基于形成性評價的“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)改革與實(shí)踐

王 鑫，莊 威，張翼飛，董燕舉

（沈陽航空航天大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 遼寧 沈陽 110136)

1 背景

“操作系統(tǒng)”課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對畢業(yè)要求中解決“復(fù)雜工程問題”能力的培養(yǎng)至關(guān)重要[1]。以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，存在實(shí)驗(yàn)過程管理較為粗放，實(shí)驗(yàn)評價粒度不夠細(xì)，評分標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，實(shí)驗(yàn)成績不能完全客觀地反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果、實(shí)踐能力等真實(shí)情況，不能精準(zhǔn)評價實(shí)驗(yàn)教學(xué)對課程教學(xué)目標(biāo)的支撐，不能滿足工程教育認(rèn)證的要求等諸多問題[2-3]。2018 年開始，我們將工程認(rèn)證核心理念“以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”貫穿到操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，開展基于形成性評價的“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[4]，通過將實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行分階段、多維度、細(xì)粒度的過程化考核，使得學(xué)生各部分實(shí)驗(yàn)成績能夠精準(zhǔn)地量化評價實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，也能為教學(xué)效果持續(xù)改進(jìn)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，從而構(gòu)建更加科學(xué)合理的閉環(huán)教學(xué)質(zhì)量保障體系。

2 “操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路

課程教師團(tuán)隊(duì)明確以工程認(rèn)證教育理念為指導(dǎo)，采用形成性評價的“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的總體思路。通過深入學(xué)習(xí)和理解工程認(rèn)證教育理念，深刻剖析實(shí)驗(yàn)教學(xué)合理評價的內(nèi)涵，遵循OBE 理念的主線和底線，結(jié)合學(xué)校和學(xué)院人才培養(yǎng)模式改革和人才培養(yǎng)質(zhì)量保障體系落實(shí)的政策和機(jī)制，準(zhǔn)確把握復(fù)雜工程能力培養(yǎng)的主旨要義，執(zhí)行“遇到問題―分析問題―解決問題―再次遇到問題―分析問題―解決問題”的反復(fù)迭代過程，逐步歸納總結(jié)適合學(xué)院操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的精準(zhǔn)度量評價機(jī)制。首先，依據(jù)操作系統(tǒng)課程支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，確定實(shí)驗(yàn)支撐的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、考核方式和評價體系[5-6]；其次，細(xì)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施流程，制定可度量的考核方式和評價標(biāo)準(zhǔn)；最后，建立發(fā)現(xiàn)問題到最終解決問題的反復(fù)迭代過程，形成持續(xù)改進(jìn)的長效機(jī)制。

3 設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求支撐的課程教學(xué)目標(biāo)

課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系以及操作系統(tǒng)課程教學(xué)目標(biāo)，依托Linux Lab 提供的功能和資源，通過反復(fù)教學(xué)研討，制定出“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，并明確基于專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的課程教學(xué)目標(biāo)如下表1 所示。

表1 課程教學(xué)目標(biāo)與課程支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系表

“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)總計8 學(xué)時，設(shè)計4 個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，均為設(shè)計型，大綱中明確每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容、原理、要求、支撐的課程教學(xué)目標(biāo)以及考核方法等。操作系統(tǒng)課程成績采用平時成績（占20%）+期末考試成績（占80%）的評定方式，其中實(shí)驗(yàn)成績占平時成績的60%。操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計和實(shí)驗(yàn)教學(xué)支撐的課程教學(xué)目標(biāo)如下表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)支撐的課程教學(xué)目標(biāo)

4 細(xì)化實(shí)驗(yàn)考核流程，分階段細(xì)粒度考查學(xué)生實(shí)踐能力

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)在課程所在學(xué)期初，結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，以及上一輪實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中反饋的問題，定期開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討，制定實(shí)驗(yàn)考核流程，完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書，整合各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涵蓋的學(xué)習(xí)資源，擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)測試題庫，設(shè)計實(shí)驗(yàn)檢查樣例，確定檢查方式和評分標(biāo)準(zhǔn)等。每個實(shí)驗(yàn)分三個考核階段，分別為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和測試、實(shí)驗(yàn)檢查、實(shí)驗(yàn)報告提交。不同階段考核的重點(diǎn)不同，有針對性地落實(shí)。實(shí)驗(yàn)考核流程如圖1。

圖1 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核流程

4.1 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和測試階段

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)測試考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備情況、學(xué)習(xí)態(tài)度和自學(xué)能力等，預(yù)習(xí)測試題庫題目涵蓋實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)平臺使用密切相關(guān)的內(nèi)容，題庫不斷豐富之后，盡可能按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核的側(cè)重不同，每名學(xué)生分配到的題目測試卷中，能夠涵蓋各個知識點(diǎn)，以保證測試的公平性，使學(xué)生需掌握的知識點(diǎn)均能有所覆蓋。

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人統(tǒng)一下發(fā)對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師督促學(xué)生做好基礎(chǔ)知識、實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)代碼的設(shè)計、調(diào)試等實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。在規(guī)定的時間內(nèi)，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)測試。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)測試在中國大學(xué)MOOC網(wǎng)、CourseGrading（CG）教學(xué)平臺完成，預(yù)習(xí)測試設(shè)置預(yù)警機(jī)制，原則上低于2 分的學(xué)生，不允許參加實(shí)驗(yàn)檢查。

4.2 實(shí)驗(yàn)檢查階段

實(shí)驗(yàn)檢查前，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)根據(jù)每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具體要完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)原理等，設(shè)計若干不同考查側(cè)重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)檢查樣例。實(shí)驗(yàn)檢查時發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)檢查樣例的劃分和樣例要求，現(xiàn)場修改部分代碼和調(diào)試運(yùn)行，結(jié)果正確方能申請檢查，考查學(xué)生代碼修改、調(diào)試能力以及對實(shí)驗(yàn)平臺的熟悉程度。

實(shí)驗(yàn)檢查過程中，根據(jù)學(xué)生代碼解讀以及回答問題情況，進(jìn)一步考核學(xué)生對程序代碼的理解情況、程序算法設(shè)計準(zhǔn)確性以及實(shí)驗(yàn)原理的掌握情況，實(shí)驗(yàn)檢查形式靈活，可線上或線下檢查。

4.3 實(shí)驗(yàn)報告提交

實(shí)驗(yàn)檢查后，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)報告模板書寫報告并通過CG 平臺提交。報告中包含針對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計、程序代碼（注釋）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)調(diào)試過程中問題和解決方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析等內(nèi)容，考查學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和數(shù)據(jù)分析處理能力以及文字表達(dá)能力，同時側(cè)面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，對嚴(yán)重雷同、存在抄襲的實(shí)驗(yàn)報告，可將實(shí)驗(yàn)報告成績記為0 分，警示學(xué)生以積極的心態(tài)對待實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度?？己谁h(huán)節(jié)評價表如表3。

表3 考核環(huán)節(jié)評價表

在操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，通過將實(shí)驗(yàn)考核流程精細(xì)劃分，細(xì)致地考核實(shí)驗(yàn)各個環(huán)節(jié)，使得全過程多角度考核的結(jié)果，能夠用于教學(xué)目標(biāo)的多維度計算，能夠科學(xué)合理地評價實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，能夠及時啟動預(yù)警流程，能夠敏捷反饋問題癥結(jié)，為有針對性地持續(xù)改進(jìn)提供有力的依據(jù)，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和課程教學(xué)質(zhì)量能夠螺旋式上升。

5 “操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成效

“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，于2021 年面向2018 級學(xué)生實(shí)施，目前已完成3 個年級教學(xué)。面向2018 級、2019 級和2020 級各2 個教學(xué)班實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)對比如圖2（p46）?？梢姡ㄟ^將考核流程劃分成可量化的最小粒度，每個考核環(huán)節(jié)評分標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化且統(tǒng)一執(zhí)行，不僅可以減少不同指導(dǎo)教師間評分的主觀性干擾因素，使學(xué)生每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各部分的成績和實(shí)驗(yàn)總成績能夠真實(shí)客觀地反映實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和存在問題；而且，在2018 級教學(xué)實(shí)施之后，針對2018 級實(shí)驗(yàn)教學(xué)各部分成績反映出的問題，逐項(xiàng)分析原因，研討改進(jìn)的方法策略，使教學(xué)效果在2019 級和2020 級教學(xué)中，均得到明顯改善。

圖2 2018 級、2019 級和2020 級各2個教學(xué)班實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比圖

2018、2019 和2020 級算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)2 個教學(xué)班的實(shí)驗(yàn)成績以及課程目標(biāo)達(dá)成度情況如下表5，其中，目標(biāo)1 由期末試卷第二題填空題的算法填空+第四題問答題的算法題+實(shí)驗(yàn)部分的實(shí)驗(yàn)檢查共同支撐，其中實(shí)驗(yàn)部分占20%，表中目標(biāo)1 的達(dá)成度僅體現(xiàn)的是實(shí)驗(yàn)部分對課程目標(biāo)的達(dá)成。

表5 實(shí)驗(yàn)成績以及課程目標(biāo)達(dá)成度情況

從表中的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過三個學(xué)年的基于精準(zhǔn)度量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施和改進(jìn)，對課程教學(xué)目標(biāo)1、2、3 的達(dá)成度明顯提升，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量逐年提高。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中，通過對學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的全過程監(jiān)測，學(xué)生的階段性實(shí)驗(yàn)成績、實(shí)驗(yàn)總成績和課程教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度等，能夠量化分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是否有效支撐了課程教學(xué)目標(biāo)，能夠評估出問題關(guān)鍵癥結(jié)，建立發(fā)現(xiàn)問題—解決問題的反復(fù)迭代過程，從而形成及時反饋，持續(xù)改進(jìn)的長效機(jī)制。

通過基于形成性評價的“操作系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐，提升了學(xué)生不同層次的實(shí)踐能力培養(yǎng)和解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng)，提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，從而奠定了具備終身學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)。