基于CDIO理念的操作系統課程教學改革研究

摘 要：操作系統是計算機科學與技術專業的主干課之一，在教學過程中存在諸多問題。本文以CDIO教育理念為指導，針對操作系統課程現狀，從教學內容、教學方法、教學資源、教學考核等幾個方面提出改革方案。

關鍵詞：操作系統；CDIO；教學改革

《操作系統》是計算機科學與技術專業學生必須學習和掌握的一門理論和實踐性并重的核心主干課程和專業基礎課程。課程的教學目標是要培養學生計算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現能力。為了適應現代工程教育的需要，結合應用型本科人才培養的要求和特點，筆者開展了基于CDIO工程教育理念的《操作系統》課程的教學改革研究。

1 CDIO人才培養模式

CDIO是當今國際高等工程教育的一種創新模式，其核心理念是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO 培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，要求采用綜合的培養方式，使學生在這四個層面達到預定目標。

2 課程教學現狀

在整個計算機科學與技術知識體系中，操作系統課程具有承上啟下的重要作用。它既是對先修課程的總結和提高，提高學生對計算機系統的整體理解，又為學生學習后續專業課程打下必要的知識基礎，引導學生理解大型系統軟件的基本結構、模型和算法，掌握各類系統的集成應用。在應試教育的大背景下，由于課程本身較強的邏輯性和抽象性決定該課程的難度較大，學生的實踐能力不強，總體來說存在如下問題：

2.1 教學內容抽象

操作系統課程中主要涉及到進程管理、作業管理、內存管理、文件系統和設備管理等五部分內容。五部分內容相互聯系，構成了操作系統的課程主體。學生在學習操作系統中常常發現操作系統課程中內容與 Windows、Linux、Android和IOS等系統有很大的差距。課程所學內容和實際操作脫節，因此很難提高學習興趣。而教師在教學過程也常常遇到不同章節連貫性差、理論性強等問題，使得授課過程大受影響。

2.2 實驗手段單一

操作系統教學主要分為理論教學和實踐教學兩部分，總共為72學時。由于實踐教學課時很少（僅為18學時），學生缺少實踐鍛煉，很難深刻理解操作系統的基本原理。有些學校增加了課程設計環節，但時間也很短，想要在短短幾周時間內完成操作系統的課程設計，顯然也不符合實際情況。目前我們學校操作系統課程實驗安排是讓學生模擬實現幾個經典算法，比如進程調度算法，存儲器管理中靜態、動態分區算法。實踐教學中驗證性內容偏多，設計性、綜合性和探索創新性實驗內容偏少，沒有適當的方式激發學生的編程興趣，使學生獲得樂趣和成就感，因而也影響學生探討問題的積極性和創新能力的提高。

2.3 教材陳舊，理論重于實踐

國內的操作系統的教材普遍注重理論性，內容有些陳舊，沒有將一些新穎的知識引入課堂，大都是原理的介紹但又缺乏理論和實踐的連貫性，而規范的課程實踐指導資料市面上比較少。操作系統是一門實踐性很強的課程，光靠這些理論知識是無法使學生真正地掌握操作系統的設計思想和理念的。

3 基于CDIO模式的教學改革思考

在深刻認識傳統教學模式下《操作系統》課程教學過程中的眾多弊端，筆者開始嘗試借鑒CDIO的培養模式，從以下幾方面進行改革。

3.1 以問題為驅動改革教學內容

操作系統中的算法都很抽象，容易產生枯燥乏味的感覺。為了激發學生的學習熱情，培養學生分析問題、解決問題的能力，在教學過程中采用問題式驅動教學法。在知識點的講授過程中采用“提出問題---分析問題---解決問題”的模式，引導學生由生動的實例過渡到操作系統的算法中。比如在介紹了死鎖的概念后，拋出問題“怎么樣能有效預防避免死鎖的發生？如果你是操作系統，怎么解決這個問題？”可以讓學生互相討論，提出自己的觀點，隨后引入銀行家算法來解決。通過這種方式調動學生的主動性，營造活躍和諧的課堂氣氛，既給學生提供了充分的思考、質疑探究和創新的空間，又提供機會讓學生邊學邊做，能對所學的知識理解得更加深入。所以這需要授課教師在備課中好好設計問題，吸引學生注意力調動積極性。

3.2 以實用為導向的教學

在進程管理章節，介紹信號量的PV原語，這是一個難點，要讓學生更容易接受理解，可以補充選擇身邊的事例進行分析，比如司機售票員之間要想正確的同步，必須采用信號量機制在協調他們的活動。在整個教學過程中，一般會設置3-9學時的“指導性自學”環節，如能充分利用好這個環節，會達到事半功倍的教學效果。每節課設置一個課程相關的開放話題，分組討論，指導學生課前查閱資料制作ppt上臺演講，最后老師總結發言。這樣以來，變學生被動學習為主動學習，提高了學生學習的積極性，充分發揮了學生的主觀能動性，也增進了師生之間的交流溝通。

3.3 網絡教學綜合平臺

筆者所在學校在兩年前就開通了全校的網絡教學綜合平臺，給學生營造一個良好的自主學習氛圍，將教學從課堂延伸到課外。網絡平臺中的電子教案、課后練習、實驗輔導、教學錄像等教學資源為學生提供課外自學的網絡環境；在線答疑、作業提交、網上留言為師生提供了實時和非實時的交流互動平臺。同時教師也可以不斷更新教學資源，上傳操作系統新發展動向和技術等相關資料。

3.4 課程考核評價體系改革

課程考核評價是對教學有積極導向作用，是檢驗課堂和實踐教學質量的重要手段。傳統考核方式偏重理論知識考核。為充分發揮考核評價體系的導向作用，筆者在探索構建開放式、全程化的考評體系。課程總評成績中，平時成績占50%，期末成績占50%。平時成績綜合考量學生出勤、課堂提問、課程實驗、課后作業等情況等，有效地將學生自主學習等情況納入考評體系。通過改革課程考核評價的內容、形式和方法，充分體現了CDIO模式下的能力培養目標，有效促進學生在注重實踐、積極參與的精神和動手能力等方面的培養，基本達到了強化專業學習基礎、突出編程能力的培養目標。

4 結束語

CDIO理念在強調學生理論基礎知識的同時，注重培養學生理論應用能力、團隊合作能力及工程系統掌控能力。本文從教學內容、教學方法、教學資源、教學考核等幾個方面提出改革方案，通過CDIO模式充分培養學生的發現問題、分析問題和解決問題的能力。

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