賦能教育牽引下的“操作系統(tǒng)”課程改革與實踐

叢麗暉 董燕舉 宗傳玉

[摘 要] 分析傳統(tǒng)操作系統(tǒng)教學中存在的問題和不足，以賦能教育為牽引，從課程的教學設計、教學組織、教學評價等方面實施了較為全面的教學改革。明確課程在人才培養(yǎng)體系中的作用和地位，以能力產(chǎn)出為導向設定課程的教學目標，并將其細化、分解為知識點級別的教學要求，指導課堂教學及實踐環(huán)節(jié)的開展。教學過程中，依據(jù)科學、精細的課程考核，有效評價教學目標的達成、發(fā)現(xiàn)教學中的短板，形成了基于課程目標的“教學—評價—分析—改進”的閉環(huán)迭代機制，有效支撐學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)。

[關鍵詞] 賦能教育;操作系統(tǒng);復雜工程問題;迭代機制

[基金項目] 2016年度遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目“面向專業(yè)素質與能力培養(yǎng)的基礎程序設計類課程改革與實踐”（遼教發(fā)[2016]23號）;2018年度沈陽航空航天大學本科教學改革研究項目“工程教育專業(yè)認證背景下基于OBE的持續(xù)改進機制建設研究”（JG2018001）

[作者簡介] 叢麗暉（1971—），女，山東文登人，碩士，沈陽航空航天大學計算機學院副教授（通信作者），主要從事數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)倉庫研究;董燕舉（1973—），男，遼寧阜新人，碩士，沈陽航空航天大學計算機學院副教授，主要從事信息檢索與自然語言處理研究;宗傳玉（1985—），男，山東濰坊人，博士，沈陽航空航天大學計算機學院副教授，主要從事數(shù)據(jù)清洗與數(shù)據(jù)溯源研究。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）23-0057-04? ?[收稿日期] 2021-01-15

一、傳統(tǒng)“操作系統(tǒng)”課程教學存在的問題

高等教育人才培養(yǎng)的本質是賦能教育，具體的能力產(chǎn)出包括專業(yè)的培養(yǎng)目標（畢業(yè)五年左右的預期能力目標）和畢業(yè)要求（畢業(yè)時應具備的能力要求）。工程教育認證標準的12項畢業(yè)要求中，既包括工程知識、問題分析、方案設計、研究、工具使用等技術性能力，也包括工程與社會、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個人與團隊、溝通、項目管理、終身學習等非技術性能力，其中8項涉及“復雜工程問題”[1]，可見，培養(yǎng)學生具備解決復雜工程問題的能力，是本科工程教育的基本定位。

傳統(tǒng)的“操作系統(tǒng)”課程教學在設計、組織、實施、評價過程中，存在以下影響賦能教育有效性的問題：（1）教師對課程在培養(yǎng)體系中的作用缺乏全面認識，課程教學目標不夠清晰明確;（2）課堂教學注重知識傳授，對能力培養(yǎng)的要求不足;（3）實踐教學多為經(jīng)典算法的模擬，缺乏對操作系統(tǒng)內(nèi)核的剖析;（4）考核評價針對性不足，不能準確評價學生能力達成情況。

二、賦能教育牽引下“操作系統(tǒng)”課程改革

（一）以能力培養(yǎng)為產(chǎn)出，明確課程教學目標

學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)是通過整個“培養(yǎng)體系”去實現(xiàn)的，需將其分解、落實到人才培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)中[2]。為建立教學環(huán)節(jié)與畢業(yè)要求之間的對應關系，根據(jù)畢業(yè)要求的內(nèi)涵，將其分解成可評價的指標點，并將指標點與課程體系中的教學環(huán)節(jié)相對應。課程依據(jù)所支撐的畢業(yè)要求，設計課程的教學目標，并依此開展教學活動、評價教學效果。

“操作系統(tǒng)”課程在計算機相關專業(yè)人才培養(yǎng)及課程體系中具有非常重要的地位，是專業(yè)的核心課程，對學生的工程知識、問題分析及研究能力培養(yǎng)均提供支撐，課程依據(jù)所支撐的畢業(yè)要求指標點反向設計課程的教學目標。具體教學目標如下：（1）掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本結構，掌握處理機管理、進程同步、存儲管理、文件管理、設備管理等操作系統(tǒng)的實現(xiàn)原理和技術;（2）能夠掌握計算機系統(tǒng)軟件與硬件資源管理方法與策略，針對計算機軟硬件系統(tǒng)中存在的資源分配及合理組織工作流程等問題提出有效的解決方法;（3）能夠具有綜合運用處理機管理、存儲器管理、設備管理的基本原理和技術手段設計常用計算機應用軟件的能力，具有對復雜的應用軟件進行設計開發(fā)的能力;（4）能夠基于操作系統(tǒng)的基本原理及內(nèi)核技術，針對進程管理、內(nèi)存管理等內(nèi)容，具有設計實驗、分析與解釋實驗結果數(shù)據(jù)的能力。

（二）圍繞課程目標開展教學活動

課程目標是課程教學后對學生的預期知識掌握及能力要求，故教學中以此為起點設計、組織達成目標所需的教學活動。在課程大綱中明確知識模塊下各知識點的基本教學要求及支撐的課程目標，指導教學方法、教學手段、教學案例、課程考核等具體教學活動的組織，形成以知識點教學要求為導向的教案，使每個教學學時都有明確的定位和作用。OBE強調以學生為中心，教學活動的主角不是教師而是學生，教師的主要任務不是講授知識，而是利用示范、監(jiān)督、評價、診斷、建設性介入等策略，引導和協(xié)助學生達成預期成果[3]?；谶@樣的思想，“操作系統(tǒng)”課程教學中教師針對課程目標，重點把握課前、課上、課后三個環(huán)節(jié)組織實施教學活動，具體如表1所示。

（三）針對課程教學目標有效評價能力達成

課程考核的目的是有效評價教學效果是否達到課程目標的要求，故科學、合理、有針對性的考核是課程目標評價的關鍵。操作系統(tǒng)課程在考核評價時針對課程目標的特點，選擇合適的考核內(nèi)容和考核方式，同時明確考核的目的，指導評分標準的確立，表2為操作系統(tǒng)課程教學目標1的部分期末試題。

三、賦能教育牽引下的實踐教學改革

（一）修訂實驗大綱，更換實驗平臺

傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程實驗內(nèi)容多為操作系統(tǒng)資源管理原理及經(jīng)典算法的模擬，學生對操作系統(tǒng)內(nèi)核的實現(xiàn)細節(jié)并不清楚，為了提高學生對操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解和分析能力，課程針對linux系統(tǒng)內(nèi)核的進程管理、進程同步、內(nèi)存管理、系統(tǒng)調用等內(nèi)容精心設計實驗項目，更新實驗教學大綱，并引入基于Linux0.11內(nèi)核的集成實驗環(huán)境軟件 Linux Lab。依托這一平臺提供的圖形化方式，顯示進程列表、進程控制塊、進程運行軌跡、物理內(nèi)存、二級頁表、信號量等重要的操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)，使學生可以通過實驗直觀形象的觀察操作系統(tǒng)內(nèi)核的運行情況，更加深刻地理解操作系統(tǒng)的原理。