CDIO教學(xué)模式在“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)改革中的應(yīng)用

詹曉娟，姚登舉，周屹

摘 要：操作系統(tǒng)是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，文章從CDIO工程教學(xué)模式的內(nèi)涵入手，分析了操作系統(tǒng)課程教學(xué)中存在的弊端，提出了基于CDIO教學(xué)模式的操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革路徑。實(shí)踐表明，改革后的操作系統(tǒng)課程教學(xué)質(zhì)量較之以前有了明顯的提高。

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；教學(xué)改革；CDIO模式

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2014）11-0032-02

“操作系統(tǒng)”是計算機(jī)和軟件工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其課程特點(diǎn)是概念多且抽象、原理性強(qiáng)，傳統(tǒng)的教學(xué)普遍存在重理論輕實(shí)踐的情況，教學(xué)效果較差[1]。CDIO工程教育模式是當(dāng)今世界高等工程教育研究的最新成果，將CDIO工程教育理念引入到“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)中，通過改革教學(xué)理念、修訂教學(xué)設(shè)計、改進(jìn)教學(xué)方法、增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)等措施，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新意識，使學(xué)生更好地理解和掌握操作系統(tǒng)的基本原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

一、CDIO工程教學(xué)模式的內(nèi)涵

CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）四個英文單詞的縮寫，其核心思想是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”[2]。CDIO以產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)施、運(yùn)行全生命周期為背景的教育理念為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)和獲取工程能力，包括個人的科學(xué)和技術(shù)知識、終身學(xué)習(xí)能力、交流和團(tuán)隊(duì)工作能力，以及在社會及企業(yè)環(huán)境下建造產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力[3]。CDIO教育理念自提出之日起就引起國際工程教育界的高度關(guān)注，2000—2004年，瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院等四所大學(xué)，成立了國際化CDIO合作組織[4]。2006年我國汕頭大學(xué)最先開始在國內(nèi)推進(jìn)CDIO教學(xué)改革并向全國推廣。2008和2010年，國家教育部先后選擇了39所高校進(jìn)行CDIO工程教育人才培養(yǎng)模式改革試點(diǎn)?；贑DIO的課程教學(xué)圍繞學(xué)科進(jìn)行組織，專業(yè)課程之間是相互交叉和相互支持的，知識模塊有機(jī)地融合于特定的工程項(xiàng)目，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下以課堂討論和實(shí)驗(yàn)室操作相結(jié)合的方式進(jìn)行以主動性、實(shí)驗(yàn)性、分組學(xué)習(xí)為特征的學(xué)習(xí)活動。

二、傳統(tǒng)“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)存在的問題

（一）重理論、輕實(shí)踐

“操作系統(tǒng)”課程涉及的概念較多、原理復(fù)雜，傳統(tǒng)的教學(xué)模式受學(xué)時限制，往往把教學(xué)重點(diǎn)放在理論知識的講解上，而忽視了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。通常實(shí)驗(yàn)學(xué)時安排較少，且內(nèi)容多是驗(yàn)證性的。學(xué)生在課堂上對于理論知識理解并不透徹，而實(shí)驗(yàn)只是簡單地運(yùn)行一下現(xiàn)成的程序。學(xué)生懷著“以后也不會去做操作系統(tǒng)”的心理，缺乏學(xué)習(xí)興趣和動力，難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

（二）教學(xué)內(nèi)容孤立，缺少知識間有機(jī)融合

“操作系統(tǒng)”是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的課程，和程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成原理等課程有著密不可分的聯(lián)系。傳統(tǒng)的“操作系統(tǒng)”教學(xué)往往就操作系統(tǒng)講“操作系統(tǒng)”，學(xué)生對著繁雜的概念很難理清其中的頭緒。要使學(xué)生建立起系統(tǒng)的概念，就需要融合相關(guān)的知識，從系統(tǒng)開發(fā)的角度剖析操作系統(tǒng)原理，才能更好地理解操作系統(tǒng)的精髓。例如，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程中的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法，對于學(xué)習(xí)和理解操作系統(tǒng)具有重要的影響。

（三）課程教學(xué)脫離實(shí)際應(yīng)用，缺乏對學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新興趣的培養(yǎng)

操作系統(tǒng)是計算機(jī)的心智，其工作原理和概念體現(xiàn)了人類智慧和人生哲學(xué)，比如排隊(duì)理論、“懶人”哲學(xué)、銀行家算法等等。傳統(tǒng)的教學(xué)往往脫離操作系統(tǒng)的應(yīng)用背景——即人類發(fā)明的體現(xiàn)人類智慧的為人服務(wù)的軟件系統(tǒng)——來孤立地講授操作系統(tǒng)概念，導(dǎo)致學(xué)生感覺操作系統(tǒng)是一門非?？菰锏恼n程，失去了學(xué)習(xí)的興趣，從而影響教學(xué)效果。

三、基于CDIO的“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)改革路徑

傳統(tǒng)的“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。借鑒CDIO工程教育理論，對“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)進(jìn)行全方位的改革，是一項(xiàng)有意義的工作。筆者近年來對CDIO工程教育模式進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并應(yīng)用于“操作系統(tǒng)”教學(xué)實(shí)踐中，取得了較好的效果。

（一）轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，變革教學(xué)模式

培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力是工科學(xué)生的核心教學(xué)目標(biāo)。CDIO的核心理念是“做中學(xué)”，為此，我們積極引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變把考試看作是課程學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)的錯誤觀念，課堂教學(xué)模式由以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心。具體來說，在整個課程教學(xué)過程中，以Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核為教學(xué)案例，圍繞操作系統(tǒng)的相關(guān)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，開展項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)實(shí)踐活動。課堂上，教師減少理論授課內(nèi)容，組織學(xué)生開展研討式的學(xué)習(xí)活動，引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)設(shè)計的角度，去認(rèn)識、理解操作系統(tǒng)，進(jìn)而以項(xiàng)目小組的形式，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)習(xí)的知識自己構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)并運(yùn)作一個系統(tǒng)原型。這種項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)方式要求教師和學(xué)生在課下都要進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，通過自主研發(fā)和團(tuán)隊(duì)競爭的方式，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造力，同時加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、溝通交流能力與團(tuán)隊(duì)合作精神。

（二）優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，增強(qiáng)課程知識間的融合

“操作系統(tǒng)”作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，與程序設(shè)計、計算機(jī)組成原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件體系結(jié)構(gòu)等課程有著密不可分的聯(lián)系。同時，操作系統(tǒng)的基本原理體現(xiàn)了人類處理問題的思維方式和方法，是人類管理方式的機(jī)器體現(xiàn)。基于系統(tǒng)性和模塊化的思想，我們對原有的“操作系統(tǒng)”教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化，將課程知識點(diǎn)整合成進(jìn)程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理、系統(tǒng)接口等五大知識模塊，并增加了不同模塊和相關(guān)課程之間的聯(lián)系，結(jié)合實(shí)際使用的操作系統(tǒng)，在授課時讓學(xué)生了解相關(guān)知識的來龍去脈和應(yīng)用場合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中在頭腦里始終保留一個實(shí)際的操作系統(tǒng)輪廓，增強(qiáng)系統(tǒng)的完整性和形象性，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。

（三）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，推進(jìn)理論與實(shí)踐相結(jié)合endprint

興趣是最好的老師，實(shí)踐是最好的學(xué)習(xí)方法，實(shí)踐教學(xué)對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)有著極其重要的作用。在實(shí)踐教學(xué)過程中，以CDIO理念為指導(dǎo)，采用算法模擬和功能模塊替換的方式使學(xué)生加深對操作系統(tǒng)基本概念的理解。算法模擬選取課程中的典型算法，如FCFS算法、讀者寫者問題、頁面置換算法等，要求學(xué)生課下搜集資料，自己實(shí)現(xiàn)或改進(jìn)已有算法，在實(shí)驗(yàn)課上對模擬算法進(jìn)行驗(yàn)證。功能模塊替換方式以Linux操作系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)平臺，讓學(xué)生課下閱讀真實(shí)的系統(tǒng)代碼，在理解相關(guān)功能模塊的實(shí)現(xiàn)原理后，用自己設(shè)計的功能模塊替換其中相應(yīng)的功能。通過這種方式，改變了以往學(xué)生只讀別人程序，不自己動手編寫程序的習(xí)慣，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和專業(yè)自信。為了激發(fā)學(xué)生的積極性，學(xué)生的研究成果將計入平時成績中。

（四）優(yōu)化教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量

有效的教學(xué)方法是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的手段。要改變過去“灌輸式”、“填鴨式”的教學(xué)方法，積極推行“研討式”、“問題驅(qū)動”、團(tuán)隊(duì)協(xié)作式的方式方法。充分利用課上課下兩個學(xué)習(xí)空間，發(fā)揮組內(nèi)組間兩種交流途徑，本著“因人制宜、因材施教”的原則，讓每一個學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中都能找到適合自己的角色，調(diào)動每一個學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。積極開展案例教學(xué)，在基本指令、功能命令、程序模塊、系統(tǒng)設(shè)計等層次上設(shè)計與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的項(xiàng)目案例，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察操作系統(tǒng)中某些特定的運(yùn)行現(xiàn)象來體會操作系統(tǒng)原理。

（五）改革考核方式，注重能力考查

傳統(tǒng)的“操作系統(tǒng)”課程偏重理論知識考核。為了鼓勵學(xué)生積極動手實(shí)踐，我們改革了課程考核方式，將分析解決問題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等列入成績的評定指標(biāo)中。調(diào)整期末考試和平時成績的比例，分別占60%和40%。調(diào)整平時成績的考核指標(biāo)，從學(xué)習(xí)態(tài)度、應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、個人修養(yǎng)等四個方面進(jìn)行評定，評定方式采取組內(nèi)自評、組間互評和教師評價相結(jié)合的方式。通過考核方式改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生從單純學(xué)習(xí)理論知識轉(zhuǎn)向理論與實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

CDIO教學(xué)模式在強(qiáng)調(diào)理論基礎(chǔ)的同時，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作、創(chuàng)新思維、系統(tǒng)設(shè)計、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等綜合能力。本文針對傳統(tǒng)的“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)過程中存在的問題，提出將CDIO理念引入到“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)中，從改革教學(xué)理念、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、改進(jìn)教學(xué)方法、改革考核方式等方面介紹了教學(xué)改革的有效措施，取得了很好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊柳，胡志剛.面向CDIO的“操作系統(tǒng)”教學(xué)改革探討與

實(shí)踐[J].計算機(jī)教育，2009，（14）.

[2]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程

教育研究，2008，（3）.

[3]顧學(xué)雍.聯(lián)系理論與實(shí)踐的CDIO[J].高等工程教育研

究，2009，（1）.

[4]高雪梅，孫子文，紀(jì)志成.CDIO方法與我國高等工程教

育改革[J].江蘇高教，2008，（5）.endprint