CDIO工程思想在操作系統(tǒng)課程中的應(yīng)用研究

鄭浩 馬麗 喬榮寧 周慧敏

摘要：通過梳理課程教學(xué)目標(biāo)定位，依托CDIO教學(xué)大綱設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合課程本身的特點(diǎn)，優(yōu)化重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容；通過基本原理、設(shè)計(jì)思想、Linux具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)、實(shí)習(xí)項(xiàng)目四個(gè)環(huán)節(jié)將基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與社會(huì)環(huán)境融合在一起，制定課程的教學(xué)實(shí)施方案；以體現(xiàn)CDIO工程能力培養(yǎng)目標(biāo)為宗旨，從內(nèi)容、形式到方法多方面改革課程考核評價(jià)方式。多角度全方位促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力、參與精神和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，進(jìn)而在夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，突出工程能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：CDIO；操作系統(tǒng)；課程改革

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）12-0089-03

1課程教學(xué)目標(biāo)定位

操作系統(tǒng)是軟件工程專業(yè)重要的專業(yè)課程。本課程的目的和任務(wù)是使學(xué)生全面地了解和掌握操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用和模型，從資源管理的角度領(lǐng)會(huì)操作系統(tǒng)的功能和實(shí)現(xiàn)過程。使學(xué)生系統(tǒng)科學(xué)地受到分析問題和解決問題的訓(xùn)練，提高運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

本課程的教學(xué)基本目標(biāo)：是使學(xué)生理解操作系統(tǒng)基本原理，并在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手編程能力。具體從知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)三個(gè)方面描述。

1）知識(shí)目標(biāo)

（1）理解操作系統(tǒng)的基本原理、組成、基本概念和主要功能；

（2）基本掌握常用算法；

（3）掌握常用操作系統(tǒng)的基本操作以及基本配置；

（4）了解API函數(shù)的簡單應(yīng)用。

2）能力目標(biāo)

（1）熟練使用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)；

（2）能夠解決一些簡單的應(yīng)用問題；

（3）了解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)技巧。

3）素質(zhì)目標(biāo)

（1）初步具備辯證思維的能力；

（2）具有熱愛科學(xué)，實(shí)事求是的學(xué)風(fēng)和創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神；

（3）加強(qiáng)職業(yè)道德意識(shí)。

2 依托CDIO教學(xué)大綱設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)

CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）教學(xué)大綱通過便于理解并實(shí)施的清晰完整、系統(tǒng)詳細(xì)的工程教育目標(biāo)，使工科教師能夠合理設(shè)計(jì)課程計(jì)劃并完成課程評估。

教學(xué)大綱的第一部分首先對技術(shù)學(xué)科知識(shí)的教學(xué)效果進(jìn)行說明。第二部分對個(gè)人的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行說明。第三部分對人際協(xié)調(diào)能力的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行說明。第四部分對構(gòu)建產(chǎn)品過程和系統(tǒng)的能力進(jìn)行說明。

結(jié)合《操作系統(tǒng)》課程的特點(diǎn)，在CDIO教學(xué)大綱基本要求的基礎(chǔ)上，課程設(shè)計(jì)總體思路如下：

（1）以"夠用、適用、實(shí)用"為目標(biāo)設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容。

（2）考慮后續(xù)課程需要，突出重點(diǎn)，強(qiáng)化專業(yè)應(yīng)用。

（3）注重課堂教學(xué)互動(dòng)，老師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生積極思維，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

（4）注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和自學(xué)能力。

綜合考慮之前分析的《操作系統(tǒng)》課程目標(biāo)，依托基于CDIO教學(xué)大綱完成的課程設(shè)計(jì)總體思路，具體選取的基本要求點(diǎn)如表1所示。

3 優(yōu)化課程內(nèi)容

《操作系統(tǒng)》課程在我院的教學(xué)安排涉及多個(gè)專業(yè)和方向，但由于各專業(yè)方向的培養(yǎng)目標(biāo)不盡相同，課程本身又具有內(nèi)容多、偏重理論、知識(shí)抽象等特點(diǎn)，學(xué)生對理論性課程缺乏動(dòng)力和興趣。要想達(dá)到課程的培養(yǎng)目標(biāo)，首先要根據(jù)授課學(xué)生層次，并參考課程教學(xué)大綱安排等因素，優(yōu)化課程內(nèi)容，將學(xué)生帶入課程教學(xué)過程中。通過對課程已有內(nèi)容進(jìn)行分析，將其分為6個(gè)部分：緒論、處理機(jī)管理、進(jìn)程同步與通信、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理和文件管理，下面以進(jìn)程同步與通信為例，給出該章具體內(nèi)容安排，如表2所示。

4 引入CDIO工程理念課程實(shí)施安排

針對優(yōu)化的教學(xué)內(nèi)容，在介紹構(gòu)思基本原理（C）、設(shè)計(jì)思想（D）的基礎(chǔ)上，分析Unix操作系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，通過其具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)（I）來體現(xiàn)操作系統(tǒng)的基本原理和設(shè)計(jì)思想，最后通過章節(jié)實(shí)習(xí)項(xiàng)目（O），將基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與社會(huì)環(huán)境融合在一起。在完成章節(jié)實(shí)習(xí)項(xiàng)目時(shí)，要求學(xué)生按照軟件開發(fā)生命周期的基本原理來實(shí)施整個(gè)過程，注重團(tuán)隊(duì)精神和團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生成立項(xiàng)目小組（每組6人左右），在完成項(xiàng)目開發(fā)的同時(shí)，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)管理。項(xiàng)目的完成必須經(jīng)歷CDIO四個(gè)階段。

（1）構(gòu)思性實(shí)踐（C）：構(gòu)思自己要研發(fā)的項(xiàng)目。其主要形式是對項(xiàng)目進(jìn)行分析，形成基本感性認(rèn)識(shí)，并開始進(jìn)行項(xiàng)目的構(gòu)思和可行性研究。本階段的形成性成果包括可行性分析（研究）報(bào)告（FAR）和軟件需求規(guī)格說明（SRS）。

（2）設(shè)計(jì)性實(shí)踐（D）：完成軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過實(shí)踐，使學(xué)生進(jìn)一步掌握相關(guān)知識(shí)（進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、設(shè)備管理）的基本原理、方法、技術(shù)，并能夠根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，來設(shè)計(jì)類似的系統(tǒng)。本階段的形成性成果為軟件（結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)說明書（SDD）。

（3）實(shí)現(xiàn)性實(shí)踐（I）：運(yùn)用程序開發(fā)相關(guān)技術(shù)工具將上一階段的設(shè)計(jì)結(jié)果加以完全實(shí)現(xiàn)，著力培養(yǎng)學(xué)生的務(wù)實(shí)精神、工程能力和團(tuán)隊(duì)精神。本階段的形成性成果包括軟件測試報(bào)告（STR）、軟件產(chǎn)品規(guī)格說明（SPS），以及全部源代碼。

（4）運(yùn)作性實(shí)踐（O）：本階段要求每一個(gè)小組通過市場調(diào)研分析，通過建立應(yīng)用營銷以及服務(wù)渠道，對所開發(fā)出的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。對于實(shí)在難以開展實(shí)際應(yīng)用的項(xiàng)目要求建立模擬應(yīng)用環(huán)境，實(shí)施模擬應(yīng)用。運(yùn)作型實(shí)踐是四層實(shí)踐中最難的部分，其主要目的是讓學(xué)生了解市場，培養(yǎng)學(xué)生的務(wù)實(shí)精神和實(shí)際工作能力。本階段的形成性成果為軟件產(chǎn)品運(yùn)作總結(jié)。

（5）項(xiàng)目驗(yàn)收、點(diǎn)評。要求學(xué)生對項(xiàng)目的完成過程進(jìn)行展示答辯，教師根據(jù)項(xiàng)目完成情況、團(tuán)隊(duì)合作情況等多方面綜合進(jìn)行點(diǎn)評、打分，形成各階段性成績。

下面以進(jìn)程同步與通信為例，具體說明引入CDIO功能理念后教學(xué)內(nèi)容的具體實(shí)施過程。如表3所示。

5 課程考核評價(jià)

課程考核評價(jià)是一種對課堂以及實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)的重要手段，是教學(xué)過程的基本環(huán)節(jié)。在以往的《操作系統(tǒng)》課程考核過程中，我院均是采用期末試卷的結(jié)果結(jié)合平時(shí)考勤的方式完成，整體側(cè)重對基本理論知識(shí)的考察，而忽略了對工程能力的考核。針對CDIO的培養(yǎng)目標(biāo)要求，改革課程評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。如何充分發(fā)揮考核評價(jià)體系的積極導(dǎo)向作用，是本次課程考核改革的重點(diǎn)。結(jié)合本課程的前期教學(xué)安排，改革后的課程考核評價(jià)可結(jié)合課程實(shí)踐的過程評價(jià)和結(jié)果評價(jià)，進(jìn)而形成開放式、全程化的考評體系。故可將課程總成績分為兩個(gè)部分：形成性考核成績和終結(jié)性考核成績，具體組成如下：

課程總成績（100分）=形成性考核成績（100分×50%）+終結(jié)性考核成績（100分×50%）

其中形成性考核成績占總成績的50%，需要綜合考查學(xué)生平時(shí)出勤、課堂表現(xiàn)、前期5個(gè)實(shí)習(xí)項(xiàng)目作業(yè)等幾部分組成，將學(xué)生自主學(xué)習(xí)等情況能有效地納入考評體系。形成性考核中的各部分分值、考核內(nèi)容及要求如表4所示。

終結(jié)性考核采用傳統(tǒng)卷面的形式重點(diǎn)考查學(xué)生對操作系統(tǒng)基本概念、術(shù)語、基本理論、算法思想、算法運(yùn)用、概念原理的理解、應(yīng)用、分析和綜合能力。要求試卷的知識(shí)點(diǎn)覆蓋面達(dá)到90%。終結(jié)性考核中的相關(guān)要求如表5所示。

以體現(xiàn)CDIO工程能力培養(yǎng)目標(biāo)為宗旨，從內(nèi)容、形式到方法多方面改革課程考核評價(jià)方式，多角度全方位促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力、參與精神和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，進(jìn)而在夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，突出工程能力的培養(yǎng)。

5 結(jié)束語

通過重新梳理操作系統(tǒng)課程教學(xué)目標(biāo)定位，依托CDIO教學(xué)大綱的能力培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)模式，結(jié)合課程本身的特點(diǎn)，優(yōu)化重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，完善課程考核評價(jià)，使學(xué)生在工程實(shí)踐訓(xùn)練中提升創(chuàng)新能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)能力。