OBE教育理念下的操作系統課程教學實踐

摘要：本文主要探討了成果導向教育（OBE）在操作系統課程中的應用。在課程教學中具體采用“四環節”和“一機制”策略，包括設定明確學習成果、更新教學內容、重新設計教學方案和完善評估體系，以及引入一系列持續改進機制，如定期培訓和反饋收集，這些措施旨在提高教學質量，提升學生的應用能力。

關鍵字：操作系統；OBE；四環節；一機制

在當今信息時代，操作系統課程在計算機教育中占據著舉足輕重的地位，它為學生打開了深入了解計算機底層工作機制的大門。但傳統的教學方法過于注重理論知識的傳授，忽視了學生的實際應用能力培養，導致教學成果與社會和企業需求之間存在明顯的鴻溝。為了縮小這一差距，越來越多的教育機構開始關注OBE（Outcome-Based Education）理念。OBE理念將教學重點從過程轉移到學習成果上，強調學生掌握的知識和技能要與行業期望保持一致。針對此，本文將探討在OBE理念的指導下，如何對操作系統課程進行有效改革。改革的目標不僅是深化學生的理論知識，更重要的是增強學生的應用能力，以滿足企業對技術專業人才的現實需求。

一、OBE理念的核心內容

成果導向教育，也被稱為Outcome-Based Education（OBE），由美國學者William Spady于1981年提出，以“所有的學生都能獲得成功”為前提[1]，在過去的幾十年中逐漸成為全球教育改革的核心理念。這一理念指明教育活動要圍繞預設的學習成果展開，并努力使每位學生掌握必要的知識和技能。

（一）以結果為導向

與傳統的以內容為中心的教育模式不同，OBE理念更加關注學生能達到的最終學習成果。這意味著教育的目標不只是傳授知識，而是要求學生能夠將所學應用于實踐，以滿足社會和職業的實際需求。

（二）以學生為中心

OBE理念倡導教育者從學生的角度出發，關注每位學生的個體差異和需求。通過靈活的教學方法和策略，確保所有學生都可以達到預定的學習成果，并著重指出每個學生都具備成功的潛力。

（三）持續改進

OBE理念不僅關注當前的教學效果，還重視對教學過程和成果的持續評估和改進。這一策略鼓勵教育機構根據評估結果及時調整教學策略，以保證教育內容和方法與時俱進，持續提升教學的質量和效果。

在當前教育環境下，操作系統課程正面臨著多方面的挑戰，包括技術變遷帶來的課程內容更新滯后、評估方式的單一化[3]，以及過分強調理論知識傳授的教學方法等。為了更好地培養學生的實際能力并滿足行業需求，基于OBE理念對課程內容、教學方法和評估方式進行全面審查與改革變得尤為關鍵。

二、課程改革策略

為了更好地實施OBE理念的課程教學設計，操作系統課程依據“四環節”和“一機制”的教學設計方案進行了重構[4]。具體的實施細節如下：

環節一：預期成果的確定

在OBE教育理念下，將課程目標轉化為學生的預期學習成果，成為整個教學過程的核心和出發點，這一轉變關注“學生能夠通過學習實現什么”，而非傳統的以教師教授內容為中心。

表1列舉出操作系統每個章節所應達到的預期成果，這些成果目的是與專業的整體目標和期望能力相匹配。

環節二：教學內容的建設

在OBE理念的指導下，緊密結合教學內容與學生預期學習成果顯得尤為關鍵。為此，操作系統課程實施分階段的教學內容設計，從基礎概念探索到源碼深度分析，再到算法仿真實踐，意在幫助學生綜合掌握并實際運用操作系統的關鍵知識[5]。

1.理論學習

在此階段，學生將深化對操作系統核心概念和功能的理解，建立起扎實的知識基礎。具體教學內容包括：

（1）定義與功能：介紹操作系統的基本定義，闡述其在計算機系統中的作用及其主要功能。

（2）分類與結構：探討不同類型的操作系統（如批處理、分時、實時等）及其特點，解析操作系統的多層結構模型及其功能。

（3）基本組件：詳細描述操作系統的主要組件，如進程管理、內存管理、文件系統、I/O管理等，并討論各組件的功能和相互關系。

（4）用戶與系統交互：展示用戶通過命令行界面和圖形用戶界面與操作系統的交互過程，以及常用的系統調用和API的使用。

2.源碼探究

通過分析真實操作系統的源碼，幫助學生深度理解操作系統的內部機制和實現細節，培養其實際應用和編程能力。

（1）進程管理：通過案例學習，分析進程創建、調度、終止等源碼實現，揭示進程狀態轉換和調度算法的細節。

（2）內存管理：探討物理內存、虛擬內存的管理方式，分析頁表、頁替換策略等關鍵部分的源碼。

（3）文件系統：詳細解析文件系統的實現，包括文件的創建、讀寫、刪除等操作，以及目錄結構的管理。

（4）系統調用與API：探討系統調用的實現機制，包括如何提供給應用程序訪問核心功能的接口。

3.算法仿真

通過實踐操作系統核心算法的模擬，學生可以直接感受其運作機制，并深入了解算法的性能和特性。例如，在模擬進程管理的關鍵算法時，學生不僅能夠領會進程的整個生命周期，還能掌握進程間調度、同步和通信的要點。

（1）進程狀態轉換模擬

①進程生命周期：從創建、就緒、運行到終止，模擬進程的狀態轉換。

②阻塞與喚醒：模擬因I/O操作或其他原因造成的進程阻塞和喚醒。

（2）進程同步與互斥算法仿真

①信號量機制：模擬信號量的P和V操作以及其在進程同步中的應用。

②管程和條件變量：模擬管程的結構和功能，理解條件變量的作用。

③經典同步問題：如生產者－消費者問題、讀者－寫者問題，模擬其解決方案。

環節三：設計和方案的實施

在操作系統課程設計和方案實施的過程中，課程規劃始終遵循“以生為本”的教育價值觀[6]。與傳統的“以師為本”的教學模式相比，這一原則更加強調學生在學習過程中的主動性和探索性，確保教育活動更符合學生的需求，激發他們的興趣，并助推其全面發展。具體到課程設計，操作系統的教學內容包括：

1.課前準備

在課程啟動前，教師團隊會利用定制的問卷和訪談，詳細了解學生的基礎知識水平、學習風格和興趣點。這些數據將被用于確認學生對操作系統課程的期望和需求，并據此制定個性化的學習路徑。

2.課前活動

課程采納“翻轉課堂”這一創新教學策略，旨在激發學生的主動學習熱情。教師會在每周教學計劃中提前發布指定的學習任務，包括必看的教學視頻、詳細的PPT演示文稿和自我評估的測試內容[7]，以便學生在課堂上更加集中地參與探討和互動交流。

3.課堂教學

為適應學生個體間的差異，采取了多樣化的教學方法，包括案例教學，使用真實的操作系統案例幫助學生理解其實際應用；小組合作和討論，以培養學生的團隊合作和實踐能力；個別指導，根據每位學生的具體情況提供個性化的指導和反饋。

4.課下活動

鼓勵學生課下自主選擇學習資源，如在線課程、學術論文、項目案例等，來滿足個人的興趣和需求，培養主動探索的習慣。此外，通過課后參與小型項目，學生不僅可以加深對理論知識的理解，還能在實驗室環境中將操作系統的原理和技術應用到實踐中，這樣做有助于將理論學習與實踐技能相結合。

環節四：結果和質量的評估

在OBE理念中，對操作系統課程進行產出結果評估是至關重要的環節。此評估綜合三個維度進行[8]：

1.課程內容的評估

在操作系統課程的評估中，首先確保核心內容得到全面覆蓋，包括進程管理、內存管理、文件系統和設備管理等關鍵知識。接著，通過對案例研究和行業動態的分析，評估課程內容與實際應用的一致性和相關性。最后，關注點放在教學材料的更新上，特別是與最新操作系統技術發展保持同步，例如對Linux內核的更新和Windows系統的新特性等方面。

2.課程實施過程的評估

首先通過課堂觀察和學生反饋來評價翻轉課堂、小組討論等教學方法的有效性，有助于判斷這些方法是否可以提升學生的學習參與度。接下來，對課堂內的互動性進行考察，包括教師與學生、學生與學生之間的互動頻率和質量。此外，對實驗環節進行細致地評估，以驗證其是否能夠助力學生將所學的理論知識成功轉化為實際應用的技能。

3.課程實施效果的評估

評估開始于利用問卷調查和訪談收集學生反饋，了解他們在學習過程中的體驗、所遇到的困難及改進建議。此外，通過分析學生的考試成績、課程項目和作業完成情況，來評估學生對操作系統知識的掌握程度。

環節五：持續改進機制

基于OBE理念的核心內容，為操作系統課程制定了一系列持續改進成果質量的機制。這些機制不僅專注于提高教師的教學質量，更重要的是為學生打造一個與時俱進、持續優化的學習環境。

1.持續培訓與支持

為了提高教師團隊對OBE理念的理解和實踐能力，制定并實施了一套全面的培訓計劃。該計劃包括定期組織的研討會、工作坊，以及在線培訓課程，以期提升教師在教學方法、課程設計和學生評估方面的專業技能。

2.收集反饋并調整

建立一個系統化的反饋收集和處理機制，涵蓋學生和教師對課程的看法和建議。通過在線問卷、定期會議和開放式討論，收集寶貴的反饋，以評估教學改革的效果并據此做出必要調整

3.跨課程合作

鼓勵教師與其他學科的同事合作，以探索和實踐更有效的跨學科教學方法。這種合作不僅擴展了教學內容的范圍，還通過綜合不同學科的知識和技能提升了整體的教學質量。

三、結束語

教育不斷進步，社會對技術人才的需求也在發生變化，傳統教學模式已不再適應現今的教育環境。OBE理念重視學生實踐與能力的培養，被看作是教學改革的新方式之一。在這樣的背景下，對操作系統課程展開一系列改革是必然選擇。在課程教學改革過程中，學生從被動吸收知識的角色逐漸轉化為主動探索的參與者，這提高了學生的學習熱情和積極性。

作者單位：王燦 杜丹 張飛 馬鞍山師范高等專科學校

參考文獻

[1]張丹丹. 基于OBE理念的設計初步課程教學改革研究[J]. 安徽建筑， 2021， 28（11）： 112-113.

[2]李志義，朱泓，劉志軍，等. 用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J]. 高等工程教育研究， 2014（2）：7.

[3]王秋芬，王永新. 基于OBE的操作系統原理課程教學改革[J]. 收藏， 2018， 22.

[4]楊嶼航，馬金晶. 基于OBE理念的課程教學設計研究[J]. Advances in Education， 2023， 13： 273.

[5]邱劍鋒，朱二周，周勇，等. OBE教育模式下的操作系統課程教學改革[J]. 計算機教育， 2015 （12）： 28-30.

[6]黃金洲，李勇，徐德剛. 新工科背景下基于OBE的操作系統原理教學研究[J]. 電腦知識與技術：學術版， 2022， 18（22）：128-129.

[7]李娜，李征，王鵬，等. OBE理念下的操作系統課程教學改革與實踐[J]. 軟件導刊， 2022， 21（7）：4.

[8]De Jager H J， Nieuwenhuis F J. Linkages between total quality management and the outcomes‐based approach in an education environment[J].s Quality in higher education， 2005， 11（3）： 251-260.