基于SPOC的Linux操作系统课程教学新模式研究

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摘  要：文章首先从教学目标、教学内容和教学方法等方面分析了Linux操作系统课程教学存在若干问题，然后结合SPOC线上线下教学模式的特征和优势设计了一种基于SPOC的Linux操作系统课程教学新模式，新模式对传统教学的教学目标、教学过程、教学内容和教学方法进行了优化设计。实践证明，新模式提高了学生学习成绩，提升了教学质量。

关键词：SPOC;Linux;教学;优化

中图分类号：G642        文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）02-0021-04

Abstract： This paper first analyzes some problems in the teaching of Linux operating system from the aspects of teaching objectives， teaching content and teaching methods， and then designs a new teaching mode of Linux operating system courses based on SPOC based on the characteristics and advantages of SPOC online and offline teaching modes. The new model optimizes the teaching objectives， teaching process， teaching content and teaching methods of traditional teaching. Practice has proved that the new model improves students" academic performance and improves the quality of teaching.

Keywords： SPOC; Linux; teaching; optimization

Linux操作系统以其多用户、多任务、功能强大而适应网络发展的需要，它不仅稳定可靠，而且还具有良好的兼容性和可移植性，对于物联网专业学生，学习好Linux是掌握物联网专业技术的基础。《Linux操作系统》课程通常安排在本科培养环节的第3学期，是物联网工程等专业的核心基础课程之一，为后续无线传感器网络、嵌入式系统开发等基于Linux平台的课程学习，打下良好的基础。该课程目前采用传统的教学模式，即课堂授课和演示，辅之以一定的上机练习，这种方式虽然有一定的成效，但是，在新时代由于互联网的冲击，这种传统方式已经不再适应学生学情的变化，不能满足个性化学习需求，不能促进深度学习，不利于应用型、创新性人才的培养。因此，教學团队在分析Linux操作系统课程传统教学弊端的基础上，针对性的进行了优化设计，提出了基于SPOC的Linux操作系统教学新模式，并予以实践检验。结果证明，新模式提高了学生学习成绩，提升了教学质量。

一、Linux操作系统课程教学分析

（一）教学目标分析

Linux操作系统课程传统的教学目标是使学生理解和掌握Linux的基础知识和基本操作，能够解决Linux相关的实际问题。为做好计算机相关工作打下坚实的基础。虽然传统的教学目标清楚地指明了课程的培养方向，支撑了教师的教学设计，但是也存在如下一些问题。

1. 传统的教学目标感性成分居多，缺乏指导性。

传统的教学目标对基础性知识描述常用“了解”、“理解”、“掌握”、“熟悉”等词汇，虽然这些词在一定程度上明确了教学目的，但是，由于这些词汇感性成分偏多，在实际教学中，并未能发挥指导作用。如“理解Linux操作系统内核版本”，理解内核版本格式算是理解吗？是否需要进一步理解内核版本变换？或者进一步理解常用的内核版本？理解到什么程度算是真正理解？需不需要再将理解分为“基本理解”、“理解”、“深刻理解”等？除了基础性知识教学目标感性偏多，教学目标对应用技能的描述也存在感性偏多的问题，常用的词汇包括：“能够”、“学会”、“初步掌握”、“熟练”等，如“能够进行Linux用户和用户组操作”，是能够对用户和用户组进行增删改查等操作就可以了？还是需要掌握用户环境变量配置等？由于传统教学目标的感性词汇过多，造成在下一步的教学设计上缺乏指导性，因此，亟需对教学目标进行理性的设计。

2. 传统的教学目标表述比较空泛，缺乏具体性。

传统的教学目标一般位于教学大纲的开始部分，或者某节课教学设计开头部分，发挥着高屋建瓴的作用。但是，经常出现教学内容与教学目标不是很吻合的情况，究其原因，教学目标是从宏观角度阐述课程教学目的，而教学内容侧重具体知识的微观层面。如果在教学内容设计时，未能充分考虑如何落实教学目标，或者如果在设计教学目标时，未能充分分析教学内容，都将造成教学目标与教学内容出现偏离，从而显得教学目标不接地气，表述空泛。为了解决此问题，需要对教学内容进行深度分析，将内容与教学目标有效衔接，在具体内容上充分体现教学目标。

3. 传统的教学目标之间关系有些疏离，缺乏系统性。

虽然，传统的教学目标明确了教学目的，但是，往往忽视了教学目标之间的衔接和递进关系，即缺乏系统性。如“Linux软件管理”知识单元的教学目标是“（1）了解Linux软件包的存在形式;（2）理解和掌握RPM软件包的安装与管理;（3）理解和掌握tar软件包的安装与管理”。显然，教学目标仅依据可能内容进行划分，而目标（2）和（3）之间基本没有关系。是否可以考虑目标（2）和（3）进行合并为目标（2），即“（2）理解和掌握RPM、tar软件包的安装与管理”，同时在其后增加“（3）能够解决与RPM、tar软件包管理相关的应用问题”。这样呈现出“了解——理解——掌握——应用”的层次关系，充分体现了教学目标的系统性。因此，需要梳理传统的教学目标之间的关系，充分体现教学目标的系统性。

4. 传统的教学目标视野比较局限，未能体现应用型人才培养目标。

应用型人才培养目标在于引导学生理解和掌握基础知识和基本技能的基础上，注重培养应用、分析、设计、思辨和创新等能力。而传统的教学目标侧重对知识的了解、理解、记忆等，较少强调应用、分析、设计、思辨和创新能力。这就使得传统的教学目标与应用型人才培养目标不是很吻合。如在上述“Linux软件管理”知识单元的3条教学目标基础上，增加“分析RPM软件包管理常见错误”等。因此，如何在教学目标上，充分体现应用型人才培养目标也是亟需解决的问题之一。

（二）教学内容分析

Linux操作系统课程的内容主要包括Linux基础知识和基本技能。而Linux基础知识包括Linux的概述、发展、版本等，Linux基本操作包括Linux安装与卸载、用户管理、文件系统、基本命令、编程基础、服务配置等。这是知识与技能重点不同，难度各异。知识侧重理解和记忆，技能则强调反复训练和熟练操作。由于Linux对学生嵌入式开发等后续课程学习至关重要，因此，在注重传授基础知识和基本技能时，还需注意培养学生应用Linux解决实际问题的能力。传统的Linux课程教学对教学内容未进行深入细分，仅是粗放式的将知识与技能串行的讲授，忽视了从知识重点、难点、技能训练、能力培养等多个维度对教学内容深度分析，造成了教师教学疲惫不堪，学生学习吸收不良;教师满堂灌，学生不以为然等现象。“基础知识”学习是否可以考虑制作成微课，置于课前，让学生预习或自学？“基本技能”提升是否可通过录制操作视频，让学生参考并反复练习？“应用能力”培养是否通过课堂深度学习、讨论和实践进行培养？因此，需对Linux教学内容进行分析，有利于教学设计进一步优化。

（三）教学方法分析

传统的Linux教学方法主要包括讲授法、演示法、练习法等。教师通过讲授法讲解Linux知识，通过演示法在课堂上演示Linux命令操作，学生通过上机练习法完成项目任务。这些方法能够使学生掌握基础知识和技能，但是在培养学生分析、设计、思辨、应用和创新能力方面有所欠缺。原因在于：讲授法和演示法侧重以教师为主的教学，学生是被动的接受，未能充分体现“以学为中心”的先进理念，同时对于简单的Linux命令，学生完全可通过自学完成，如果放到课堂上讲解，学生会因难度过低，而失去学习兴趣，也使宝贵的课堂时间浪费在简单的知识上，而没有用在提升学生应用创新能力培养上。练习法虽然促进了学生学习主观能动性，但是由于练习的内容常常是课程内容的复现，验证性练习过多，未能充分培养学生应用和创新能力。是否可通过“课堂讨论法”培养学生分析、思辨能力？通过“自主学习法”培养学生学习能力？通过“任务驱动法”培养学生应用和创新能力？这些都是需要深入思考的问题。

二、SPOC线上线下混合式教学模式

小规模限制性在线课程SPOC（Small Private Online Course）是由美国加州大学伯克利分校的阿曼德·福克斯教授提出。SPOC线上线下混合式教学是学生线上自主学习与教师线下精讲、师生讨论相结合的教学新模式。它强调学生在课前通过线上微课自主学习基础知识，教师在课中通过线下课堂精讲知识、进行师生讨论，最后學生再进行巩固知识和强化练习。通过SPOC线上线下混合式教学，既充分发挥了学生学习主观能动性，让学生通过碎片化时间、方便灵活的自主学习掌握课程中简单的易于理解的知识，体现了“以学为中心”的先进理念，又将宝贵的课堂时间用于对知识的深度学习、分析、讨论、应用和创新培养，教师可通过线下引导学生讨论重难点问题，分析实际应用问题，启发学生创造性思维，培养学生创造能力。

相对于传统教学，SPOC混合式教学模式的优势在于：（1）实现在线课程与线下互动相结合，教师不仅需要制作在线课程资源，又要准备线下互动内容，这对教师又有很高的要求，增加了教师的工作量，但是，考虑教学资源的重复利用性，随着时间的推移，教学资源会被重复利用，并且会不断追加和优化，反而降低了教师负担，使得教师有更多的精力投入到线下互动内容的设计上，促进了学生应用创新能力的培养。（2）满足学生个性化学习要求。学生可随时随地、利用碎步片化时间学习线上微课视频，对于不理解的内容，可反复播放。学生可将线上学习中存在的问题记录并反馈给老师，教师通过对问题的分析，在课堂互动中，进行针对性的讲解和讨论，这样充分满足了学生个性化学习需求。（3）基于构建主义学习论，使学生学习由浅入深，同时满足了深度学习的需求。学生通过课前线上学习已基本掌握课堂知识，在此基础上，教师通过小组讨论、分析、辩论、应用等形式，帮助学生实现深度学习，进而培养学生应用创新能力。（4）SPOC能充分利用信息技术对教学效果进行综合评价，为人工智能教学打下良好基础。SPOC网络平台模块一般包含考勤签到、作业批改、课堂讨论、小组互评、在线测试等模块，这些模块能够帮助教师及时掌握学生学情和教学效果，同时这些模块产生的评分实现了对学生学习过程化考核和评价。利用人工智能技术学生线上学习数据进行深度学习，也成为下一步教学改革的重点内容之一。

综上所述，将SPOC线上线下混合式教学模式优势应用到Linux操作系统课程教学，能够促进“以学为中心”，培养学生应用创新能力，满足学生个性化学习需求，实现人工智能深度学习。

三、基于SPOC的Linux操作系统课程教学新模式

（一）新模式具体实施方案

1. 教学目标优化

根据布鲁姆教学目标分类法，新模式将教学目标优化设计为六层模型，即由低到高分为认知、理解、应用、分析、评价和创新等层次。优化后的SPOC教学目标六层模型如表1所示，在认知层，学生能够对所学知识进行记忆、定义、叙述、描述和复述。在本层，学生是被动接受者，学生能够回忆知识。如学生能够叙述Linux文件操作命令。在理解层，学生能够解释概念，包括摘要、概要、列举、举例和解释等行为动词，如学生能够解释管道的含义。在应用层，学生能够在另一环境中使用这些知识和技能，应用层包括运用、执行、实行、计算或完成等行为动词，如配置Linux DNS服务器。在分析层，学生能够将知识分成发现、理解、关系等，分析层目标常用比较、归因、发现、整合等行为动词，如比较gzip和bzip2命令。评价层是指基于深度的反思、批判和评价而做出决定，它包括检查、评论、判断、检测等行为动词，如评价同学编写的Shell程序。位于最高位的创新层是指形成新产品、新观点或者看待事情的新方法，常包括设计、建造、计划或发明等关键词。在教学目标六层模型中，认知、理解和应用属于浅层学习，注重对知识的理解和掌握，而分析、评价和创新属于深度学习，注重在对原有知识进行深度挖掘，形成新知识。

2. 教学过程优化

新模型分别按照时间顺序对课前、课中、课后进行优化设计，同时又按照教师层面、学生层面进行详细设计。以“Linux网络管理命令”一节为例，课前，教师在课前熟悉课程和制作上传资料两方面进行准备。其中，熟悉课程包括熟悉教学大纲、熟悉教材、理清知识结构和脉络，制作上传资料包括绘制知识思维导图、制作教案、制作课件、录制操作视频和整理其他素材等，而学生自主学习线上微课视频，掌握基础知识。课中，教师通过内容精讲、问题讨论、小组式学习等线下方式进行教学活动，学生和老师思考、分析问题，力争将“教师单智”模式，转变为“师生群智”的新模式。课后，学生通过线上作业和测试、线上讨论、线下练习等形式巩固知识。优化后的教学过程如图1所示。

3. 教学内容优化

根据新的教学目标，对每一章节的教学设计做相应调整。以“Linux网络管理命令”一节为例，为实现认知层目标，教师制作微课来讲述网络管理命令格式、参数等，学生通过课前线上学习掌握基本命令，教师通过让学生描述等形式检查学习效果。为实现理解层目标，教师通过线下课堂精讲重点知识，然后让学生举例说明ifconfig命令的作用。为实现应用层目标，教师通过线下课堂引导学生使用ifconfig命令配置网络接口。为实现分析层目标，教师让学生讨论使用ping命令到时DoS攻击的原理。为实现评价层目标，教师让学生评论ping命令的利与弊。为实现创新层目标，教师让学生设计命令解决网络故障。结合教学目标模型，教学设计进行了针对性的调整，充分体现了“以学为中心”的理念，既注重引导学生基础性知识的浅层学习，又引导学生进行深度学习。

（二）教学方法优化

为实现既定的教学目标，需要灵活运行各种教学方式，充分体现SPOC线上线下混合式教学模式。对于基础性知识，可采用微课教学法;对重点、难点知识宜采用讲授法;对于基本Linux命令操作可采用演示法，同时为了便于学生上机练习，可将操作过程制作成录像;为了提高学生批判性思维，可采用基于问题的PBL（Problem_based Learning）方法，也可采用小组式学习TBL（Team_based Learning）方式;对于应用创新内容，可采用任务驱动法。总之，对于不同的教学内容根据教学目标灵活的采用教学方法。优化后的教学方法如表2所示。

（三）新模式实施与评价

1. 新模式实施

新模式应用到2017级物联网工程专业1班《Linux操作系统基础》，分别从教学目标优化、教学内容优化、教学方法优化、教学过程优化等四个方面进行。在教学目标优化方面，将原版教学大纲的教学目标进行改进，用新的六层模型设置教学目标。在教学内容方面，对原教学设计、教学课件进行重新修订，根据教学目标，完善具体内容。在教学方法优化方面，改变原来的讲授法、演示法，采用多种方法，包括讲授法、微课法、演示法、PBL、TBL、项目驱动法等。在教学过程优化方面，线上教学主要通过超星公司泛雅网络教学平台实施。教师课前登录“学习通”电脑客户端或App客户端，上传课件、微课、练习题、拓展资料等，同时，教师通过任务点设置检查学生是否完成课前学习。学生课前进行自主学习，如果学习中遇到问题，可以在网上留言或者记录下来留到课堂提问。线下教学采用教师课堂精讲，问题答疑，师生讨论，学生辩论，小组式学习等灵活多样的形式，采用讲授法、演示法、PBL、TBL、项目驱动法等教学方法。

2. 新模式评价

教学团队对2017级物联网工程专业的Linux操作系统基础课程进行了新模式的应用实践，1班作为实验班，采用“基于SPOC的线上线下混合式模式”;2班作为参照班，采用传统的教学模式。全部实验贯穿整个学期始末。通过实验发现，实验班的同学访问网络教学平台次数共计13056次，人均123次，其中，约有83%的同学在线学习时间累积时长在80小时至100小时之间，10%的同学超过100小时，其余同学在60小时至80小时之间，根据观测，學生主要利用网络平台进行在线微课学习、在线发帖讨论、在线测试等，实践证明，学生基本适应这种在线学习方式。通过对实验班和参照班的学习成绩分析，发现相对于参照班，实验班在优秀率提升9.62%，不及格率下降10.21%，主观题平均分提升6.89分。实践证明，新模式提高了学生学习成绩，提升了教学质量。

四、结束语

本文在分析Linux操作系统课程传统教学模式的基础上，提出了一种基于SPOC的线上线下混合式教学新模式，新模式分别对传统教学模式中的教学目标、教学过程、教学内容和教学方法进行了优化，实践证明，新模式提高了学生学习成绩，提升了教学质量。

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