OBE導(dǎo)向全程緊張的操作系統(tǒng)教學(xué)改革

梁正平,朱澤軒,王志強(qiáng)

（深圳大學(xué) 計算機(jī)與軟件學(xué)院，廣東 深圳 518060）

0 引 言

操作系統(tǒng)是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等計算機(jī)類專業(yè)的核心課程,圍繞操作系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等的教學(xué)改革多年來在國內(nèi)外一直備受重視和關(guān)注[1-2]。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)中,一般以教師講解為主,主要圍繞進(jìn)程、處理機(jī)、內(nèi)存、文件、IO管理等各類基本概念以及相關(guān)的調(diào)度、分配等基本算法進(jìn)行介紹。學(xué)生在完成操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)后,雖然對課程涉及的概念和算法能夠較好地掌握,但卻難以將所學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步提升為操作系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)能力。為適應(yīng)時代發(fā)展的新趨勢和新要求,筆者對操作系統(tǒng)課程的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行了系統(tǒng)梳理和優(yōu)化,引入基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式[3-4](Outcomes-Based Education,OBE)和全程緊張[5]的指導(dǎo)思想,對課程進(jìn)行了全方位的教學(xué)改革。

1 OBE理念

OBE最早出現(xiàn)于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革中。20世紀(jì)80年代到90年代早期,OBE在美國教育界是一個十分流行的術(shù)語。美國學(xué)者斯派帝撰寫的《基于產(chǎn)出的教育模式:爭議與答案》一書中對此模式進(jìn)行了深入研究。該書把OBE定義為“清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng),使之圍繞確保學(xué)生獲得在未來生活中獲得實質(zhì)性成功的經(jīng)驗”。他認(rèn)為OBE實現(xiàn)了教育范式的轉(zhuǎn)換。因為,在OBE教育模式中,學(xué)生學(xué)到了什么和是否成功遠(yuǎn)比怎樣學(xué)習(xí)和什么時候?qū)W習(xí)重要。西澳大利亞教育部門把OBE定義為:“基于實現(xiàn)學(xué)生特定學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育過程。教育結(jié)構(gòu)和課程被視為手段而非目的。如果它們無法為培養(yǎng)學(xué)生特定能力作出貢獻(xiàn),它們就要被重建。學(xué)生產(chǎn)出驅(qū)動教育系統(tǒng)運(yùn)行。”雖然定義繁多,但其共性較為明顯。在OBE教育系統(tǒng)中,教育者必須對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)達(dá)到的能力及其水平有清楚的構(gòu)想,然后尋求設(shè)計適宜的教育結(jié)構(gòu)來保證學(xué)生達(dá)到這些預(yù)期目標(biāo)。學(xué)生產(chǎn)出而非教科書或教師經(jīng)驗成為驅(qū)動教育系統(tǒng)運(yùn)作的動力,這顯然同傳統(tǒng)上內(nèi)容驅(qū)動和重視投入的教育形成了鮮明對比。

OBE是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心來組織、實施和評價教育的結(jié)構(gòu)模式。實施OBE教育模式主要有4個步驟:定義學(xué)習(xí)產(chǎn)出、實現(xiàn)學(xué)習(xí)產(chǎn)出、評估學(xué)習(xí)產(chǎn)出和使用學(xué)習(xí)產(chǎn)出。其中,預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出的定義是首要關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)產(chǎn)出定義要可操作化和具體化。為了實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出,所有的教學(xué)計劃和課程內(nèi)容都要遵循“回溯式設(shè)計”原則,實現(xiàn)完整的匹配矩陣。

OBE 教育模式是以學(xué)生為中心、以學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向的面向結(jié)果的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式以學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠獲得什么和掌握什么技能作為教學(xué)活動的基礎(chǔ),構(gòu)建學(xué)習(xí)結(jié)果評價模式,同時要求教師引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),注重學(xué)生個性發(fā)展,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,提高教學(xué)效率。

OBE也是當(dāng)前國際工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念,隨著2016年6月我國正式加入國際上最具影響力的工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》,OBE的理念和符合OBE要求的教育教學(xué)改革也在我國教育界掀起了一股新的熱潮。以學(xué)生為中心,全程緊張的教學(xué)模式,既是OBE的內(nèi)在要求,也是實現(xiàn)OBE的有力保障。

2 操作系統(tǒng)教學(xué)改革方案

2.1 教改思路

深圳大學(xué)計算機(jī)與軟件學(xué)院于2014年啟動了面向高水平大學(xué)建設(shè)的國際化教學(xué)改革,主要借鑒美國高校的做法,引入“兩減兩加”模式,即減少畢業(yè)生的總學(xué)分要求,減少每門課程的教師講授時間,增加每門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容和難度,增加學(xué)生的實際學(xué)習(xí)產(chǎn)出。與此同時,深圳大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)于2015年正式啟動了工程教育專業(yè)認(rèn)證工作,圍繞產(chǎn)出導(dǎo)向、解決復(fù)雜工程問題能力、持續(xù)改進(jìn)等核心理念,對課程體系、課程教學(xué)內(nèi)容與方案等進(jìn)行了系統(tǒng)梳理和優(yōu)化。

整體教學(xué)改革思路是以國際實質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證要求為導(dǎo)向,參考美國紐約州立大學(xué)賓漢姆敦分校計算機(jī)相關(guān)學(xué)科的教學(xué)模式,全新設(shè)計計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等專業(yè)的培養(yǎng)方案和模式;對于每門具體課程,在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面密切結(jié)合OBE的要求,全面引入賓漢姆敦的優(yōu)秀做法,在此基礎(chǔ)上再依據(jù)深圳大學(xué)的實際情況加入自己的特色。

針對操作系統(tǒng)課程,整體教學(xué)改革思路是:基于OBE理念和全程緊張的方式,以學(xué)生為中心,以學(xué)生實際操作系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)能力的提升為目標(biāo),重點(diǎn)從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式兩方面開展教學(xué)改革。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

以學(xué)生設(shè)計和開發(fā)能力提升為產(chǎn)出導(dǎo)向的教學(xué),要求改變傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程中以基本概念、基本算法為主的教學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)學(xué)生對操作系統(tǒng)整體知識和邏輯體系的把握,解決以往只見樹木不見森林的弊端,并在此基礎(chǔ)上加大實踐內(nèi)容的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的教學(xué)將整門課程的內(nèi)容分為進(jìn)程描述與控制、處理機(jī)調(diào)度與死鎖、存儲器管理、虛擬存儲器、輸入輸出系統(tǒng)、文件管理、磁盤存儲器的管理、操作系統(tǒng)接口、多處理機(jī)操作系統(tǒng)、多媒體操作系統(tǒng)、系統(tǒng)保護(hù)與安全等離散的內(nèi)容。由于教學(xué)內(nèi)容龐雜,且授課時間有限,傳統(tǒng)的講授模式難以逐一覆蓋上述全部內(nèi)容。更突出的問題是傳統(tǒng)講授過程中各知識點(diǎn)難以有機(jī)地相互貫通,導(dǎo)致學(xué)生對操作系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和內(nèi)在邏輯缺乏統(tǒng)一的理解,只見樹木不見森林。同時,傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)實驗教學(xué)也以基本算法的原理驗證為主,學(xué)生對操作系統(tǒng)的整體設(shè)計和開發(fā)缺乏鍛煉,無法真正提升實際實踐能力。

為此,應(yīng)從兩個方面對操作系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。首先,引入國外廣受認(rèn)可的教學(xué)參考書--威廉·斯托林斯編著的《操作系統(tǒng)--精髓與設(shè)計原理》[6]和塔嫩鮑姆編著的《現(xiàn)代操作系統(tǒng)》[7]。這兩本教材的特點(diǎn)是既覆蓋了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的原理和實踐,講述了操作系統(tǒng)的基本概念、原理和方法,又以當(dāng)代流行的操作系統(tǒng)Windows 8、UNIX、Android、Linux為例,展現(xiàn)了當(dāng)代操作系統(tǒng)的本質(zhì)和特點(diǎn)。依托這兩本參考教材,我們設(shè)計了表1的教學(xué)內(nèi)容。

上述教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的主要出發(fā)點(diǎn)和特點(diǎn)是突出原理在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用,并強(qiáng)調(diào)知識模塊的整體化。

教學(xué)內(nèi)容改革的第二個方面是將傳統(tǒng)的算法驗證型實驗改為設(shè)計性或綜合性應(yīng)用型實驗,將學(xué)生對基本原理和算法的掌握從理解層面提升到應(yīng)用層面,鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計能力和實際開發(fā)能力。表2為本課程開設(shè)的實驗列表。

2.3 教學(xué)方式

OBE理念要求以學(xué)生產(chǎn)出作為教學(xué)的最終目標(biāo),結(jié)合所設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容,可在教學(xué)方式上進(jìn)行如下改革。

首先,將傳統(tǒng)以教師講授為主的方式過渡到“講授-自學(xué)-助學(xué)”三位一體的模式,突出學(xué)生的自主性。具體而言,一方面將操作系統(tǒng)課程的學(xué)時由以往每周平均3學(xué)時講授1學(xué)時實驗,變更為每周2學(xué)時講授2學(xué)時實驗。通過減少教師的講授時間,給學(xué)生更多的實驗時間,以更好地完成復(fù)雜的設(shè)計性、綜合性實驗。同時將部分傳統(tǒng)的講授內(nèi)容改為要求學(xué)生自學(xué),給學(xué)生更大的壓力,促使其更主動地投入學(xué)習(xí)。另一方面,為彌補(bǔ)講授內(nèi)容減少可能給學(xué)生帶來的困惑,在課程中引入了助教機(jī)制,本課程的助教由經(jīng)過培訓(xùn)的研究生擔(dān)任,主要工作職責(zé)是實驗指導(dǎo)和課后答疑,學(xué)生遇到問題除可和教師交互外,更多的是可與課程的助教就具體問題展開詳細(xì)的討論。

以進(jìn)程管理為例,傳統(tǒng)教學(xué)安排6學(xué)時講授和2學(xué)時實驗,講授內(nèi)容分別為“進(jìn)程的描述和控制”“進(jìn)程同步及經(jīng)典同步問題”“進(jìn)程通信與線程”,實驗為“進(jìn)程同步與通信”。新模式下,講授和實驗均調(diào)整為4學(xué)時,講授內(nèi)容調(diào)整為“進(jìn)程及線程的概念、同步與通信”“Linux、Windows、Android的進(jìn)程和線程管理與并發(fā)機(jī)制”,實驗內(nèi)容調(diào)整為“Linux/Windows/Android的進(jìn)程/線程同步”和“Linux/Windows/Android的進(jìn)程/線程通信”。教學(xué)過程中將難度較低的內(nèi)容留給學(xué)生自己學(xué)習(xí),教師重點(diǎn)關(guān)注核心概念和算法的講解,提高教學(xué)效率。同時將實驗內(nèi)容融入實際操作系統(tǒng),以實際產(chǎn)出為導(dǎo)向,并突出對學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的訓(xùn)練。

表1 操作系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容

表2 操作系統(tǒng)實驗列表

其次,課程教學(xué)過程中采用全程緊張的模式,以學(xué)生能力的提升為目的。傳統(tǒng)課程教學(xué)存在的一個問題是學(xué)生平常不努力,臨近考試再突擊,偏重于表面的課程成績。本課程全程緊張的教學(xué)主要采用如下3種途徑來實現(xiàn):一是減少教師講授內(nèi)容和時間,給學(xué)生布置自學(xué)內(nèi)容并及時考核跟進(jìn),在整個教學(xué)過程中不斷給學(xué)生以督促和壓力,通過全程緊張的過程把控來確保整體的教學(xué)效果;二是加大實驗內(nèi)容和難度,要求學(xué)生開發(fā)出類實際系統(tǒng),并能進(jìn)行實際的運(yùn)行和展示,選課學(xué)生通常每周要花6小時時間,才能較好地完成實驗任務(wù),為確保學(xué)生們能充分重視實驗任務(wù),大幅提升了實驗考核在總考核中的比重,給學(xué)生們設(shè)置了較大的動力和壓力;三是要求學(xué)生以分組形式,在課后對Linux/Android源碼進(jìn)行系統(tǒng)的分析與總結(jié),然后在課堂中進(jìn)行講解,并由其他學(xué)生進(jìn)行質(zhì)證,講解方和質(zhì)證方的表現(xiàn)均作為課程考核的組成部分。

3 結(jié) 語

OBE 教育理念作為一種對傳統(tǒng)教育模式的革新,在教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)手段的更新以及評價體系的合理設(shè)置上有著重要而現(xiàn)實的指導(dǎo)意義,全程緊張的教學(xué)模式則有利于確保教學(xué)效果的落地。筆者主要從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式兩個角度點(diǎn)探索了操作系統(tǒng)課程教學(xué)的改革。實踐過程中,雖然初期學(xué)生反映學(xué)習(xí)壓力和難度都增加了不少,并有一定抵觸情緒,但課程結(jié)束后,選課學(xué)生普遍反映通過本課程真正學(xué)到了知識,提高了能力。

[1]徐遠(yuǎn)超, 孫衛(wèi)真, 吳敏華. 中美“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)比較與思考[J]. 計算機(jī)教育, 2015(19): 57-59.

[2]梁正平, 李炎然, 王志強(qiáng). 計算思維導(dǎo)向的操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革[J]. 計算機(jī)教育, 2012(19): 27-30.

[3]Wikipedia.Outcome-based education[EB/OL].[2017-10-09]. http://en.wikipedia.org/wiki/Outcome-based- education#United-State.

[4]顧佩華, 胡文龍, 林鵬, 等. 基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”(OBE)的工程教育模式[J]. 高等工程教育研究, 2014(1): 27-37.

[5]孫忠梅, 陳曄, 林鏗. 基于“過程性考核”的本科教學(xué)改革創(chuàng)新與實踐[J]. 黑龍江教育學(xué)院學(xué)報, 2012, 31(11): 53-55.

[6]威廉·斯托林斯. 操作系統(tǒng): 精髓與設(shè)計原理[M]. 陳向群, 陳渝, 譯. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2017.

[7]塔嫩鮑姆. 現(xiàn)代操作系統(tǒng)[M]. 陳向群, 馬洪兵, 譯. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.