基于OBE理念的操作系統原理課程教學改革研究

摘 "要：為保障國家信息安全，提升產業競爭力，我國提出信息技術應用創新戰略，旨在構建自主可控的信息技術體系，在IT基礎設施、基礎軟件等方面實現核心技術和產品的自主可控和安全可靠。信創戰略的順利實施離不開對信息技術人才的培養。作為高等院校信息類相關專業的核心課程，現有的操作系統原理課程缺乏國產操作系統的知識體系，難以達到國家對信創人才技能的要求。該文對網絡空間安全專業操作系統原理課程教學改革開展研究，運用OBE理念進行教學設計，在培養目標、教學內容等環節納入國產操作系統知識體系，以利于培養掌握國產操作系統知識體系，并且具備熟練實操技能的網絡空間安全專業人才。

關鍵詞：OBE理念；反向教學設計；教學改革；操作系統原理課程；國產操作系統

中圖分類號：G642 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）10-0148-04

Abstract： In order to ensure national information security and enhance industrial competitiveness， China has proposed the Information Technology Application Innovation strategy， aiming to build an independent and controllable information technology system and achieve controllability， security and reliability of core technologies and products in IT infrastructure， basic software etc. The implementation of Xinchuang relies on the cultivation of information technology talents. As a core course for information related majors in universities， the course of Principles of Operating Systems lacks the knowledge of domestic operating systems， making it difficult to meet the requirements for the skills of IT talents. This article conducts research on the teaching reform of the course of Principles of Operating Systems for the cybersecurity major. The OBE concept is applied to the teaching design， and knowledge of the Chinese-made operating system is incorporated into the training objectives and teaching content to cultivate professionals who not only master the domestic operating system knowledge but also have proficient practical skills in cybersecurity.

Keywords： OBE Idea; reverse teaching design; teaching reform; Principles of Operating Systems; Chinese-made operating systems

2017年教育部開始推進新工科建設，對高校人才培養提出了新的要求。與傳統工科相比，新工科更強調學科的實用性、交叉性與綜合性，新工科人才應該具備較強的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力。新工科建設對于我國信息技術應用創新（以下簡稱“信創”）產業的發展具有十分重要的意義，而網絡空間安全學科屬于新工科范疇，其以密碼學、計算機科學、電子信息等學科為基礎，關系著國家的信息安全乃至國家安全[1]。依據信創戰略指導方針，國家重點扶持國產軟硬件產業的發展，同時大力倡導在全國高等院校相關專業課程教學中融入國產軟硬件知識體系[2-3]，以突破西方國家對我國信息產業實施“卡脖子”政策所帶來的安全威脅。

本文以信息類專業，特別是網絡空間安全專業所開設的操作系統原理課程為改革對象，通過調研政府部門、企事業等單位對網絡空間安全專業人才在操作系統，特別是國產操作系統理論知識和實操技能方面的真實需求，研究在新工科背景下網絡空間安全專業人才在國產操作系統知識和技能的培養模式。立足于國家網絡安全戰略，本文旨在設計符合OBE理念的加入國產操作系統元素的操作系統原理課程體系和教學內容，為網絡空間安全專業人才培養起到有益的促進作用。

一 "現狀分析

大力發展國產軟件、硬件是突破西方對我國實行“卡脖子”式技術封鎖的根本途徑。我國高等院校有責任將國產軟硬件相關知識體系納入信息類專業現有的課程教學，為國家培養大量掌握國產軟硬件核心技術的人才[1，4]。然而，由于用人單位對人才的需求與高校人才培養目標存在一定差距，同時部分高校在國產軟硬件教學方面缺乏資源投入，造成包含國產軟硬件內容的課程在我國大部分高校信息類專業課程中的比例偏低[5-6]。作為高等院校計算機科學與技術、網絡空間安全等信息類專業的核心課程，現有的操作系統原理課程教學也同樣面臨以下幾個亟待解決的問題。

（一） "用人單位的人才需求標準與學生掌握的知識技能之間存在差距

為保證國家安全，黨政軍部門、企事業單位已陸續對計算機軟、硬件進行了國產化替代，例如，采用openEuler、麒麟、紅旗等國產操作系統，使用達夢、openGauss等數據庫。因此，這些機構對熟練掌握國產軟硬件知識和實操技能的網絡空間安全人才需求也不斷增大。然而，由于網絡空間安全學科建立時間較短，人才培養體系和專業課程教育體系仍處于探索階段[7]，現有的網絡空間安全專業學生在操作系統方面的知識結構和專業技能偏向于西方國家傳統的操作系統課程知識體系，缺乏國產操作系統方面的內容教學和實踐，造成所培養的人才的技能與用人單位的實際需求存在一定差距。

（二） "操作系統原理課程體系亟需進行改革和優化

由于涉及多學科交叉融合，網絡空間安全專業學生必須學習和掌握較多的專業課程和知識。然而，本科階段學生的培養時間有限，現有的操作系統原理課程學時難以保障學生在掌握相關基礎知識和技能的前提下還有富余時間用于學習國產操作系統相關知識和技能。因此，需要對現有的操作系統原理課程體系進行改革和優化，融入主流國產操作系統元素，在有限的學時中讓學生聚焦重點，突破難點，快速掌握相關知識和技能。

（三） "國產操作系統相關知識儲備和實操能力培養亟待加強

網絡空間安全專業涉及密碼學、計算機科學與技術、電子信息等多學科專業知識，學生在入學后需要系統地學習以上學科的多門相關核心課程。然而，由于課程數量眾多，總學時有限，導致一些核心課程及其相關前導課程的理論學時以及實驗學時偏少。國產操作系統的理論學習和實操需要大量的課時，因此，目前大部分學生難以在有限的學習時間里完成操作系統理論知識學習以及相關的技能訓練。

綜上所述，現有的操作系統原理課程教學無法滿足新工科和信創戰略對網絡空間安全專業人才的要求和期望，亟需進行教學改革。本文通過采用OBE理念進行逆向教學設計，從用人單位對人才的實際需求出發，制定培養目標和畢業要求，將主流國產操作系統，例如openEuler等的相關知識點和實操技能有機融入到現有的操作系統原理課程教學體系中，以培養既能掌握國產操作系統相關知識體系，并且具有熟練實操技能的網絡空間安全專業人才。

二 "教學改革目的

本文立足國家網絡安全戰略和粵港澳大灣區發展戰略，從新工科背景下網絡空間安全學科領域對人才的實際需求出發，通過對相關行業的網絡空間安全專業人才的理論知識儲備和專業實操技能要求進行定期調研，設計基于OBE理念的、符合網絡空間安全專業人才培養目標的操作系統原理課程體系架構，為網絡空間安全學科的相關課程設置、課程體系設計、教學方案制定和教學方法實施等提供一定的支持和借鑒。同時，通過操作系統原理課程的理論和實驗教學，使學生認識到本學科領域各行業對人才的具體需求與其自身所存在的差距，從而有計劃地調整學習目標，端正學習態度，快速學習和掌握網絡空間安全專業相關的專業技能，并具備在后續的工作中能夠熟練使用所學到的理論知識和實踐技能來解決實際生產過程中所遇到的各種網絡空間安全專業相關難題的能力。

三 "教學改革思路與目標

（一） "改革思路

根據OBE理念[8-11]，本文從政府部門、企事業單位對網絡空間安全人才在操作系統方面的知識儲備和實操技能的需求情況出發，基于目前國產操作系統的發展現狀和未來趨勢，結合學院的發展目標和定位，制定網絡空間安全等專業的人才培養目標，以及學生的畢業要求及指標點，將國產操作系統知識體系融入操作系統原理課程體系。然后，根據形成的課程體系來制定教學大綱，并實施相應的課程教學。在教學實踐過程中及時發現存在的問題和不足，保持與用人單位進行溝通，及時將用人單位反饋的信息用于下一輪的人才培養目標修改，從而實現基于OBE和持續改進的網絡空間安全人才培養模式。基于OBE理念的反向教學設計如圖1所示。

（二） "改革目標

本項目的改革目標是在國家新工科建設方針指導下，以培養多學科交叉融合的復合型、綜合性網絡空間安全專業人才為目的，對我校網絡空間安全學院的操作系統原理課程體系構建、課程內容設計等問題開展系統的和深入的研究。通過本項目研究工作的開展，充分調研各行業領域對網絡空間安全專業人才的具體要求，明確操作系統原理課程在網絡空間安全專業課程體系中的定位，以及該課程與其他硬件、軟件類課程的緊密聯系，從而制定相應的課程體系和教學方式，為網絡空間安全學科專業課程體系建設、教學內容設計等提供一定的參考和借鑒。

四 "教學改革內容

根據以上所述的教學改革目標，本文的主要教學改革內容如下。

（一） "改革課程目標

首先，根據國家信創戰略，深入調研各相關行業領域對網絡空間安全專業人才在操作系統方面的理論知識和動手能力的要求，將掌握主流國產操作系統理論知識和實操能力納入網絡空間安全專業人才培養目標。然后，根據培養目標制定相應的畢業要求指標點。最后，根據畢業要求和指標點來設置操作和系統原理的課程目標，將國產操作系統的關鍵知識點和重要實驗內容納入其中，從而制定出契合各政府部門、企事業單位需求的網絡空間安全專業人才。

（二） "改革教學內容

目前的主流操作系統主要有Windows和Linux，因此，現有的《操作系統原理》教材內容比較相似。雖然國產操作系統絕大部分是基于Linux內核的，但是諸如華為openEuler、麒麟等一些具有代表性的國產操作系統也對Linux的內核層、應用層等進行了一系列的自主創新，形成了具有鮮明特色的國產操作系統體系架構，能夠原生地（Native）支持云計算、容器化、物聯網和人工智能等。因此，在教學內容設計方面，考慮將國產操作系統的架構、CPU調度、多核調度、內存管理、外部設備管理、文件系統、內核安全等與傳統操作系統課程內容進行有機結合，通過對比學習使學生快速掌握國產操作系統的關鍵知識點。完成操作系統原理課程內容建設后，針對具體的課程目標，結合計算機組成原理、高級語言程序設計、數據結構、算法設計與分析、數據庫系統原理、軟件系統安全等與操作系統緊密相關的課程中重要知識點，設計合理的教學計劃，探索最合適的教學方法，使得來自多門課程的相關知識點能夠有機融合，有助于學生的專業知識積累和實操技能的提升。

（三） "改革教學過程

為克服現有教學模式的弊端，可考慮采用類似軟件行業常用的敏捷開發模型來重新定義“迭代式、反饋式”教學模型，即通過一定的方法和手段驅動學生反復學習重點的知識點、通過大作業和實踐操作的多次迭代輸出來驗證學生的學習效果。在課堂授課過程中，適當吸納“翻轉課堂”教學理念[12]，讓學生在課前利用慕課等教育資源把要講授的相關知識點進行快速、簡單的預習，然后帶著問題到課堂上與授課老師進行探討，從而加深對重要知識點的理解，在一定程度上能夠克服以老師為核心的“填鴨式”傳統教學模式的弊端，激發學生的主動思考能力、辯證思維能力以及總結歸納能力。

（四） "改革實踐教學方式

操作系統原理是一門理論性、實踐性都比較強的課程，不能僅靠“動筆”的理論知識學習，還應注重“動手”的實操技能鍛煉和培養，包括操作系統內核代碼的理解與分析、各個內核功能模塊的算法設計、代碼實現以及代碼優化等能力。因此，在實踐教學環節，圍繞操作系統的核心理論知識點來設計相應的實驗內容，采用問題驅動、團隊協作、頭腦風暴和小組競爭等方式來促使每個學生主動參與到實驗課題中，包括具體的問題定義、問題的數學建模、解決方案設計、算法的編程實現、代碼的調試與運行及算法性能評估等各個環節，從而達到提高學生的綜合動手能力的目的。

五 "擬解決的主要問題

（一） "及時掌握網絡空間安全專業發展動態，以及各個行業領域對網絡空間安全專業人才的需求情況

目前，我國高校網絡空間安全專業的人才培養與各行業的真實需求存在一定的差距。在國家信創戰略以及新工科建設方針指導下，需要深入了解網絡空間安全專業所涉及的各個相關學科方向，以及各行業領域對所需人才在國產操作系統方面所應具備的知識儲備和實操技能的具體要求。

（二） "課程體系設計和教學內容制定

在調研和了解各個行業領域對網絡空間安全人才具體要求的基礎上，需要在學院教學主管部門、教學指導委員會、資深教師、政府部門和企業相關負責人等的聯合指導下，探討融入國產操作系統知識體系的課程內容和教學計劃的可行性，從而對課程體系、課程內容、教學計劃進行相應的優化。

（三） "教學效果評估

在制定好相應的課程體系結構和課程內容后，需要采用客觀的多元和階梯式的評價標準對學生的學習效果進行評價，主要評價學習目標達成情況和學生個人對所學的國產操作系統知識的實際運用情況。通過對學生學習狀態的準確掌握以及學生對自身學習效果的反饋情況，為課程體系調整以及教學內容改進提供參考。

六 "具體實施方案和方法

（一） "實施方案

首先，與相關行業領域用人單位進行溝通和交流，了解其對網絡空間安全專業人才的實際需求，特別是在openEuler、鴻蒙、麒麟等國產操作系統知識儲備和實操能力方面的要求。在充分調研的基礎上，參考人才需求情況來設計相應的課程體系。然后，進入課程內容和教學方式設計環節，給出該課程的教學內容知識點結構，并與相關教師對該門課程的知識體系、教學內容等進行交流和評審。若發現不能達到培養目標或者無法滿足畢業要求，則需要進一步對課程內容、教學大綱等進行提煉和優化。在實際的教學實踐活動中，通過運用有效的教學方式，將相應的教學內容付諸實踐。最后，對教學效果進行評價和總結，并依據評價結果來對下一輪的教學活動進行迭代和優化。

（二） "實施方法

1）實地調研法。實地調研法主要應用于調研和搜集學科領域的政府部門和企事業單位對網絡空間安全專業人才在國產操作系統方面的知識和技能要求，以利于對目標課程教學內容和教學過程優化等。實地調研還包括參加相關的教育教學會議，向同行交流學習先進的教學經驗，到華為、達夢等公司與產業專家交流學習國產軟件核心技術與發展趨勢。

2）文獻綜述分析法。充分調研指導性以及實操性的相關國家部委文件和教學改革文獻，例如，教育部有關新工科建設、網絡空間安全學科建設、國內外高校相關課程的體系結構和課程內容等文獻，以及openEuler、鴻蒙、麒麟等國產操作系統的相關技術文檔和教材，應用到操作系統原理課程體系結構優化、課程內容知識點設計等環節。

3）歸納總結法。在實地考查調研以及梳理相關文獻的基礎上，進行歸納總結，找出不同行業領域對網絡空間安全人才技能需求的特點和共同點，有針對性地將國產操作系統技術和實操技能融入到操作系統課程的內容設計、教學目標制定等教學活動中。

七 "結束語

為積極配合國家信創戰略，高等院校有責任將國產軟硬件相關知識體系納入信息類專業課程教學，為國家培養大量掌握國產軟硬件核心技術的人才。對于網絡空間安全專業而言，由于該學科成立時間較短，用人單位對網絡空間安全人才的要求與高校人才培養目標存在一定的差距，同時部分高校在國產軟硬件教學方面缺乏資源投入，造成國產軟硬件相關的知識內容在我國大部份高校信息類專業課程中的比例偏低。針對這一問題，本文對網絡空間安全專業操作系統原理課程進行改革。具體而言，本文基于OBE理論進行教學設計，根據各行業領域對網絡空間安全人才的知識和能力要求制定培養目標、畢業要求和指標點，并將國產操作系統知識體系融入操作系統原理課程教學，在教學實踐過程中及時發現存在的問題和不足，及時總結和歸納，以實現對人才培養目標的持續改進。

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