黃金洲 李勇 徐德剛

摘要：在新工科教育改革的大背景下，該文分析了操作系統(tǒng)原理教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了基于OBE理念的操作系統(tǒng)原理課程的教學(xué)研究。以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力為目標，優(yōu)化課程目標設(shè)計，梳理本課程的教學(xué)內(nèi)容，探索“以生為本”的課堂教學(xué)模式，探討“以生為本”的教學(xué)理念的創(chuàng)新思路，并提出本課程的評價方案。通過全方位的課程建設(shè)和教學(xué)方式改革，在地方本科高校人才培養(yǎng)實踐中取得了較好的成效。

關(guān)鍵詞：OBE理念;以生為本;操作系統(tǒng);翻轉(zhuǎn)課堂;教學(xué)研究

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）22-0128-02

1 引言

教育部在2017年提出面向國際競爭新形勢、立德樹人新要求，號召高校開展“新工科”的研究實踐，推進“新工科”的建設(shè)與深化工程教育改革，強調(diào)人才培養(yǎng)的實際應(yīng)用能力。

操作系統(tǒng)原理是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，然而多年來一直是一門教材厚、知識點多、自學(xué)困難的課程，學(xué)生的掌握情況不理想，圍繞操作系統(tǒng)的教學(xué)方法的教學(xué)改革一直備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式以教師為中心，教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計主要圍繞操作系統(tǒng)的基本概念、原理和算法等進行講解，將課程切割為一個個獨立的知識單元，而忽略了知識的系統(tǒng)性、整體性、多學(xué)科整合等特性，存在知識傳授和教學(xué)效果相背離的現(xiàn)象。教學(xué)與考核不能很好地反映學(xué)習(xí)效果，學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)雖然可以很好地掌握基本概念和知識，但是很難做到學(xué)以致用，導(dǎo)致教學(xué)目標難以實現(xiàn)，需對操作系統(tǒng)課程進行教學(xué)模式改革，改變課程設(shè)計理念，加強學(xué)生的參與度，全面提升學(xué)生對操作系統(tǒng)原理課程的設(shè)計、研究和創(chuàng)新能力。

2 OBE理念簡介

OBE理念起源于歐美教育體系，一種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)成果（Learning Outcomes） 為導(dǎo)向的教育理念，以目標為基礎(chǔ)的教育標準和理論，踐行以終為始的教育方法。因此，OBE理念要求授課教師必須對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)達到的能力及其水平有清楚的構(gòu)想和認知，然后設(shè)計合適的教學(xué)方案來保證學(xué)生教育經(jīng)歷結(jié)束后，能夠達到預(yù)期目標[1]。所以在OBE理念下，教學(xué)目標明確，課堂教學(xué)和風(fēng)格具有很高的自由度，教師按照制定的教學(xué)目標可以扮演教練、培訓(xùn)師、指導(dǎo)者等多種角色，學(xué)生不僅僅是聽眾，還可以是講授者等身份。在國際上，OBE理念和教育方法被公認為是現(xiàn)代教育的追求教學(xué)質(zhì)量的有效方法，受到國內(nèi)外高校的廣泛青睞[2]。

3 操作系統(tǒng)原理教學(xué)及現(xiàn)狀分析

操作系統(tǒng)原理是計算機專業(yè)的核心課程，具有綜合性強、內(nèi)容范圍廣、實踐性強的特點，在計算機知識體系具有承上啟下的重要作用。本課程旨在全面介紹計算機運行的底層系統(tǒng)邏輯，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握操作系統(tǒng)的基本概念和功能，引導(dǎo)學(xué)生理解大型系統(tǒng)軟件的基本結(jié)構(gòu)、模型和算法，包括操作系統(tǒng)的歷史、進程管理、處理機調(diào)度算法、死鎖、同步/互斥通信機制、分頁/分段的內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理等，幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識體系，掌握各類系統(tǒng)的集成應(yīng)用[3]。

自從2016年6月，在我國加入《華盛頓協(xié)議》以來，我國工程教育專業(yè)認證以O(shè)BE為核心理念，操作系統(tǒng)原理教學(xué)研究的探索不斷涌現(xiàn)。我國的操作系統(tǒng)原理課程教學(xué)研究取得了很大的發(fā)展，但在仍然存在課程設(shè)計和實際操作的效果不匹配、教學(xué)體系缺乏整體考慮和布局、以生為本的課堂教學(xué)模式的手段缺乏等問題。因此，文章針對這些問題，提出以生為本的教學(xué)思路的探索，從而提高操作系統(tǒng)原理課程的教學(xué)效果和效率。

4 基于OBE的操作系統(tǒng)原理課程教學(xué)探索

4.1 著力培養(yǎng)OBE人才的課程目標設(shè)計

按照OBE人才培養(yǎng)理念的要求，課程以襄陽市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的需要確定湖北文理學(xué)院計算機工程學(xué)院的人才培養(yǎng)目標。課程著重學(xué)生系統(tǒng)觀的培養(yǎng)，通過重點講述操作系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及典型技術(shù)的實現(xiàn)，使學(xué)生建立起對操作系統(tǒng)的整體認識，從而系統(tǒng)地掌握計算機系統(tǒng)的專業(yè)知識，進一步提升學(xué)生的軟件開發(fā)乃至系統(tǒng)軟件開發(fā)能力，為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)，為后續(xù)職業(yè)發(fā)展奠定基石。

課程的教學(xué)目標：通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和提高學(xué)生計算思維能力、算法分析及設(shè)計能力、大規(guī)模軟件設(shè)計與實現(xiàn)能力，以及計算機軟硬件系統(tǒng)的認知、分析、設(shè)計與應(yīng)用能力。課程目標及能力要求如下：

目標1：掌握現(xiàn)代計算機操作系統(tǒng)的基本概念、功能組成、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運行環(huán)境配置和優(yōu)化，具備理解計算機系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的能力。

目標2：理解多道程序并發(fā)環(huán)境中各種異步事件產(chǎn)生的原因，掌握多道程序處理系統(tǒng)中各類問題和沖突的解決方案，培養(yǎng)學(xué)生初步的系統(tǒng)分析與設(shè)計能力。

目標3：理解并掌握分時操作系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計原理以及主要算法的實現(xiàn)方法，具有從程序員視角理解計算機系統(tǒng)設(shè)計，從系統(tǒng)設(shè)計的視角理解程序設(shè)計與執(zhí)行的思想，建立完整的計算機系統(tǒng)概念，進行高效的和系統(tǒng)化的程序設(shè)計的能力。

4.2 梳理和優(yōu)化課程內(nèi)容

課程組按照OBE理念，設(shè)計培養(yǎng)要求和課程教學(xué)目標，對學(xué)生畢業(yè)要求指標點所基于的知識點進行梳理，重構(gòu)知識體系，建立一個脈絡(luò)清晰的課程內(nèi)容框架。結(jié)合本課程的特點，圍繞操作系統(tǒng)的五大基本功能，構(gòu)建知識體系結(jié)構(gòu)，具體包括操作系統(tǒng)概述、進程管理、處理機管理、存儲管理、文件管理和設(shè)備管理。各個章節(jié)的學(xué)時與課堂教學(xué)需進行一定的調(diào)整，比如進程管理、存儲管理等需要學(xué)生重點掌握，適當(dāng)增加學(xué)時。同時，在重點章節(jié)中，引入線上線下、翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論等課堂教學(xué)模式探索，利用生活事例引入關(guān)聯(lián)知識點，合理拓展課程深度，使學(xué)生對知識的理解更加深入。然后，課程優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的實驗動手能力，對操作系統(tǒng)的重點內(nèi)容適當(dāng)增加實驗學(xué)時，從而進一步加強學(xué)生對課程的理解和掌握。課程的知識體系結(jié)構(gòu)如下圖所示：

4.3 “以生為本”的課堂教學(xué)模式探索

（1） 知識拓展

知識的學(xué)習(xí)目的就在于應(yīng)用，尤其是在計算機非常普及的情況下，學(xué)生對操作系統(tǒng)的應(yīng)用并不陌生，但是對于操作系統(tǒng)原理中涉及的技術(shù)就不一定理解。應(yīng)當(dāng)積極運用生活中的例子來闡述原理，啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，同時積極引入技術(shù)前沿知識，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

隨著云計算的興起，在課堂中除了將知識傳授給學(xué)生，還可以引入云操作系統(tǒng)的討論。如今智慧家居、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)的高速發(fā)展，應(yīng)當(dāng)引入嵌入式操作系統(tǒng)在當(dāng)前應(yīng)用背景下的廣泛用途，比如智能家居中的傳感器智能管理、智慧城市中交通運輸網(wǎng)絡(luò)、自動駕駛技術(shù)中的萬物互聯(lián)、機器人及工業(yè)控制等生活中各個領(lǐng)域。隨著信息安全問題越來越受到重視，應(yīng)當(dāng)在適當(dāng)時候引入國產(chǎn)操作系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，鼓勵學(xué)生積極參與到國產(chǎn)操作系統(tǒng)的研發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

（2） 線上線下混合

線上線下混合的教學(xué)模式采用了在線課堂和線下課堂相結(jié)合的方式[4]，充分發(fā)揮了互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，將教學(xué)的時間和空間維度擴大，加強學(xué)生自學(xué)力度，通過互聯(lián)網(wǎng)查找資料，對知識進行深度整合運用，使得學(xué)生從被動接受知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生主動學(xué)習(xí)，有利于實現(xiàn)OBE教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力、整合知識能力以及實踐應(yīng)用能力。

線下線上混合教學(xué)模式通常包括線上預(yù)習(xí)自學(xué)、線下課堂討論和答疑、線下實踐操作、線上作業(yè)鞏固四部分內(nèi)容[5]。線上學(xué)習(xí)由學(xué)生課外時間完成，主要包括學(xué)生預(yù)習(xí)、自學(xué)、線上作業(yè)。線下課堂主要進行操作系統(tǒng)原理重難點知識的串講、答疑、討論，采用啟發(fā)式教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，通過線上線下混合的教學(xué)模式，可以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、分析問題和解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生主動通過實踐和自學(xué)汲取知識。

（3） 翻轉(zhuǎn)課堂

在操作系統(tǒng)原理課程中引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，就是將教學(xué)過程分為課前準備、課中活動和課后評測三個階段[6]。在上課前，教師梳理本課程教學(xué)內(nèi)容，將其劃分為若干知識點，制作課件和視頻，然后讓學(xué)生自學(xué)，學(xué)生通過觀看視頻初步學(xué)習(xí)知識點，這樣的教學(xué)方式可以滿足不同層次學(xué)生的個性化需求;在課堂上，教師不再是教授課程知識，而是由學(xué)生與教師共同參與問題討論，解答課前準備階段學(xué)生存在的疑惑和問題，這樣能夠促進學(xué)生的知識的內(nèi)化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性;在上課后，采用課后評測的方式及時鞏固所學(xué)知識，通過課后作業(yè)方式的強化學(xué)生對知識的理解，及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，判斷是否達成教學(xué)目標，進而調(diào)整后續(xù)課程內(nèi)容和教學(xué)活動安排，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

（4） 分組試講

鑒于學(xué)生自學(xué)能力的差異化，應(yīng)當(dāng)因材施教，采用課堂講授和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的方式?？梢钥紤]將學(xué)生分成若干個小組，然后按照課程內(nèi)容的設(shè)計，給每個小組選擇一個章節(jié)內(nèi)容重點學(xué)習(xí)，由小組內(nèi)部推舉一位同學(xué)作為小組長，并成為本章節(jié)內(nèi)容的授課講師，其他同學(xué)作為輔助，幫助該組長一起完成本章節(jié)內(nèi)容的課堂講授。教師可以作為教練的身份，督促組長完成講課準備工作，并在課堂講課過程及時掌握教學(xué)效果。通過這個分組試講的方式，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考、組織溝通能力，同時也調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，引導(dǎo)學(xué)生更加全面地掌握知識。

4.4 “以生為本”的教學(xué)創(chuàng)新思路的探討

OBE理念的核心思想是以生為本，關(guān)鍵還是要學(xué)生能夠主動學(xué)習(xí)，積極參與。如何在操作系統(tǒng)原理課程教學(xué)中，充分發(fā)揮學(xué)生為主體性作用，是一個值得深思的問題。

（1） 教師要踐行“以生為本”的教學(xué)理念

與傳統(tǒng)的“師本位”教學(xué)理念不同，以生為本的教學(xué)理念強調(diào)學(xué)生的主動性，將學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)需求作為課堂教學(xué)的出發(fā)點和落腳點。因此，教師要在教學(xué)過程中，時刻牢記這一點，不要越俎代庖，時刻圍繞學(xué)生的“學(xué)”展開自己的教學(xué)工作。

（2） 增強學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)

在“以生為本”的教學(xué)模式下，學(xué)生的自學(xué)能力非常關(guān)鍵。然而，由于傳統(tǒng)教育模式的根深蒂固，很多學(xué)生不會自學(xué)，或者說自學(xué)的方式方法不對，沒有自學(xué)能力。因此，讓學(xué)生自學(xué)不是放任不管，而是要從旁引導(dǎo)，循序漸進地幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的自學(xué)習(xí)慣。而且要允許一部分自學(xué)能力不強的同學(xué)也能夠有參與課堂討論的機會，能夠充分調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。

（3） 加強對學(xué)生自學(xué)情況的線上答疑和指導(dǎo)

對于翻轉(zhuǎn)課堂而言，最重要一點就是發(fā)揮學(xué)生主體性作用，提高課堂教學(xué)的應(yīng)用性和知識輸出的效果，這有賴于教師的課堂引導(dǎo)、課外學(xué)習(xí)與答疑的全過程支持。因此，以生為本的教學(xué)需要教師除重視課堂教學(xué)效果外，還要在課外積極鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極提問、廣泛交流以外，并加強對學(xué)生課外答疑輔導(dǎo)，幫助學(xué)生樹立良好的自主學(xué)習(xí)意識和提問、解決問題的能力。

（4） 完善學(xué)生主體性學(xué)習(xí)效果評價體系

基于OBE的教學(xué)理念，關(guān)鍵是時刻以目標為導(dǎo)向，所有的教學(xué)手段和過程都是圍繞教學(xué)目標開展的。評價可以分為兩個方面，一方面是學(xué)習(xí)自主性學(xué)習(xí)的效果，另一個方面是教師引導(dǎo)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)過程的方法和作用。因此，這不僅僅是在考查學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，也是在考察教師的教學(xué)質(zhì)量。當(dāng)前高校課堂教學(xué)過程中學(xué)生主體性作用評價缺失，以及教師的評價體系不完善，需要探索完善的學(xué)生主體性作用發(fā)揮情況和教師的教學(xué)質(zhì)量評價內(nèi)容和方法。

5 教學(xué)實踐與評價方案

5.1 教學(xué)模式的應(yīng)用實踐

針對以上“以生為本”的課堂教學(xué)模式的探索，在操作系統(tǒng)原理課程授課中采用多種教學(xué)方式相結(jié)合，始終堅持以目標為導(dǎo)向，開展有針對性的教學(xué)方法。比如，在講解操作的發(fā)展過程、進程調(diào)度等知識點的時候，可以采用知識拓展的方法，更好地激發(fā)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣。比如在講授進程調(diào)度、處理機調(diào)度、存儲管理等重點章節(jié)的時候，采用線上線下相結(jié)合與翻轉(zhuǎn)課堂的方式，讓學(xué)生線上自學(xué)，然后帶著問題，結(jié)合課堂答疑和討論，在教師的引導(dǎo)和啟發(fā)下，更加深入地掌握知識。在講解進程同步、設(shè)備管理、文件管理等內(nèi)容的時候，可以采用分組試講的方式，同時結(jié)合生活中實例，讓學(xué)生能夠找到學(xué)以致用的樂趣，從而激發(fā)學(xué)習(xí)潛力。在講存儲管理中分區(qū)分配算法、頁面置換算法時，可采用多種教學(xué)方式聯(lián)動，因材施教的方式，讓學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣和質(zhì)量。然后，通過課后指導(dǎo)，調(diào)查和反饋等方式及時了解學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效果。

5.2 課程考核與學(xué)業(yè)評價方案

基于OBE的教學(xué)理念，建立多元化的考核評價體系，課程考核可結(jié)合平時成績、實驗考核和期末試卷考核等進行。（1） 平時成績：主要考查學(xué)生參與度，包括學(xué)生的自學(xué)打卡情況、課堂討論參與度、回答問題的情況、分組試講效果等決定。（2） 實驗成績：針對本課程設(shè)計了6個實驗，學(xué)生可以自主分組開展實驗，每次實驗完成相應(yīng)的需要完成實驗報告，教師可從實驗?zāi)康暮鸵?、實驗?nèi)容和步驟、實驗設(shè)計方案和程序清單、實驗總結(jié)等方面綜合評分。期末記錄成績時，可以取6次實驗的平均成績?yōu)閷嶒灣煽?。?） 期末試卷考核：檢驗學(xué)生對本課程知識點的掌握程度，按照課程目標選擇考核的內(nèi)容，期末考試的題型分為有簡答分析題、計算題、分析計算題、綜合分析題等四種題型，全部都采用主觀題型，著重考查學(xué)生對知識的理解掌握能力?？荚嚪种当壤龖?yīng)與各章節(jié)知識點占比基本一致，簡答分析題主要考察基本概念，分值占20%;計算題和分析計算題主要考查學(xué)生對算法的理解程度，分值占50%;綜合分析題重點考查學(xué)生綜合應(yīng)用能力，分值占30%。最后的總成績中，平時成績占總評成績的20%，實驗成績占總評成績的20%，期末考核成績占總評成績的60%。期末總評成績?nèi)缦拢嚎傇u成績=平時成績（20%） +實驗成績（20%） +期末試卷成績（60%） 。

6 結(jié)論

本文提出了基于OBE理念的操作系統(tǒng)原理課程的教學(xué)研究和探索，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力為主要目標，梳理本課程的教學(xué)內(nèi)容，并優(yōu)化和設(shè)計了教學(xué)目標，探索了“以生為本”的課堂教學(xué)模式，探討了如何踐行“以生為本”的教學(xué)理念，最后提出本課程的評價方案。本課程通過全方位的課程建設(shè)和教學(xué)方式改革，在實施中取得了較好的成效。

然而，這種新的教學(xué)方式也存在一些不足的地方。一個顯著的問題就是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力有差異，部分學(xué)習(xí)自學(xué)能力差的學(xué)生無所適從，不愿意參與到翻轉(zhuǎn)課堂、分組試講等課堂活動中去，導(dǎo)致對知識的理解和掌握比較慢。因此，針對這一部分學(xué)生，教師應(yīng)該適時地進行引導(dǎo)，并結(jié)合學(xué)生的表現(xiàn)、反饋進行適當(dāng)干預(yù)，提高他們自主學(xué)習(xí)的積極性，協(xié)助學(xué)生達到課程的培養(yǎng)目標。

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