生生互動最終走向正確的實驗結(jié)果。真正做到了學生主體、教師主導的課堂組織新模式，有效緩解上述線上實踐教學中的問題。

1.基于沙龍的生生互動。沙龍模式對同學間相互借鑒成功思維很有幫助。在沙龍的組織過程中，教師的及時點評非常重要。教師及時發(fā)現(xiàn)學生中的思路閃光點，并推薦給其他同學，這樣有利于學生間思維的相互激發(fā)，產(chǎn)生更多、更好的答案。同時這一過程中也建立了公共區(qū)域的相互監(jiān)督效用，可以有效抑制“復制-粘貼”的抄襲行為。

2.基于沙龍的師生互動。師生互動是沙龍得以發(fā)揮效力的重要環(huán)節(jié)。教師在開啟沙龍的過程中，一定要不斷和學生互動。一方面教師對每位學生的及時回應可以有效激發(fā)學生的熱情和參與度；另一方面教師與學生的探討對其他學生也是良好的示范與督促。此外，沙龍的顆粒度也是設(shè)計中需要考慮的問題。如果一個沙龍的任務過大過難，學生需要較長時間才能完成和呈現(xiàn)結(jié)果，則教師也無法及時了解學生們遇到的問題。在程序設(shè)計的過程中，我們可以將程序的實現(xiàn)過程設(shè)計成一個不斷優(yōu)化和改進的過程，以此設(shè)計若干個沙龍，從而讓師生真正互動起來，引導學生在這一過程中進行分析、評價和創(chuàng)新等高階思維。

3.沙龍對學生間進度差異問題的有效解決。在這里，承認遠程教學過程中勢必帶來學生完成實踐任務的差異度，關(guān)鍵問題是能夠讓各層次的學生都能感受到教師的指導，并能有所收獲。沙龍平臺為教師這一目標的達成提供了有效支撐。教師通過隨時觀看沙龍發(fā)言學生人數(shù)，可以了解學生實驗進度。在有一定數(shù)量學生完成任務的時候就可以開啟下一任務。因為新沙龍的開啟并不影響學生在以往沙龍中的發(fā)言。因此，學生可以按照自己的進度逐一完成任務。教師通過不斷監(jiān)測，隨時查看各個沙龍的學生結(jié)果，對每位上傳結(jié)果的學生都給以第一時間回應，雖然學生間進度存在差異化，但教師仍能關(guān)注到每位學生。同時，學生也能看到自己的進度處于班級什么水平，激勵學生盡快完成任務。

三、基于“微沙龍”的混合式實踐教學案例設(shè)計

通過以上討論可以發(fā)現(xiàn)，“沙龍”工具在實踐教學應用中的主要優(yōu)勢，是可以通過在一次課程中構(gòu)造多個顆粒度較小的“微沙龍”，滿足不同程度學生的學習需求。因此，將其應用于混合式教學，可以形成“微沙龍+三段法”的新型教學模式。以《操作系統(tǒng)》課程為例，具體闡述其實施過程。

(一)教學目標

圖1 “同步互斥算法實現(xiàn)”實驗在《操作系統(tǒng)》課程中的位置與目標

進程管理是《操作系統(tǒng)》課程的重難點，特別是進程間同步互斥問題，教材中只給出了問題的解決算法。為了提升學生的工程實踐能力，在算法講解之后可補充用多線程程序?qū)崿F(xiàn)算法的實驗，以加深學生對并發(fā)、同步、互斥等操作系統(tǒng)核心概念的理解，同時鍛煉和提升學生的實踐應用、問題分析、建模和算法實現(xiàn)等能力。但是該實驗所需多線程編程知識，學生前期并沒有基礎(chǔ)，因此即使在線下教學，也面臨課程內(nèi)容多、難度大，不同層次學生的完成度不同等諸多問題。

“同步互斥算法實現(xiàn)”實驗教學共4學時。如圖1所示，其前面有理論教學，完成進程同步與互斥等概念、以及基于信號量的同步互斥算法的學習。本次課程要求通過實驗，應用多線程程序，實現(xiàn)基于信號量的線程同步與互斥算法，驗證操作系統(tǒng)相關(guān)結(jié)論，加深對進程、線程、并發(fā)、同步、互斥、通信等知識的理解，掌握在Linux操作系統(tǒng)中進行C程序設(shè)計的實踐技能。課程的教學目標包括知識、技能和價值觀三個層面。

(二)基于三段法的混合式教學設(shè)計

針對上述課程目標，我們將原有課程中的兩大任務，拆分為若干小任務。然后根據(jù)各小任務的難度和重要性分成基礎(chǔ)、重難點和挑戰(zhàn)三個級別，分別放置在課前、課中、課后三個階段去完成。

混合式教學的好處是可以將課前和課后學生學習時間都充分利用起來。大部分實驗指導書中的實驗內(nèi)容放在課前(難度較低部分)和課后(難度較高部分)，讓學生自行完成。而課中主要是對課前任務點評、重難點實踐案例講解和強化練習。如表1所示，一次教學過程學生需要完成兩次實驗報告——課前實驗報告和課后實驗報告，教師也需要批閱兩次實驗報告。但是課前批閱實驗報告，可全面掌握學生的問題和疑難點，使得課中寶貴時間更聚焦解決學生的實際問題。同時，課中實驗可以直奔課程重點，保證課程目標的全部達成。最后，提升能力和高階思維的實驗放在課后完成，教師下次課程點評，使學生有更為充分的時間獨立思考，有助于提升思維的層次。

(三)基于“微沙龍”的課堂教學過程

具體課中教學包含以下五個環(huán)節(jié)。

1. 課程導入

明確課程學習目標，針對課前實驗中部分學生出現(xiàn)的提前進程結(jié)束問題，回顧線程知識點，重點強調(diào)線程與進程的區(qū)別。

2.作業(yè)點評

結(jié)合實驗指導書，總結(jié)多線程程序設(shè)計的經(jīng)典結(jié)構(gòu)，解決課前實驗報告中第一大題(實驗指導書提供代碼)中的主要問題。然后重點講解課前實驗報告中第二大題(需要學生自行編寫代碼)的正確實現(xiàn)方法。結(jié)合兩位同學的解題過程和代碼，講解其中的優(yōu)點和問題。

3.多線程編程的高階用法

以兩個微沙龍組織教學，在課前作業(yè)的基礎(chǔ)上提升問題解決的難度。

表1 混合式教學“三段式”教學設(shè)計

圖2 “微沙龍”的行程

【微沙龍1】傳參線程。

練習向線程中傳遞參數(shù)的基本方法。本沙龍僅需建立一個子線程。重點考查學生對線程創(chuàng)建、分離、銷毀全過程的掌握情況，同時培養(yǎng)參數(shù)傳遞小技能。

【微沙龍2】創(chuàng)建多線程。

練習利用線程數(shù)組創(chuàng)建多個線程。

本例在沙龍1代碼的基礎(chǔ)上稍加改動即可實現(xiàn)。重點讓學生通過實驗結(jié)果對線程并發(fā)有更為深入的理解，為后續(xù)多線程互斥程序開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

4.基于信號量的同步互斥問題解決

同樣以兩個微沙龍組織教學，每個沙龍均包括算法復習、算法實現(xiàn)示例教學和沙龍任務三個部分。

【微沙龍3】基于信號量的互斥問題

本例重點讓學生練習信號量基本函數(shù)的使用方法。在講解對臨界資源管理過程中，引入思政元素，引導學生思考平時生活中的平等、公正和友善等社會主義核心價值觀。

【微沙龍4】基于信號量的同步問題

本例重點讓學生練習如何用信號量解決同步問題。由于同步和互斥在算法實現(xiàn)上是類似的，所以原設(shè)計為課后拓展提高內(nèi)容，放在課上主要提供給進度較快的同學。

5.課程總結(jié)

總結(jié)課程重要知識點，布置課后實驗報告。共分為四個部分。第一部分為課上實驗記錄，以此檢查學生課上實驗完成情況，并督促課上工作較慢同學課后完成剩余的實驗；第二部分基礎(chǔ)練習，是實驗指導書中未能在課堂上完成的練習內(nèi)容，均具有一定難度，如果學生能夠在完成過程中認真思考，對后面完成挑戰(zhàn)題具有較大幫助；第三部分課后練習，是課堂練習的變形和深化，難度與課堂練習基本相當，學生課堂練習完成度較好的情況可以順利完成本部分；第四部分挑戰(zhàn)練習是二選一，均為復雜的同步互斥問題，具有一定難度，有助于幫助學生提升思維能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

四、教學效果與反思

圖3給出了上述教學過程各階段時間分布的肯特圖，從中可以看出，教師根據(jù)學生完成情況，逐步打開沙龍。這樣，進度較快的同學不必等待，可以繼續(xù)完成下一任務；而進度較慢的同學仍舊可以在以往沙龍中提交結(jié)果。從學生視角，沙龍是根據(jù)其學習進度依次展開的，營造了一種類似于自我學習的個性化場景。而進度慢的學生可以在這一過程中，可以感受到來自班級適度緊張的學習氛圍。從教師視角，可以同時監(jiān)控多個沙龍的學生進展，對每位上傳結(jié)果的學生都給予回應。這樣，雖然學生間進度存在差異，但教師仍能方便地關(guān)注和指導到每位學生。

圖3 教學過程各階段的肯特圖

表2給出了課后對案例中各“微沙龍”的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。針對性較強的沙龍，學生的完成度也較好。微沙龍1持續(xù)的時間最長，說明遠程狀態(tài)下帶動學生完成實驗，確實是一件非常困難的事情。這也啟發(fā)我未來需要更深入研究沙龍的顆粒度和首個沙龍的難度。可喜的是，微沙龍2的效果較好，說明系列微沙龍的逐步啟動對班級學生造成了一定的緊張氛圍，激發(fā)了行動遲緩的學生，同時也使動作較迅速同學更樂于完成任務，開啟下一微沙龍。對于完成度不好的微沙龍3和微沙龍4，本案例通過重新調(diào)整和設(shè)計課后實驗報告予以強化。

表2 微沙龍統(tǒng)計數(shù)據(jù)

本次課程采用的線上線下混合式三段設(shè)計和微沙龍式課堂實踐教學，使得91%的學生進行了課前預習并完成實驗報告，87%的學生參與課上實踐過程并至少完成1個案例的實現(xiàn)。教師能夠及時掌握班級整體實驗完成情況，督促學生跟上實驗進度，也為部分反應較慢學生留出了一定的自由空間。教師能夠及時掌握學生作業(yè)完成情況，對學生作業(yè)給予及時的點評。同時，學生之間也可以相互了解進度和實驗情況，有利于自我督促和改進問題，提升了遠程實踐練習的質(zhì)量和效率。此外，本次課程的課后作業(yè)還采用師生互評方式，98%的學生參與本次互評，提升學生課堂參與的主人翁意識，同時培養(yǎng)了同學之間的團隊意識和友善互助的社會主義核心價值觀。

關(guān)于本次案例教學的總結(jié)與反思有以下幾點：

1.課程將部分基礎(chǔ)實驗放在課前預習實驗作業(yè)中，可以使教師在上課前有的放矢地準備教案，特別是對必要的理論知識給予復習，實驗技能講解更具有針對性，能夠在課程中進行高階思維能力的培養(yǎng)與訓練。

2.課程采用微沙龍式實踐教學模式，是對線上實踐教學的一種有益探索。微沙龍可以使教師及時了解學生練習情況。比如本次教學，第1個沙龍任務完成時間較長，因為相當一部分學生沒有做好課上實驗準備，因此教師在這個過程中給予了一定的引導和鼓勵，鼓勵學生可以將有問題的實驗結(jié)果放在聊天區(qū)，幫助這部分同學解決問題。之后在沙龍中出現(xiàn)第一個結(jié)果后，很快就有同學上傳結(jié)果。目前沙龍還不支持顯示未提交答案的學生名單，如果能有該功能，就可以及時提醒未交答案的同學。

3.微沙龍的優(yōu)勢在于可以使同學間相互查看過程和進度，同時也避免了抄襲現(xiàn)象。但是也看到當前學生具有較強自尊心，因此部分出現(xiàn)錯誤的學生往往會撤銷自己的作答。

4.沙龍的顆粒度設(shè)置是未來需要重點研究的問題。本次課程沙龍顆粒度較粗，造成進展明顯緩慢。特別是第一個沙龍的完成耽誤了大量時間，未來還需要進一步優(yōu)化與改進。