OBE理念下的操作系统课程教学改革与实践

李 娜，李 征，王 鹏，刘 杰，王 磊

（陕西理工大学数学与计算机科学学院，陕西汉中 723000）

0 引言

课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。2016 年，我国加入了国际工程教育《华盛顿协议》组织，标志着高等教育正式启动工程教育改革。遵循成果导向、以学生为中心和持续改进原则是工程教育专业认证的核心。2017 年，教育部高教司推出了工程教育改革新工科 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，其内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。在工程专业认证和新工科建设的新时代教育改革大背景下，计算机类专业的核心课程必须要加快改革进程，以满足国家新时代人才培养需求。

在计算机类专业中，操作系统（Operating System，OS）是一门核心课程，与数据库、编译原理合称“三座大山”。这三门课程的教学内容与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 等一直备受关注，其共同特点为内容抽象、教师难教、学生难学，是进行教学改革的重点和难点。因此，借助教育部实施一流本科课程“双万计划”的时代机遇，以成果导向教育（Outcomes-based Education，OBE）为目标，打造计算机类线上线下混合式教学“金课”，是计算机专业核心课程改革的重要方向。

1 线上线下混合教学模式的必要性

传统OS 课程的主要教学方式为线下教学+课程实验，模式单一。课堂教学以教师讲授为主，学生参与度低，学习主动性不足，效果较差；实践教学环节以验证性实验为主，对学生动手能力、思辨能力、主动学习能力的培养不足；考核方式以期末闭卷考试为主，考试内容重知识轻能力、重理论轻实践、重结果轻过程；课程内容缺乏创新实践、交流协作、持续学习，课程思政等环节，对学生创新能力的培养不足。以上是OS 课程传统教学方式面临的主要问题，无法满足新工科建设对于专业课程教学的要求。因此，根据实际情况，对计算机类核心课程进行线上线下混合式教学改革，重塑课程内容迫在眉睫。

当前关于OS 课程改革的研究较多，例如文献［3］提出基于MOOC 的线上线下混合教学实践应用于数据分析与数据挖掘课程，能够保证学生知识获取质量，满足教师对学生学习过程的考察需求；文献［4］采用课前预习、课堂互动和课后巩固的混合式教学模式进行OS 课程改革，是一种新型高效的教学模式，能显著提高教学质量；文献［5］以OBE 教育理念为指导对OS 课程进行教学改革，学生学习成绩稳步提升；文献［6］从培养学生系统能力的角度出发设计了系统性模块化教学内容和全覆盖的知识体系；文献［7］重构了OS 课程内容，提升了学生解决复杂问题的能力。

为建设一流本科课程，提升教学质量，本文借鉴前人经验，并结合地方应用型高校学生的实际情况，研究了OBE 理念下多方位的OS 课程改革，从课程内容重塑、线上线下教学资源构建、教学模式设计等多个环节进行改革实践。

2 OBE 理念在计算机类专业核心课程中的引入

OBE 理念倡导以学生为中心，以成果为导向。2013 年6 月，我国加入“华盛顿协议”，同时引入OBE 理念进行工程教育改革，至今已取得丰硕成果，对高校工科类专业教育水平的提高起着巨大的推动作用。在工程教育改革大背景下，在计算机类专业核心课程中引入OBE 教育理念进行教学改革势在必行。计算机类专业的特点为理论与实践并重，传统与创新兼顾，这就要求任课教师围绕OBE 教育理念进行课程体系构建，以满足工程教育对计算机类专业的要求。

3 课程教学内容重塑

计算机科学体系主要分为硬件和软件两个部分。OS处于所有硬件的最上层和所有软件的最下层，是连接两者的跨界角色。OS课程主要研究的是OS内核。为提升教学质量，建设一流线上线下混合式OS 课程，课程组在课程内容、形式方面持续改进，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系。课程组以陕西理工大学计算机科学与技术专业2018 版本科培养 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 修订为契机，按照培养目标和毕业要求，根据以学生为中心的教育理念，对OS 课程内容、 知识点 高中化学知识点免费下载体育概论知识点下载名人传知识点免费下载线性代数知识点汇总下载高中化学知识点免费下载 进行梳理和优化，重塑知识体系，并构建支持线上线下混合教学模式的学习资源。

3.1 课程内容优化

OS 课程内容优化主要从理论和实践两个方面展开。OS 最重要的功能为对软硬件资源进行管理，围绕该功能对课程理论知识进行深入分析，建立脉络清晰的课程内容框架。OS 课程的主要教学内容包括操作系统引论、进程描述与控制、处理机调度与死锁、存储器管理、虚拟存储器、输入输出系统、文件管理、磁盘存储器管理以及操作系统接口，教学的3 个核心为进程、内存和存储。课程共计54 学时，其中理论课为42 学时，实验课为12 学时。综合课程总体情况、教学重点以及教学学时3 方面因素优化该课程知识体系结构，具体如图1所示。

首先，全面梳理并重新构建课程理论知识内容。进程是操作系统中比较抽象的概念，课本中花了大量篇幅介绍其基本内涵。但对于学生来说，单纯的文字内容过于抽象，不易理解和应用。在内容优化过程中，课程组从进程的功能着手，先略过晦涩的进程概念部分，重点使学生弄清进程与CPU 的对应关系，即计算机所谓的计算指的就是CPU 运算，运算的内容就是进程。通过在多道程序下多个进程如何在一个CPU 中运行的问题引出调度、资源竞争、进程同步、死锁等衍生知识点，使学生理解进程的定义和概念。同时，在进程管理、处理机调度与死锁部分引入关联知识点，并增加课时和实验项目；其次，优化实验教学内容。实验学时由原来的8 学时增加至12 学时，必做实验项目由原来的4 个变为6 个，增加1 个选做实验。增加的实验项目为列举系统启动项目（必做）、共享内存实验（必做）、处理机调度实验（选做）。

3.2 线上线下平台资源构建

Fig.1 Optimized OS course knowledge architecture图1 优化后的OS课程知识体系结构

课程内容分为理论与实践两大部分。各个章节、功能模块对应的知识点是分散的，但又相互融合。各章节的理论知识点配置了丰富的学习资源，包括教学大纲、课程 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 、PPT、知识点视频、算法动画、电子书、章节作业、随堂测及自测等。借助学习通平台，构建线上学习资源。在实践操作方面，课程组将实验项目分为验证型、设计型和综合型3 个类型。教师会提前将相关实验项目及案例上传至PTA 平台，学生可依据个人能力和学习进度选择合适的资源主动学习。当前实践中，线上学习为线下学习服务，线下学习是线上学习的有益补充。因此，课程组根据课程内容要求教师将以案例的形式讲授重难点，将OS 中的进程、内存和存储等零散抽象的知识点紧密联系起来，帮助学生完成对知识的迁移。同时通过师生、学生之间问题讨论等，帮助学生内化有联系的知识点以组织成结构完善、层次分明的知识网络，完成OS 知识体系的构建，使其能够利用所学知识综合分析、解决实际问题，提升探索创新能力。OS线上线下课程资源架构如图2所示。

Fig.2 OS online and offline course resources architecture图2 OS线上线下课程资源架构

4 线上线下混合教学模式设计

为达到课程教学目标，OS 课程基于学习通平台进行线上线下混合教学模式改革，将课程的理论与实践项目紧密结合起来，目前已形成课前—课中—课后一体化教学，具体教学模式如图3所示。

Fig.3 Online and offline mixed teaching mode based on Xuexitong图3 基于学习通的线上线下混合教学模式

5 教学实践与效果

5.1 教学实践

在开课前，课程组提前准备好线上线下教学资源，并制定详细的课程计划和应急预案。课前，根据教学安排，教师需提前一周发布本周学习任务，包括学习视频、PPT、自测等。学生可以借助电脑、手机等终端随时随地自主学习，并记录学习过程中遇到的问题，也可以在线上进行讨论。同时，教师可根据学习进度、讨论内容、自测情况等监控学情，及时发现问题，并将一些共性问题放到课堂上解决。教师通过了解学生的学习轨迹，进一步完善课堂教学内容。课中，教师根据课前学情反馈，及时调整课堂教学模式，根据需要选取重难点讲授、翻转课堂、问题讨论等教学形式。在师生、学生互动过程中，教师引导学生发散思维、积极思考。课后，学生在学习通上完成作业、测验，线下完成必做和选做实验项目，教师及时进行答疑。

以避免死锁教学为例，最终目标是使学生掌握避免死锁的基本理论与银行家算法。课前，由教师下发预习任务、设计板书，学生借助超星课程平台完成预习任务。需要完成翻转课堂的小组提前准备上课资料，课中由老师引导学生发现问题：生活中有哪些解决死锁的方法？OS 中避免死锁的方法是什么？接着由学生进行课堂教学：类比银行放贷业务解释银行家算法的基本思想，结合资源分配的例子给出银行家算法的基本实现思路，并详细讲解注意事项。最后进行分组讨论，梳理与死锁进程相关的诸多问题。课后，学生完成作业以及小测验。根据学生课堂讲解中所用素材（包括PPT、动画、板书设计等）是否丰富，普通话是否标准，讲解是否清晰易懂，课堂气氛是否活跃等方面进行分组评价，包含组员自评、组间互评、教师评价几个方面。

综上所述，依托线上线下混合式教学模式，OS 课程形成了课前自主学习—课中翻转课堂、分组问题讨论—课后练习巩固三位一体的教学过程，既能保证学生对基本概念、算法知识的掌握，又可以满足其拓展延伸的需求。

5.2 教学效果

重塑的OS 课程内容与教学模式在2018 级计算机类本科学生中开始实施。经过1 个教学周期，学生学习积极性明显提高，学习效果显著。课堂气氛活跃，大部分学生积极参与到翻转课堂、分组讨论中，由传统的被动接受变为主动学习；在课前预习自测、课后作业完成质量方面，题目正确率明显提高；在实践环节，根据所学内容自主设计实验方案、积极完成实验的学生数量比往届大幅提高。

对2019-2020-1 学期的计算机专业2017 级2 个班、2020-2021-1 学期计算机专业2018 级6 个班学生的成绩分布进行了统计分析，见表1。可以看出，在计算机专业2018 级学生人数远多于2017 级的情况下，2018 级学生成绩分布无论从最高分、最低分、平均分、中位数和标准差等方面均优于2017级，说明OS课程教学改革成效显著。

6 结语

本文基于OBE 理念，从课程内容重塑、教学资源构建、教学模式设计等多个教学环节进行了OS 课程线上线下混合式教学改革。经过一个教学周期的实践证明，课程改革颇有成效，培养了学生自主学习、分析与解决问题的能力。该课程的改革方案也可为计算机类专业其他课程的建设提供借鉴。今后计算机类专业课程的改革将继续围绕OBE 理念进行，线上线下混合教学是未来课程教学的主要模式，但在线资源建设方面仍需继续引入优质课程资源，并建设适合学生实际情况的在线课程平台，这将是课题组下一步教学改革的重点。

Table 1 Comparison of grade distribution between grade 2017 and grade 2018 students of Computer major表1 2017级与2018级计算机专业学生成绩分布比较

软件导刊2022年7期

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