基于OBE理念的“操作系統(tǒng)”課程線下線上混合教學模式改革

馮誠 夏添 景維鵬

摘 ? ?要：文章從培養(yǎng)學生系統(tǒng)能力角度出發(fā)，在分析傳統(tǒng)“操作系統(tǒng)”課程教學基礎上，針對當前操作系統(tǒng)課程難以促進學生深入理解課程內(nèi)核的這一瓶頸問題，提出了基于學習產(chǎn)出理念綜合利用線下線上資源的創(chuàng)新性教學改革模式，設計了系統(tǒng)性模塊化教學內(nèi)容和全覆蓋的知識體系，闡述了操作系統(tǒng)線下線上混合教學改革方案并說明實踐的初步成效。

關(guān)鍵詞：OBE;混合教學模式;操作系統(tǒng);教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）07-0055-02

“操作系統(tǒng)”課程作為計算機科學與技術(shù)、軟件工程、物聯(lián)網(wǎng)等計算機類專業(yè)的核心課程，一直受到國內(nèi)外計算機專業(yè)教師的高度重視?！安僮飨到y(tǒng)”課程作為連接計算機系統(tǒng)硬件與軟件的紐帶，包含了學生對計算機系統(tǒng)能夠深入理解的眾多核心技術(shù)要點。傳統(tǒng)的“操作系統(tǒng)”課程教學，一般是將操作系統(tǒng)的主體內(nèi)容分為處理機管理、內(nèi)存管理、文件管理、IO管理等幾部分，再在每部分引入基本概念的同時介紹一些分配調(diào)度算法和技術(shù)。傳統(tǒng)的教學模式雖然可以使學生系統(tǒng)性掌握操作系統(tǒng)的一些基本概念和算法，但無法與實際操作系統(tǒng)緊密聯(lián)系起來，學生無法有目的、有針對地獲取知識和技術(shù)。究其原因在于傳統(tǒng)的教學模式主要基于教材、參考書等，可利用的資源極其有限，而在當代，互聯(lián)網(wǎng)給我們提供了海量的學習資源，將這些資源有效利用可以調(diào)動學生學習自主性，改良教學模式，進而提高教學效果。因此筆者基于學習產(chǎn)出的教學模式（Outcome-Based Education，以下簡稱“OBE”），針對操作系統(tǒng)課程將線下線上資源進行梳理整合，提出了線下線上混合式教學改革方案[1]。

一、OBE理念

OBE理念最早產(chǎn)生于歐美教育體系中。OBE即基于結(jié)果的教育，也稱為基于標準的教育，是一種以目標為基礎的教育理論。在教育經(jīng)歷結(jié)束時，每個學生都應該達到目標。OBE中沒有單一指定的教學或評估風格。相反，課堂教學和評估都應該幫助學生達到指定的結(jié)果。教師會根據(jù)目標結(jié)果扮演教練、培訓師、輔導員或指導者的角色。因此，基于OBE的教學模式打破了傳統(tǒng)的提供式教學方式，鼓勵學生提出想要學習的內(nèi)容和期待得到的結(jié)果。

二、線下線上混合教學模式

線上線下混合教學模式即采用傳統(tǒng)課堂與在線課程相結(jié)合的教學方式[2]，教師在課程中進行引導式教學，調(diào)動學生自主學習，通過互聯(lián)網(wǎng)查找資料，對知識進行整合運用，進而完成教學目標。這種新型教學模式有利于實現(xiàn)OBE教學理念，將傳統(tǒng)教學模式中學生被動接收知識轉(zhuǎn)化為學生主動學習，培養(yǎng)學生自我學習能力、整合知識能力以及實踐應用能力。線下線上混合教學模式通常包括線下課堂討論、線上開展學習、線下實踐操作以及線上練習鞏固四部分內(nèi)容[3-4]。

（一）線下課堂討論

教師組織開展課堂活動，通過引導式發(fā)問，學生討論將學習目標中的難點、重點明確化，設立線上學習的小目標點。這里的課堂討論與傳統(tǒng)課堂有很大不同，主要在于傳統(tǒng)課堂核心是講解知識，而這種教學模式中的課堂核心是提出問題，并通過學生自主討論和教師引導形成知識脈絡，因此這種教學模式的課堂內(nèi)容決定了課堂形式更加靈活，也更能調(diào)動學生學習的積極性。

（二）線上開展學習

線上學習部分主要是學生利用課程的電子資源以及互聯(lián)網(wǎng)資源，查找并整合知識。線上開展學習具有諸多優(yōu)勢，如不受時間、場地限制，學習自主性、目標性更明確，可進行個性化學習，課程資源豐富，鍛煉查找篩選信息的能力等，因此線上學習將成為未來教育的發(fā)展方向。

（三）線下實踐操作

通過實踐檢驗，學生將學習到的知識綜合利用，達到學以致用的目的。尤其是對于需要軟硬件相結(jié)合的課程內(nèi)容，教師線下提供相應的教學資源，組織教學活動以開展課程實驗實踐，進而促進學生充分理解學習內(nèi)容并融會貫通。

（四）線上練習鞏固

線上練習是學生在網(wǎng)上開展模擬測試訓練。線下實踐通常會受到教學時間、場地等限制，因此學生通過線上的模擬實驗測試可以加強對課程知識的學習和理解，從而達到學習目標。

三、“操作系統(tǒng)”課程教學改革方案

（一）教改思路

筆者所在院校于2016年啟動工程教育專業(yè)認證工作[5]，對課程體系、教學內(nèi)容進行了系統(tǒng)的規(guī)劃梳理。因此“操作系統(tǒng)”課程教學改革的思路是基于OBE理念，以工程教育專業(yè)認證要求為導向，參考其他高校相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方案，對“操作系統(tǒng)”課程的教學內(nèi)容和方式進行系統(tǒng)性梳理，在此基礎上再結(jié)合本校實際情況進行個性化設計。

（二）教學方式

OBE理念最核心的點就是調(diào)動學生的主觀能動性，因此在教學方式上考慮基于線下線上混合的教學模式，具體針對“操作系統(tǒng)”課程的教學方式改革如下。

首先，將采用課程講授為主的傳統(tǒng)教學模式轉(zhuǎn)化為線下線上混合教學模式。傳統(tǒng)教學模式的優(yōu)點是高效利用課堂時間傳授大量知識，學生對該教學模式也較為適應。但在傳統(tǒng)教學模式中學生處于被動接受狀態(tài)，教師處于主動輸出狀態(tài)，知識的有效傳授需要學生注意力高度集中，同時學生還需要具備同教師教授速度相匹配的思維理解速度，當采用線下線上混合教學模式時，學生的積極性被充分調(diào)動，同時學生可以自主控制學習的時間和速度，進而更加高效且有目的性地學習。具體而言，將操作系統(tǒng)課程的授課學時進行劃分，1/3學時為引導式課堂討論，1/3學時為線上自主學習，1/3學時為線下實驗。通過引入線上學習，給學生更大的自主空間，使其主動攝取知識。對于實驗部分，引入助教機制，助教采用線上答疑和線下驗收相結(jié)合的方式，更及時地指導和幫助學生解決課下實驗過程中遇到的問題。

其次，學生在課程教學過程中的學習狀態(tài)往往會影響教學效果。部分通過考前突擊獲得學分的學生往往對所學知識掌握不牢，邏輯思維和系統(tǒng)能力也沒有得到很好的鍛煉和提升。針對學生突擊考試的問題，在教學過程中引入階段性評測，將傳統(tǒng)的期末一次性考核分散到多個時間節(jié)點，使得學生在整個教學過程中保持緊張有序的學習狀態(tài)。

最后，實驗部分加大難度，增加設計性和綜合性實驗。由于實驗學時有限，因此課上的任務主要是布置實驗內(nèi)容，引導學生的實驗思路，實驗的核心部分需要學生利用課下的時間進行，課下結(jié)合助教的在線答疑，保證實驗任務順利完成。在實驗部分，引入Linux源碼和Android源碼的閱讀、分析及改造內(nèi)容，將課程中原理性知識應用在實際的操作系統(tǒng)中，使學生更加深入地理解原理性內(nèi)容。

（三）教學內(nèi)容

傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)教學內(nèi)容各部分相對清晰獨立，學生很難建立對操作系統(tǒng)的整體認識。為建立操作系統(tǒng)的整體概念，筆者基于OBE理念，從引導性問題出發(fā)，對“操作系統(tǒng)”課程內(nèi)容進行如下兩方面改革。

首先，引入國內(nèi)外兩本教學參考書：湯小丹編著的《計算機操作系統(tǒng)》和彼得·貝爾·高爾文（Peter Baer?Galvin）編著的《操作系統(tǒng)概念》。這兩本教材起到互補作用，既介紹操作系統(tǒng)的基本概念、原理，又涉及操作系統(tǒng)實踐部分的內(nèi)容。綜合兩本參考書的內(nèi)容，教研團隊進行整合教學內(nèi)容如下。

1.操作系統(tǒng)引論。內(nèi)容：操作系統(tǒng)原理課程的學習目的和意義，操作系統(tǒng)的定義、地位、作用、形成與發(fā)展、特征、功能以及分類。

2.進程管理。內(nèi)容：進程的基本概念、進程的特征與狀態(tài)、進程控制塊的結(jié)構(gòu)、進程控制原語、進程同步的基本概念、信號量機制及其應用、經(jīng)典同步問題、管程機制，進程通信方式以及線程的基本概念、線程的同步和通信。

3.處理機調(diào)度與死鎖。內(nèi)容：高級、中級和低級調(diào)度，調(diào)度隊列模型、選擇調(diào)度策略的準則，先來先服務、短優(yōu)先、高優(yōu)先權(quán)、基于時間片的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，產(chǎn)生死鎖的必要條件，預防和避免死鎖的方法。

4.存儲器管理。內(nèi)容：存儲管理的任務與功能、程序的鏈接方式、程序的裝入方式;單一連續(xù)區(qū)管理、固定式分區(qū)管理、可變式分區(qū)管理，頁式管理的原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、分配及回收算法、地址變換和保護、性能評價，段式管理的原理、實現(xiàn)方法、保護與共享、性能，段頁式管理原理、實現(xiàn)方法、保護與共享、性能，虛擬存儲管理系統(tǒng)的概念、請求式分頁管理的內(nèi)存分配策略和分配算法、調(diào)頁策略、頁面置換算法，請求式分段管理的內(nèi)存分配策略和分配算法。

5.設備管理。內(nèi)容：I/O系統(tǒng)的組成、設備分類、設備管理的任務與功能、緩沖技術(shù)、設備的分配與回收、虛擬設備技術(shù)、設備處理過程、磁盤存儲器管理。

6.文件管理。內(nèi)容：文件與文件系統(tǒng)的概念、文件類型、文件系統(tǒng)模型、文件的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)，文件目錄管理技術(shù)、文件存儲空間的管理、文件共享與保護。

其次，實驗部分。將原有的驗證性實驗改造為部分綜合性實驗。實驗教學設計8學時，具體內(nèi)容為Linux系統(tǒng)的安裝及基本指令使用;Linux下C語言的基本編程;進程同步與通信;經(jīng)典進程同步問題的實現(xiàn)。通過實驗訓練將所學理論知識與工程運用有機結(jié)合，對課程中所學的操作系統(tǒng)基礎知識、進程的概念、并發(fā)、共享、同步、經(jīng)典進程同步問題的求解等理論知識及技術(shù)進行應用和驗證;熟練掌握操作系統(tǒng)環(huán)境與開發(fā)工具，鍛煉學生的實踐能力，啟發(fā)學生對所學的操作系統(tǒng)原理知識進行深入思考，達到理論聯(lián)系實際的教學效果。

四、結(jié)論

基于OBE理念線下線上混合教學模式實現(xiàn)了教學內(nèi)容的優(yōu)化、教學方式的改進和教學效果的提升。將該模式用于“操作系統(tǒng)”課程這類計算機專業(yè)核心課程，對于計算機專業(yè)教育的工程教育專業(yè)認證工作的實現(xiàn)具有較好的借鑒作用。筆者從OBE理念和線下線上混合教學模式出發(fā)，對教學改革的思路、教學方式的改革和教學內(nèi)容的改革進行闡述。在實際運用中，學生反映學習過程有難度，花費時間較長，但收獲更多，總體上教學效果比較顯著。

參考文獻：

[1]趙健.OBE理念下理工科實踐教學研究[J].教育評論，2019（2）.

[2]董文永，邵艷玲，劉樹波，等.基于深度學習策略的算法設計? ? 分析類課程線上線下混合教學設計[J].計算機教育，2019（2）.

[3]劉嘉.“新工科”背景下地方高校操作系統(tǒng)課程改革的探? ? 索[J].軟件導刊（教育技術(shù)），2019（5）.

[4]金虎.課程思政的探索與實踐——以“操作系統(tǒng)”課程? ? 為例[J].黑龍江教育（理論與實踐），2020（1）.

[5]蔣宗禮.推進專業(yè)改革，提高辦學水平[J].計算機教育，2009（16）.