OBE教學(xué)理念在操作系統(tǒng)課程中的應(yīng)用研究

袁競

關(guān)鍵詞：OBE；操作系統(tǒng)；教學(xué)改革

0 引言

教育部高等教育司關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見中指出，要將學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向的理念貫徹到教學(xué)實踐中，提高課程的高階性、創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)性?；诖艘?，在理工類的課程教學(xué)中采用成果或產(chǎn)出為導(dǎo)向的教育理念，即OBE模式，對于培養(yǎng)具備解決復(fù)雜工程問題能力的專業(yè)人才具有重要意義。OBE模式將教育過程中一切活動的組織、實施與評價都聚焦于學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)取得的成果進(jìn)行，其強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，對學(xué)習(xí)成果分析后進(jìn)行教學(xué)活動的反向設(shè)計與開展，使得教學(xué)重點與難點能夠得到充分解析， 從而提高課堂的教學(xué)效率。

操作系統(tǒng)課程是計算機(jī)學(xué)科的專業(yè)核心課程，其所涵蓋的知識范疇較為廣泛，涉及計算機(jī)硬件與軟件的基礎(chǔ)理論知識[1]，課程需要學(xué)生掌握的基本概念、算法原理、系統(tǒng)的工作流程均較為抽象，即便通過課件、視頻等方式展示給學(xué)生，亦無法降低課程較強(qiáng)理論性所帶來的枯燥感，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易失去學(xué)習(xí)興趣，特別是專業(yè)基礎(chǔ)較差、學(xué)習(xí)主觀能動性不強(qiáng)的學(xué)生更易放棄該門課程的學(xué)習(xí)。從專業(yè)培養(yǎng)體系的角度來看，操作系統(tǒng)課程又顯得極其重要，因此提高該課程的課堂教學(xué)效果是計算機(jī)專業(yè)教師所面臨的挑戰(zhàn)，OBE教學(xué)理念的引入則為其提供了改革方向。

1 OBE 教學(xué)理念概述

1.1 OBE 教學(xué)理念的內(nèi)涵

OBE（Outcomes-based Education） 理念是以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育模式，最早由美國學(xué)者Spady在《基于產(chǎn)出的教育模式：爭議與答案》一書中提出，他認(rèn)為OBE教育模式應(yīng)清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng)，使之圍繞確保學(xué)生在未來生活中獲得實質(zhì)性成功的經(jīng)驗。此后經(jīng)歷了十余年的研究與發(fā)展，OBE教育模式逐漸發(fā)展為完善的教育理論體系，成為眾多發(fā)達(dá)國家教育改革的主流理念，并將其貫穿于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。我國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會于2014年頒布了《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》，其中將成果導(dǎo)向教育作為工程教育專業(yè)的實施重點。

OBE教育理念下，教育設(shè)計與教學(xué)活動實施的目標(biāo)是基于學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果而制定的[2]。學(xué)生的學(xué)習(xí)成果包含課程學(xué)習(xí)后需要掌握的知識、運用知識所能解決的問題以及在這個過程中學(xué)生所得到的信心提升，其本質(zhì)也就對應(yīng)了教學(xué)目標(biāo)中知識、技能與素養(yǎng)三個方面。OBE教育模式包含四個操作環(huán)節(jié)：學(xué)習(xí)成果的定義、學(xué)習(xí)成果的實現(xiàn)、學(xué)習(xí)成果的使用以及學(xué)習(xí)成果的評價。學(xué)習(xí)成果的定義即是從學(xué)生所能達(dá)到的學(xué)習(xí)效果出發(fā)定義教學(xué)目標(biāo)；學(xué)習(xí)成果的實現(xiàn)即是進(jìn)行教學(xué)活動的實施，包含內(nèi)容的設(shè)計、進(jìn)度的安排、方法的選擇等；學(xué)習(xí)成果的使用則是進(jìn)行應(yīng)用與實踐學(xué)習(xí)成果，包括教學(xué)實驗以及企業(yè)實踐等；學(xué)習(xí)成果的評價則是結(jié)合成果的實現(xiàn)與使用，衡量學(xué)生最大能力的成果達(dá)成程度。從本質(zhì)上講，OBE教育模式的四個環(huán)節(jié)亦對應(yīng)著工科課程教學(xué)的流程步驟。

1.2 OBE 教學(xué)理念在操作系統(tǒng)課程中應(yīng)用優(yōu)勢

操作系統(tǒng)課程作為計算機(jī)學(xué)科的重要專業(yè)課程，其內(nèi)容涵蓋操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理等，理論性較強(qiáng)，理論知識的講授是教學(xué)活動的主要內(nèi)容。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的預(yù)估、缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的有效評價，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往難以透徹理解課程相關(guān)概念與原理，從而導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)難以實現(xiàn)[3]。另一方面，以教學(xué)進(jìn)程為導(dǎo)向是傳統(tǒng)教學(xué)方法所關(guān)注的，強(qiáng)調(diào)學(xué)生需要按照既定的教學(xué)計劃進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果這一目標(biāo)往往被排在了第二第三位，有時甚至被忽視；傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)強(qiáng)調(diào)的是知識為導(dǎo)向的教學(xué)模式，教師重視的是教學(xué)內(nèi)容的推進(jìn)與實施，學(xué)生重視的則是對課堂教學(xué)內(nèi)容的整理與總結(jié)，而對于知識的運用、學(xué)生相關(guān)能力的培養(yǎng)往往被忽視[4]。

OBE的教學(xué)理念要求教師在教學(xué)活動開展前對學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)時應(yīng)具備的能力有清晰而明確的預(yù)判，然后依此進(jìn)行教學(xué)計劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評價的制定。相較于傳統(tǒng)的以教學(xué)內(nèi)容驅(qū)動的模式，學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果得到了重視，并成為教學(xué)活動設(shè)計與開展的驅(qū)動力。在此理念下，學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評價亦得到了較高程度的重視，從而促使教師更好地優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)與教學(xué)內(nèi)容[5]。

2 OBE 教學(xué)理念在操作系統(tǒng)課程中的應(yīng)用路徑

2.1 層次化教學(xué)內(nèi)容

針對操作系統(tǒng)課程理論性較強(qiáng)，且需要輔以相關(guān)算法驗證系統(tǒng)工作原理及流程這樣的特點，在以學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向這一OBE教育理念下，對課程的內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，并層次化教學(xué)模式，將教學(xué)流程劃分為理論的引入、算法的分析以及算法的驗證三個環(huán)節(jié)。

以進(jìn)程調(diào)度這一小節(jié)的內(nèi)容為例，OBE教學(xué)理念下首先需要預(yù)估學(xué)生在學(xué)習(xí)這一小節(jié)內(nèi)容后所能達(dá)到的最大結(jié)果：掌握常見的進(jìn)程調(diào)度策略、理解進(jìn)程調(diào)度算法選擇時遵從的原則以及進(jìn)程調(diào)度算法之間的比較。根據(jù)對學(xué)習(xí)成果的預(yù)估進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的反向設(shè)計：導(dǎo)入時間片輪轉(zhuǎn)、先來先服務(wù)、短進(jìn)程優(yōu)先、高響應(yīng)比優(yōu)先等調(diào)度算法概念；引入各調(diào)度算法的公平性、響應(yīng)時間、周轉(zhuǎn)時間、系統(tǒng)吞吐量等衡量因素的概念；講解各個衡量因素的計算公式并分析。在這一環(huán)節(jié)中，可以通過分組討論、隨堂練習(xí)等方式，鞏固學(xué)生對于理論知識的理解。第二個環(huán)節(jié)算法分析是承上啟下的步驟，用以聯(lián)系理論知識與實踐操作。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)中理論與實踐往往呈現(xiàn)出一種割裂的狀態(tài)，究其原因是缺乏了從理論到實踐的過渡，即與理論相關(guān)的策略、算法的分析過程，最終導(dǎo)致學(xué)生對理論的理解不透徹難以運用到實踐實驗中、課程的教學(xué)效果不佳。進(jìn)程調(diào)度策略這一小節(jié)的算法分析可以結(jié)合Linux操作系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行，將進(jìn)程調(diào)度的策略使用與具體的操作系統(tǒng)工作聯(lián)系起來?；贠BE的教學(xué)理念，這一環(huán)節(jié)中學(xué)生的學(xué)習(xí)成果可以定義為在理解Linux操作系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)度策略及算法選擇的基礎(chǔ)上培養(yǎng)其分析操作系統(tǒng)源碼的能力。教師可以通過小組任務(wù)、分組討論、撰寫報告的形式落實該小節(jié)的教學(xué)內(nèi)容。算法驗證是建立在算法分析基礎(chǔ)上的實踐環(huán)節(jié)，操作系統(tǒng)課程盡管理論性較強(qiáng)，但終需通過實踐操作以驗證理論的正確性，從而鞏固學(xué)生對理論的理解與記憶。進(jìn)程調(diào)度這一小節(jié)的算法驗證首先可以由學(xué)生通過命令在Linux的終端觀察操作系統(tǒng)的進(jìn)程工作情況，然后利用編程語言實現(xiàn)一個簡單的調(diào)度策略。在這一過程中，通過終端觀察得到進(jìn)程工作的驗證情況是學(xué)習(xí)的首要成果，其次則是通過調(diào)度策略的實現(xiàn)提高學(xué)生的實踐能力。

2.2 混合運用教學(xué)方法

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計，OBE理念下的教學(xué)方式方法也需要做出相應(yīng)調(diào)整。首先在教學(xué)活動的實施上需要突出學(xué)生的主體地位，通過講授、自學(xué)以及助學(xué)的方式進(jìn)行。在基礎(chǔ)理論引入的過程中，有意識地縮短教師重復(fù)講授、知識反復(fù)填鴨的時長，擴(kuò)充算法驗證的時間，給予學(xué)生更多的主動權(quán)與操作實踐，同時在算法分析的環(huán)節(jié)通過提供參考材料、課件輔助的方式提升學(xué)生的主觀能動性，加大學(xué)生在該環(huán)節(jié)自學(xué)的時長，從而促使學(xué)生更為主動地投入到課堂教學(xué)活動中。

在講授和自學(xué)的過程中可以采用多元化的教學(xué)方法進(jìn)行，豐富課堂的教學(xué)形式。在進(jìn)程概念的引入一節(jié)中可以采用問題驅(qū)動的教學(xué)方法，提出“什么是程序，什么是進(jìn)程，兩者區(qū)別有哪些？”這一問題，要求學(xué)生帶著問題通過網(wǎng)絡(luò)查閱相關(guān)資料進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，然后以小組討論的形式進(jìn)行分析與匯總，最終提交小組討論結(jié)果并由教師進(jìn)行總結(jié)評價。問題驅(qū)動法需要圍繞課堂內(nèi)容的重點提前準(zhǔn)備相關(guān)問題，并根據(jù)問題的難易程度以學(xué)生個體自學(xué)或小組學(xué)習(xí)的形式組織開展。在進(jìn)程調(diào)度策略選擇這一小節(jié)中可以采用情景模擬的方法進(jìn)行：CPU對進(jìn)程的處理好比食堂僅有唯一的打菜窗口，先來先處理的方式就是最常見的所有人排列成一隊進(jìn)行等候；短進(jìn)程優(yōu)先的方式則是按照打菜量的多少進(jìn)行分組，兩個菜、三個菜、四個菜的各站一隊，優(yōu)先給打菜少的隊伍服務(wù)；時間片輪轉(zhuǎn)的方式則相當(dāng)于大家站成一隊，打菜窗口移動服務(wù)，一次為每人僅打一個菜，個人需求的菜滿即退出隊伍。情景模擬的方式通過學(xué)生較為熟悉的場景模擬使其較容易理解系統(tǒng)的工作原理，并區(qū)分不同工作策略之間的優(yōu)劣、選擇時應(yīng)優(yōu)先考慮的問題等。在講解死鎖知識點時可以使用任務(wù)驅(qū)動的方式進(jìn)行，布置相關(guān)任務(wù)：1） 尋找死鎖產(chǎn)生的原因和死鎖發(fā)生時必然存在的條件；2） 尋找避免死鎖的方法。任務(wù)驅(qū)動的方式將課程內(nèi)容分解成若干任務(wù)，由學(xué)生通過分組協(xié)作、資料查閱的方式進(jìn)行任務(wù)的解決，從而提高其自主學(xué)習(xí)的能力。

除了講授和自學(xué)外，還可以通過助學(xué)的方式幫助學(xué)生解答學(xué)習(xí)中的困惑。助學(xué)主要幫助學(xué)生解答在算法驗證的操作環(huán)節(jié)中的疑難問題，以及在課后進(jìn)行課程內(nèi)容復(fù)習(xí)鞏固時遇到的尚未理解透徹的知識點。

2.3 多元化的過程性考核

考核是課程教學(xué)的最終環(huán)節(jié)，亦是檢測學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的主要方式。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下考核方式較為單一，主要以平時作業(yè)與最終的期末考試進(jìn)行成績的衡量，其中考試成績是主要組成部分。傳統(tǒng)的考核方式往往忽略學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)表現(xiàn)，更容易忽視學(xué)生的個體情況，例如作業(yè)與考試中常有投機(jī)取巧的學(xué)生存在，考試中也會存在學(xué)生因為某些原因發(fā)揮失常。OBE理念下所注重的學(xué)習(xí)結(jié)果映射在操作系統(tǒng)課程的教學(xué)中則體現(xiàn)為學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)所獲得的能力，其包括對理論知識的理解能力、解決問題的動手能力、小組內(nèi)部的協(xié)作能力等。因此在OBE理念下的課程考核需要教師摒棄傳統(tǒng)的紙質(zhì)化筆試考核方式，通過多樣化的方式對學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程進(jìn)行學(xué)習(xí)結(jié)果的檢測，通過非筆試的方式對學(xué)生的能力提升進(jìn)行考核。

針對操作系統(tǒng)課程的特點以及教學(xué)過程中理論的引入、算法的分析以及算法的驗證三個環(huán)節(jié)，可以將OBE理念下課程的評價劃分為兩部分：理論、實驗，兩部分中的具體能力考核點如表1所示。

理論知識點是理論環(huán)節(jié)考核的主要內(nèi)容，其OBE 理念下的結(jié)果聚焦于學(xué)生的識記、理解、表達(dá)的能力，考核的方式可以采用教學(xué)過程考核與傳統(tǒng)終結(jié)性考核相結(jié)合的方式進(jìn)行。教學(xué)過程考核可以采用隨堂提問、章節(jié)測驗、在線教學(xué)平臺的任務(wù)等形式，將理論知識點融入具體情境的問題中，從而考核學(xué)生的理解與表達(dá)能力；傳統(tǒng)的終結(jié)性考核則可以以名詞辨析的形式，要求學(xué)生對概念或意義相近、易混淆的內(nèi)容進(jìn)行解釋，直接考查學(xué)生識記能力。實驗考核的部分主要在算法仿真驗證以及實驗環(huán)節(jié)進(jìn)行，OBE理念下的結(jié)果聚焦于學(xué)生的動手、協(xié)作、交際以及創(chuàng)新能力，基于實驗操作自身的特性以及實驗結(jié)果的單一性，其考核的方式主要采用過程性考核。動手能力的考核主要以仿真操作和實驗操作的結(jié)果為主，教師可以在操作任務(wù)中設(shè)置多個分步驟結(jié)果的考核點，以記錄成績；協(xié)作能力與交際能力主要考核學(xué)生在小組任務(wù)協(xié)作完成的過程中，與小組其他成員之間的合作情況，可以采用組員互評的方式進(jìn)行；創(chuàng)新能力的考核則考查學(xué)生在實驗操作過程是否能夠?qū)⒗碚撝R融會貫通，提出更簡潔、更優(yōu)化的實驗方案，從而更快捷地得到實驗結(jié)果。理論環(huán)節(jié)與實驗環(huán)節(jié)中各個部分的能力考核，最終按照比例匯總計算得到兩個環(huán)節(jié)的綜合評價得分，課程的最后評價總分則由教師視教學(xué)情況、學(xué)生能力情況，劃分理論與操作兩部分的比重計算得到。

3 結(jié)束語

OBE教學(xué)理念是基于傳統(tǒng)教學(xué)模式的一種創(chuàng)新改革，教學(xué)內(nèi)容的分層優(yōu)化、教學(xué)方法的混合應(yīng)用以及教學(xué)評價體系的優(yōu)化設(shè)置對實際的教學(xué)過程有著提高效果。在操作系統(tǒng)課程的教學(xué)過程中，筆者對計算機(jī)專業(yè)的兩個平行班進(jìn)行了對比教學(xué)。盡管在實踐的初期，學(xué)生有一定的抵觸情緒、教學(xué)的推進(jìn)有一定的困難，但經(jīng)過一段時間的教學(xué)，采用OBE教學(xué)理念的班級在學(xué)習(xí)氛圍、學(xué)習(xí)動力以及最終的考核中均有明顯改善。操作系統(tǒng)課程是一門較為偏重理論的專業(yè)課，對于大部分工科課程而言理論與操作是并重的，將OBE理念引入操作系統(tǒng)課程的教學(xué)是初步嘗試，在其他專業(yè)課中進(jìn)行推廣應(yīng)用是未來需要進(jìn)一步探索的。