基于OBE理念的“操作系統原理”一流課程建設的探索與思考

李勇 丁函

摘要：目前，我國各高校都在積極推進一流課程的建設。文章探討了在計算機專業基礎課程——“操作系統原理”一流課程建設中如何更好地體現成果導向教育（OBE）理念的具體措施和方法。通過相關措施的實施．有效地提升了學生在課堂上的學習效果。

關鍵詞：一流課程建設；成果導向教育；操作系統原理

中圖法分類號：TP316 文獻標識碼：A

１ 引言

“操作系統原理”課程屬于高等院校計算機技術類專業開設的基本理論必修課，通過該課程的學習，既能夠幫助學生對已學的計算機專業課程內容進行融會貫通，輔助學生形成計算機系統觀念，又為學生更好地學習后續專業課程奠定基礎，從而幫助學生在校期間對于計算機系統的概念有更為深入的認識和理解，從而提高學生的計算機系統應用和設計能力。

傳統的“操作系統原理”課程教學方法是以講授操作系統各功能模塊設計的理論知識為主，對“學習成果”

這一學習目標考慮較少，僅僅是根據教學大綱中所規定的內容及進度要求來進行課堂教學，上課形式以純粹的線下教學為主，缺乏與學生的學習互動，缺少對學生學習效果的分析。相關部門在關于一流本科課程建設的實施意見中指出，要確立學生中心、產出導向、持續改進理念，提升課程的高階性，突出課程的創新性，增加課程的挑戰度。為此，在一流課程建設活動中結合成果導向教育（ＯＢＥ）的理念，以課程學習目標成果為中心系統地開展教學活動，從而達到一流課程建設預期的效果。

２ 課程目標設計

“操作系統原理”是一門以分時操作系統的結構及功能設計為主要內容的課程，其主要目的是培養學生的系統能力，通過對操作系統內部功能結構、工作原理及典型算法的介紹，使學生對操作系統的整體及各功能模塊的設計原理有較為深入的認識和了解，從而使學生初步形成計算機系統觀，為學生計算機系統設計能力的形成奠定基礎。

課程教學目標：了解計算機操作系統的作用、各功能模塊的功能及內在關聯；掌握計算機操作系統的基本工作原理、設計思想和實現方法；了解計算機操作系統的演變過程、發展動向，使得學生能夠形成較完整的系統觀念。

課程目標及能力要求如下。

目標１：掌握分時操作系統的基本概念及設計原理，具備理解計算機系統復雜工程問題的能力。

目標２：理解多道程序并發環境中各種異步事件產生的原因，掌握多道程序處理系統中各類問題和沖突的解決方案，提高學生的系統分析與設計能力。

目標３：理解并掌握各功能模塊設計原理及主要算法的實現方法，既能夠從代碼設計的角度理解各功能模塊設計原理，又能夠從系統總體設計的角度理解現代操作系統設計的思想；具有將數據結構、程序設計、計算機體系結構以及程序編譯鏈接技術等計算機系統中最核心的概念關聯起來，形成完整的計算機系統理念，進行高效和系統化程序設計的能力。

３ 課程建設規劃及教學方法改革

３．１ 課程總體設計

（１）搭建符合系統能力培養需求的課程團隊。結合系統能力培養的需要，整合原有課程團隊的各項資源，統籌規劃課程內容，使課程間和課程內部知識緊密相連［１］ 。通過操作系統、編譯原理、計算機組成與體系結構等系統類課程群的搭建，使學生了解一個完整的程序：從數據結構設計、算法實現、編譯處理到最終在ＣＰＵ 上運行的整個過程，將程序設計、數據結構、操作系統、編譯鏈接等課程融會貫通起來。因此，結合湖北文理學院計算機工程學院計算機類專業的人才培養方案，對計算機系統相關課程之間的關聯關系進行有效地分析，提出了遞進式、層次化的“操作系統”課程群及課程團隊建設規劃。

（２）基于應用能力培養的實驗體系設計。為契合湖北文理學院計算機工程學院應用型本科人才培養的需求，在操作系統課程實驗中，引入Ｌｉｎｕｘ 操作系統應用及系統管理內容，從而解決原有課程實驗內容過于偏重理論算法實現的問題，鍛煉和提高學生具體操作系統的應用能力與系統管理能力。同時，通過多操作系統實驗平臺的構建，以提高實驗室軟、硬件資源的使用效率，滿足不同專業學生對操作系統的應用需求。通過實驗項目的層次化和模塊化設計，讓學生能夠對不同難度級別的實驗模塊進行選擇和組合，以達到兼顧各類學生不同需求的目的。

（３）基于線上優質資源的翻轉課堂教學設計。通過有針對性地選擇適合湖北文理學院計算機工程學院學生的優質線上教學資源，在教學過程中，針對相關課程內容，提前布置線上內容的學習任務，并以翻轉課堂的形式進行部分章節內容的教學設計，使課程教學由傳統的線下教學轉變為線上線下混合式學習模式。同時，逐步在學校課程平臺———超星學習通上完成教學管理、錄制課程微視頻、上傳課程學習資源等課程在線資源建設，讓學生能夠充分利用課余時間，提前預習，從而緩解教學任務繁重和課時不足的矛盾，提升學生的課堂參與性。

３．２ 課程內容建設

（１）課程思政體系建設。

在課程建設過程中，注重落實課程思政建設的要求，以期實現“專業內容為主輔以思政元素”的課程思政體系。根據課程的特點凝練思政元素，將塑造正確的價值觀、專業知識傳授和實踐能力培養３ 方面內容融入課程教學中。

①愛國敬業元素的挖掘。在課程學習的初期階段（操作系統概述）的內容講述中，將認清差距、激發動力、努力學習、以期超越的思想融入其中，通過對世界和我國操作系統現狀以及操作系統應用領域的介紹激發學生對學習操作系統課程的積極性。

②勤儉節約、杜絕浪費元素的挖掘。作為計算機系統的管理者，操作系統的主要目標是科學、高效地管理并使用計算機系統中所有的軟硬件資源，但是在計算機系統中，各類資源數量遠遠無法滿足多用戶、多任務、多進程環境的需求。因此，操作系統對資源的管理必須遵循節約高效的原則，在課程教學過程中，通過對操作系統課程相關內容的介紹，以期幫助學生形成珍惜資源、提高資源使用效率的理念。

③團隊協作精神的培養。進程并發的概念是貫穿于操作系統課程的一個至關重要的概念，而在多進程并發過程中進程同步技術的應用體現了多進程之間協同工作的重要性，通過對這一技術的講解可以有效地讓學生形成團隊協作與溝通的良好習慣。

（２）教學內容調整。

在教學內容方面，強調讓學生掌握整個操作系統的知識和邏輯體系，并結合人才培養目標，重構教學大綱，整合教學內容［２］ 。根據“去繁就簡，突出重點”

的原則，有針對性地對課程內容進行取舍，同時調整各知識點的講解順序，在教學初期階段，將多道、并發、異步等重要的基本概念引入教學中，使學生能夠在教學的開始階段，對多道程序的處理過程有一個較為深入的認識，從而為更好地了解進程的概念和作用及多進程并發環境中同步與互斥技術的應用打下良好的基礎。而對于課程中較為簡單的內容，如作業調度、處理機管理等，則主要通過線上學習進行。

３．３ 教學方法改革

在學習本課程時，學生會遇到一些問題，如課程內容較枯燥、教學進度過快、缺乏學習成就感等問題，從而影響學生學習的積極性，導致學習效果不佳。因此，課程教學方法需要從以下幾方面改革：（１）提高學生的學習積極性；（２）提升教學效果；（３）解決教學任務重與學時少的矛盾；（４）將純粹理論知識的傳授變為結合能力培養需求的綜合性教學，加大課程理論和實踐內容的改革力度，著重解決系統能力訓練和培養的問題。

課程團隊應不斷改進教學方法，不斷積累立體化教學資源，以學生為中心、以能力培養為宗旨，注重調查反饋，持續改進，不斷提高課程目標達成度。具體措施如下。

（１）基于應用能力培養的教學設計。

傳統的教學設計是基于課程知識點開展教學，側重知識的傳授，較枯燥。課程團隊針對湖北文理學院計算機工程學院學生的具體情況對課程理論知識內容進行多次優化，同時根據不同層次學生的需求設計了多平臺層次化實驗模塊，激發學生興趣，引導學生主動去發現問題、分析問題和解決問題，讓學生更好地應用所學的知識解決實際問題。

（２）課程理論教學中現實生活案例應用。

在本課程各教材相關理論的案例講解中，大部分都會引用計算機系統相應的實例。但是，由于地方性應用型本科院校計算機類課程體系設計的問題導致學生對于計算機系統底層及計算機系統內部控制流程等知識的掌握普遍較差，造成學生對課程理論的理解十分困難。課程組針對課程的所有基礎理論及算法均來源于現實生活的特點，深入挖掘現實生活中與課程理論相近實例，通過學生極為熟悉的現實生活實例的講解和分析使學生更直觀、輕松地掌握課程知識，同時引導學生從自己熟悉的生活領域中尋找相關案例進行分析與學習，提高學習的興趣與參與度。

（３）基于翻轉課堂的師生討論式互動教學方法。

通過以問題為導向的方法，鍛煉學生主動思考的能力，提高學生的課堂參與度。本課程相關理論較難理解，因此課程組通過結合線上課程教學內容以小問題、短案例的方式設置提問和討論，以培養學生辯證思維能力及溝通和表達能力。這種方式有利于教師及時發現問題，實時調整教學過程，保障教學質量，做好持續改進。

（４）“講練結合，以學生為主”的教學模式。

將課堂部分理論內容轉移到實驗室，采用講練結合的教學模式，培養學生動手能力。增加答疑次數和習題課，鞏固抽象的知識點，增強學生學習的成就感。

（５）多平臺實驗教學平臺設計。

課程組利用虛擬機技術完成Ｕｎｉｘ， Ｌｉｎｕｘ，Ｗｉｎｄｏｗｓ 及ＥＯＳ 操作系統平臺的搭建，優化實驗環境，滿足不同層次的學生對操作系統的應用需求。通過構建多操作系統實驗平臺，不僅可以有效提高實驗室軟、硬件資源的使用效率，而且可以滿足不同專業、不同層次的學生對操作系統試驗環境的需求。通過對實驗項目的層次化和模塊化設計，讓學生能夠選取和組合不同難度級別的實驗模塊，從而達到兼顧學生不同需求的目的。

（６）立體化教學資源的建設。

課程團隊制作了豐富的立體化教學資源，包括基于項目驅動、與工程實際相結合、側重學生實踐應用能力培養的課程理論和實驗教學內容；案例新穎、易學易懂、趣味豐富的課件與小視頻；與課程章節相配套的習題庫；側重實用性、綜合性項目設計的實驗指導書。

４ 建立高效的有利于持續改進的評價考核體系

為適應成果導向（ＯＢＥ）教學理念的需求，課程考核構建了教學過程評價與終結性評價相結合的評價體系，建立了教師評價、學生自評、學生互評相結合的評價機制。充分利用網絡技術，搭建融合課程學習、作業、實驗等內容的線上平臺，以記錄學生學習數據，及時獲取學生學情反饋結果，分析課程目標達成度，總結教學經驗以便下一輪教學的改進。

本課程對學生課程成績的考核主要變化如下。

（１）在增加學生平時成績考核比重的同時，注重學習過程的評價和考核。

平時成績比重由原來的３０％調整為４０％，其中課堂表現和作業２０％，實驗評價２０％。課堂表現由原本單純的出勤考核調整為“出勤＋課堂提問表現”，實驗成績考核由原本單純的實驗報告考核調整為“實驗過程評價＋實驗報告內容考核”。

（２）調整試卷題型及內容。

根據工程認證專家反饋意見，對課程考試試卷從題型及內容上做了較大的改進，改進后的試卷題目全部由主觀題構成，對基本概念及理論的考核以論述題體現，這樣能夠更好地引導學生在平時的學習中以積極主動地思考及總結取代純記憶的機械學習方式，從而能夠對課程理論有更加深入的理解和應用。

５ 結束語

通過上述的課程建設及教學方法的改革，極大地提升了教學效果，學生的學習興趣和積極性有了明顯的提高，但在以下幾方面還需繼續改進和提高。

（１）課程思政建設尚需體系化。本課程在建設過程中雖然融入了適當的思政內容，但是在課程教學方案中尚未形成一整套適合操作系統課程的思政體系，思政元素較為零散。

（２）課程群建設與課程團隊建設有待進一步提高。目前，湖北文理學院計算機工程學院計算機系統類相關課程團隊建設還不夠健全，各課程團隊之間缺乏交流與銜接，導致教學效果無法很好地滿足系統能力培養的需求。今后，將進一步結合湖北文理學院計算機工程學院計算機類各專業的人才培養方案， 深入分析計算機系統類課程之間的關聯與銜接關系，將原本松散的各課程團隊整合為一個有機的整體，以致力于符合系統能力培養需求的課程資源的構建，幫助學生更好地完成計算機系統能力的形成和提升。

（３）課程線上資源的應用和建設。在該課程的線下一流課程建設過程中，深感傳統的線下課程教學已無法更好地適應當前教學的需要，今后課程組將針對湖北文理學院計算機工程學院學生的能力及學習需求做進一步分析，以期將線上優質課程教學資源以及各種先進的教學手段引入課程教學，同時加強與相關企業的交流與合作，使得學生在校期間對操作系統的應用有更加深入的了解，提高課程學習的積極性。

參考文獻：

［１］ 翟一鳴，張楠，任滿杰，等．基于系統能力培養的《操作系統》課程教學改革實踐［Ｊ］．教育教學論壇，２０１７（３６）：１２８?１２９．

［２］ 張華，張素莉．基于ＯＢＥ 教育理念的操作系統教學改革與實踐［Ｊ］．長春工程學院學報（社會科學版），２０２２，２３（１）：１２１?１２４＋１２９．

作者簡介：李勇（１９６９—），本科，副教授，研究方向：計算機系統軟件和計算機網絡。