“雙一流”背景下地方高校操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革研究

李 娜，李 征，王 鵬，達(dá)列雄，王 磊，2

（1.陜西理工大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西漢中 723000；2.西安理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048）

0 引言

教學(xué)改革的目的是提升教學(xué)質(zhì)量。2017 年，教育部提出積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)。教高〔2019〕8 號(hào)文件中指出，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量。新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作必須深化教育教學(xué)改革，必須把教學(xué)改革成果落實(shí)到課程建設(shè)上。這一系列政策與舉措均體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心、基于產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念，以成果導(dǎo)向教育（outcomes-based education，OBE）理念支持下的課程改革提升教學(xué)質(zhì)量是大有裨益的。

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)類一門很重要的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論和實(shí)踐并重?！半p一流”建設(shè)背景下地方高校培養(yǎng)應(yīng)用型高級(jí)專業(yè)人才的目標(biāo)定位［1］對(duì)操作系統(tǒng)課程教學(xué)提出了新挑戰(zhàn)，因此如何改進(jìn)傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程教學(xué)策略以滿足社會(huì)需要、實(shí)現(xiàn)學(xué)科發(fā)展目標(biāo)并促進(jìn)教學(xué)效果提升成為亟待解決的問(wèn)題。馬宏琳等［2］“以學(xué)為中心”改進(jìn)操作系統(tǒng)教學(xué)范式，建立多維度考核、評(píng)價(jià)和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性能力；曹建芳等［3］以工程教育理念為指引，提出基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的操作系統(tǒng)課程改革方案；周軍海［4］采用翻轉(zhuǎn)課堂、智慧教室、雨課堂等先進(jìn)的教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)施和軟件工具進(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐，取得了較好的實(shí)踐效果。筆者根據(jù)多年操作系統(tǒng)課程教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)策略上進(jìn)行探索，采用線上線下混合教學(xué)模式，實(shí)施科學(xué)課程評(píng)價(jià)，為計(jì)算機(jī)類操作系統(tǒng)一流課程建設(shè)發(fā)揮積極作用。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

操作系統(tǒng)課程是高等院校計(jì)算機(jī)類本科專業(yè)必修課程［5］。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)處于核心位置。作為一門原理性課程，其內(nèi)容繁雜，涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)方面。課程理論性強(qiáng)，概念抽象，其中進(jìn)程、線程、虛擬內(nèi)存是主要三大抽象概念，不易理解。學(xué)生面對(duì)晦澀枯燥的內(nèi)容，學(xué)習(xí)興趣低，不會(huì)學(xué)、學(xué)不懂、更不會(huì)用，形成惡性循環(huán)。但同時(shí)該課程實(shí)踐要求高，教師很難在原理性課程中找到理論與實(shí)踐的平衡，授課難度較大。

1.1 教學(xué)存在的問(wèn)題

陜西理工大學(xué)屬于地方應(yīng)用型本科高校，國(guó)家投入經(jīng)費(fèi)不足。作為教學(xué)主體的老師，高層次人才比較匱乏，教學(xué)壓力大。而作為教學(xué)主體的學(xué)生，也存在諸多問(wèn)題。首先，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和參與度不夠。在教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)目標(biāo)確定、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方式選取大都由教師完成，學(xué)生僅被動(dòng)完成作業(yè)和實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)教學(xué)方法缺乏師生互動(dòng)，沒(méi)有以學(xué)生為中心，忽視了學(xué)生主體作用，學(xué)生學(xué)習(xí)目的僅是為了應(yīng)付期末考試，拿到學(xué)分。這種方式嚴(yán)重制約了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力發(fā)展，也不符合新時(shí)期高等學(xué)校培養(yǎng)服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用型人才目標(biāo)；其次，課程設(shè)計(jì)和教學(xué)沒(méi)有充分考慮學(xué)生個(gè)體差異。采用大班授課，在同樣的教學(xué)方法和進(jìn)度下，教師難以準(zhǔn)確掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)；最后，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合度不夠。僅憑期末筆試測(cè)試難以保證學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

1.2 教學(xué)改革目標(biāo)

一流本科課程建設(shè)明確課程改革的目的是提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型及應(yīng)用型人才。因此，必須對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容等加以改進(jìn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生完成課程內(nèi)容后能達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。

2 課程教學(xué)改革方案

課程改革最終落點(diǎn)是教學(xué)改革，深化教學(xué)改革是提高教育質(zhì)量的核心要義。教學(xué)改革首先需改變教學(xué)觀念，其次改變教學(xué)方式，最后改變教學(xué)評(píng)價(jià)?；谝涣鞅究普n程改革的目的與新工科建設(shè)的主要思想，教育理念需從面向課程的教育（CBE）轉(zhuǎn)向面向產(chǎn)出的教育（OBE）［6］。OBE實(shí)施框架是1 個(gè)三角形［7］，包括1 個(gè)核心目標(biāo)、兩個(gè)重要條件、3 個(gè)關(guān)鍵前提、4 個(gè)實(shí)施原則、5 個(gè)實(shí)施要點(diǎn)，如圖1 所示。

圖1 OBE 三角形實(shí)施框架

其中5 個(gè)實(shí)施要點(diǎn)之一是確定教學(xué)策略。美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Joanssen 博士［8］認(rèn)為教學(xué)策略就是“為實(shí)現(xiàn)既定教學(xué)目標(biāo)而制定的、付諸于教學(xué)過(guò)程實(shí)施的整體方案，它包括合理組織教學(xué)過(guò)程，選擇具體的教學(xué)方法和材料，制定教師與學(xué)生所遵守的教學(xué)行為程序”。其廣義上包括兩個(gè)方面：教的策略和學(xué)的策略。具體涉及教學(xué)理念、教學(xué)資源、教學(xué)方法、授課團(tuán)隊(duì)等要素。

2.1 OBE 教學(xué)理念

在教學(xué)活動(dòng)中，教學(xué)理念貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程。OBE 教育理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)成果，突出以學(xué)生發(fā)展為中心。在操作系統(tǒng)課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)定、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)組織策略、教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)等方面均體現(xiàn)學(xué)生主體地位，并且要確定操作系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)成果，注重知識(shí)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)。圍繞預(yù)期的學(xué)習(xí)效果和教學(xué)評(píng)價(jià)需求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)活動(dòng)等整體規(guī)劃，合理設(shè)計(jì)，如圖2 所示。

圖2 課程教學(xué)改革框架

2.2 教學(xué)內(nèi)容

目前，陜西理工大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)在大三第一學(xué)期學(xué)習(xí)該門課程。在2018 版培養(yǎng)計(jì)劃中，課程組經(jīng)過(guò)多次討論研究定制了操作系統(tǒng)課程目標(biāo)。要求計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生了解操作系統(tǒng)基本概念、作用、特征以及發(fā)展歷史，通過(guò)學(xué)習(xí)可以獲得操作系統(tǒng)基本知識(shí)、基本理論；掌握操作系統(tǒng)四大管理功能以及相關(guān)重要算法，對(duì)如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)功能模塊有直接體驗(yàn)，獲得應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際操作系統(tǒng)問(wèn)題的基本技能，進(jìn)而培養(yǎng)分析、解決復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)問(wèn)題的能力，并為將來(lái)理解算法分析與設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)配置和實(shí)現(xiàn)技術(shù)打下良好基礎(chǔ)。為了便于評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)過(guò)程，課程組將課程總目標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生定制每周知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度安排更為具體。

在學(xué)時(shí)安排上，從14 版計(jì)劃中的48 學(xué)時(shí)變?yōu)?8 版計(jì)劃中的54 學(xué)時(shí)。在教材選取上，使用內(nèi)容豐富、西安電子科技大學(xué)出版社出版、湯小丹等編著的部級(jí)優(yōu)秀教材——《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第四版》。由于本專業(yè)學(xué)生在大三第二學(xué)期會(huì)劃分專業(yè)方向，教師根據(jù)實(shí)際需求，從十二章里選取前九章內(nèi)容，重點(diǎn)學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)引論、進(jìn)程描述與控制、處理機(jī)調(diào)度與死鎖、存儲(chǔ)器管理、虛擬存儲(chǔ)器、輸入輸出系統(tǒng)、文件管理、磁盤存儲(chǔ)器管理及操作系統(tǒng)接口等內(nèi)容。在每章教學(xué)內(nèi)容編排中，由淺入深，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，劃分重點(diǎn)難點(diǎn)，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)能力。

為了使操作系統(tǒng)原理和功能模塊有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，課程組基于Windows 和Linux 平臺(tái)設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中4 個(gè)必做（包含1 個(gè)綜合性項(xiàng)目）、10 個(gè)選做。如進(jìn)程管理這部分，在單處理機(jī)環(huán)境下，在實(shí)現(xiàn)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生很多問(wèn)題。為了便于學(xué)生理解進(jìn)程這個(gè)抽象概念、掌握這些問(wèn)題的基本含義以及直觀解決辦法，在Windows 平臺(tái)上精心設(shè)計(jì)5 個(gè)階梯性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：①列舉系統(tǒng)啟動(dòng)進(jìn)程；②創(chuàng)建子進(jìn)程；③信號(hào)量解決互斥；④信號(hào)量解決同步；⑤進(jìn)程管理。經(jīng)過(guò)兩個(gè)教學(xué)周期的實(shí)踐，學(xué)生在完成5 個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目之后，對(duì)進(jìn)程認(rèn)識(shí)、感受和操控能力有質(zhì)的飛躍。

2.3 線上線下混合式教學(xué)

以提升教學(xué)效果為目的，課程組采用線上線下混合教學(xué)模式。借助Moodle 和超星學(xué)習(xí)平臺(tái)，構(gòu)建操作系統(tǒng)在線課程。在這兩個(gè)平臺(tái)上給學(xué)生提供大量教學(xué)資源。在資源形式上，涵蓋PPT、視頻、動(dòng)畫、習(xí)題集、測(cè)驗(yàn)、留言板等，豐富多樣。在資源內(nèi)容上，增加課程目標(biāo)、教學(xué)大綱、每章的知識(shí)點(diǎn)和學(xué)習(xí)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等，契合課程目標(biāo)。

課前，學(xué)生可通過(guò)平臺(tái)線上課程進(jìn)行預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)任務(wù)由老師在平臺(tái)發(fā)布，具體內(nèi)容和類型由課程組根據(jù)每周學(xué)習(xí)目標(biāo)和知識(shí)點(diǎn)確定。根據(jù)學(xué)生個(gè)體差異，學(xué)生要完成每次預(yù)習(xí)任務(wù)至少需要2 小時(shí)以上。每周理論課學(xué)時(shí)平均為4～6 小時(shí)，這樣就能保證學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)時(shí)間達(dá)到20%。在課堂，采用學(xué)生演講、學(xué)生分組討論、教師講授重難點(diǎn)并點(diǎn)評(píng)的混合方式。在課后，學(xué)生在線上完成作業(yè)、測(cè)驗(yàn)，線下完成實(shí)驗(yàn)。由課前和課后組成的線上學(xué)習(xí)可以借助于超星、微信、QQ 等平臺(tái)進(jìn)行師生互動(dòng)、生生互動(dòng)；由課堂構(gòu)成的線下學(xué)習(xí)，杜絕教師滿堂灌、學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)的現(xiàn)象。

通過(guò)提供豐富多樣的教學(xué)資源，精心的教學(xué)設(shè)計(jì)，采用線上線下混合教學(xué)模式，以學(xué)生為中心，開(kāi)啟學(xué)生主動(dòng)探索的教學(xué)方法提高學(xué)習(xí)效果。

2.4 過(guò)程評(píng)價(jià)制度

以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和專業(yè)志趣為著力點(diǎn)實(shí)施科學(xué)課程評(píng)價(jià)。操作系統(tǒng)課程考核采用5+2+3 模式，同時(shí)關(guān)注過(guò)程和結(jié)果。其中5 是期末考試成績(jī)占比，2 是實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果成績(jī)占比，3 是預(yù)習(xí)效果、小測(cè)驗(yàn)、分組討論成績(jī)占比。不像傳統(tǒng)的一考制決定學(xué)生學(xué)習(xí)成果，該評(píng)價(jià)模式從多方面考慮，只要學(xué)生最終達(dá)到學(xué)習(xí)預(yù)期效果即可。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生線上線下、課堂內(nèi)外的評(píng)價(jià)，強(qiáng)化閱讀量、閱讀能力、實(shí)踐能力的考查，提升課程學(xué)習(xí)的廣度和深度。通過(guò)加強(qiáng)學(xué)生演講、分組討論、實(shí)踐項(xiàng)目等非標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)，提升課程學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)性。

2.5 育人課程思政

習(xí)近平總書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。價(jià)值觀的塑造處于比專業(yè)技能培養(yǎng)更為重要的位置。當(dāng)前，大學(xué)專業(yè)課程教學(xué)教書和育人互相脫節(jié)的現(xiàn)象較為常見(jiàn)。如何將專業(yè)教學(xué)和思政聯(lián)系起來(lái)，立德樹(shù)人，全面滲透到學(xué)校教育教學(xué)全過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀，發(fā)揮課程育人功能，需進(jìn)行積極探索。

課程組挖掘出多個(gè)操作系統(tǒng)課程中的思政部分與專業(yè)教學(xué)有機(jī)融合。譬如，每期第一次課程為學(xué)生講解世界操作系統(tǒng)發(fā)展史。通過(guò)對(duì)當(dāng)前主流操作系統(tǒng)Unix、Windows、Linux 的介紹，分析其特點(diǎn)。微軟Windows 是一款應(yīng)用普及的商業(yè)軟件，但其操作系統(tǒng)內(nèi)核及原理不對(duì)外開(kāi)放。因此，一些先鋒領(lǐng)軍人物開(kāi)辟了另一種新的開(kāi)源操作系統(tǒng)，Linux 操作系統(tǒng)就是其中最有影響力的代表。學(xué)生通過(guò)對(duì)Linux 歷程的感性了解，容易引起共鳴，增強(qiáng)創(chuàng)新意愿。除此之外，教師還可將國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)作為對(duì)比，結(jié)合華為公司鴻蒙操作系統(tǒng)研發(fā)到發(fā)布，借機(jī)對(duì)學(xué)員開(kāi)展思想政治教育和愛(ài)國(guó)主義教育。

3 課程教學(xué)改革與實(shí)踐結(jié)果分析

3.1 學(xué)生在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)與考試成績(jī)統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)系統(tǒng)日志記錄統(tǒng)計(jì)最近兩學(xué)期班級(jí)人數(shù)、學(xué)生在平臺(tái)上學(xué)習(xí)操作的人均次數(shù)、最小和最大次數(shù)，如表1 所示。

表1 系統(tǒng)日志統(tǒng)計(jì)記錄

針對(duì)是否采用線上線下混合式教學(xué)改革與實(shí)踐的學(xué)生進(jìn)行比較分析，對(duì)最近兩學(xué)期、3 個(gè)教學(xué)班的學(xué)生成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括2018-2019-1 學(xué)期，計(jì)算機(jī)1601、1602（線上線下混合式教學(xué)）；2019-2020-1 學(xué)期，計(jì)算機(jī)1701、1702（線上線下混合式教學(xué)）；2019-2020-1 學(xué)期，網(wǎng)絡(luò)工程1701、1702（傳統(tǒng)方式教學(xué)）。

3 個(gè)教學(xué)班級(jí)學(xué)生成績(jī)基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2 所示。

表2 學(xué)生成績(jī)基本數(shù)據(jù)

由以上數(shù)據(jù)可看出2017 級(jí)比2016 級(jí)學(xué)生成績(jī)區(qū)分度更高，線上線下混合式教學(xué)成績(jī)整體高于傳統(tǒng)教學(xué)成績(jī)。

3.2 學(xué)生評(píng)教情況分析

同一位老師近3 學(xué)期操作系統(tǒng)課程學(xué)生評(píng)教情況如表3 所示。

表3 評(píng)教情況

從表3 可以看出，針對(duì)不同的上課學(xué)生，同一位教師的評(píng)教成績(jī)逐步提高。教學(xué)方式改革后，大部分學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，從而教師評(píng)教成績(jī)有大幅提升，說(shuō)明學(xué)生對(duì)課程改革的認(rèn)可。

3.3 課程建設(shè)成果

在2019 年度，課程組申報(bào)了學(xué)校金課并獲批。在此基礎(chǔ)上，操作系統(tǒng)課程于2020 年獲批陜西省線上線下混合式一流本科課程。

4 結(jié)語(yǔ)

課題組以O(shè)BE 教育理念為指導(dǎo)，對(duì)5 個(gè)實(shí)施要點(diǎn)之一的教學(xué)策略進(jìn)行改革，通過(guò)精心組織課程教學(xué)內(nèi)容，采用線上線下混合教學(xué)模式，實(shí)施科學(xué)課程評(píng)價(jià)，并將課程思政融入專業(yè)教學(xué)全過(guò)程，對(duì)陜西理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行兩學(xué)期課程探索與實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果穩(wěn)步提升，教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步提高，課程組在2019 年底獲批操作系統(tǒng)省級(jí)一流課程。

高質(zhì)量的課程是科研與教學(xué)的交匯點(diǎn)，沒(méi)有一流的課程，“雙一流”無(wú)法實(shí)現(xiàn)。對(duì)操作系統(tǒng)課程進(jìn)行教學(xué)改革不是一蹴而就的，還需要教師、學(xué)生和多部門共同努力，努力打造一流精品課程并進(jìn)一步提高本科教學(xué)質(zhì)量。