冯诚 夏添 景维鹏

摘    要：文章从培养学生系统能力角度出发，在分析传统“操作系统”课程教学基础上，针对当前操作系统课程难以促进学生深入理解课程内核的这一瓶颈问题，提出了基于学习产出理念综合利用线下线上资源的创新性教学改革模式，设计了系统性模块化教学内容和全覆盖的知识体系，阐述了操作系统线下线上混合教学改革方案并说明实践的初步成效。

关键词：OBE;混合教学模式;操作系统;教学改革

中图分类号：G642          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2021）07-0055-02

“操作系统”课程作为计算机科学与技术、软件工程、物联网等计算机类专业的核心课程，一直受到国内外计算机专业教师的高度重视。“操作系统”课程作为连接计算机系统硬件与软件的纽带，包含了学生对计算机系统能够深入理解的众多核心技术要点。传统的“操作系统”课程教学，一般是将操作系统的主体内容分为处理机管理、内存管理、文件管理、IO管理等几部分，再在每部分引入基本概念的同时介绍一些分配调度算法和技术。传统的教学模式虽然可以使学生系统性掌握操作系统的一些基本概念和算法，但无法与实际操作系统紧密联系起来，学生无法有目的、有针对地获取知识和技术。究其原因在于传统的教学模式主要基于教材、参考书等，可利用的资源极其有限，而在当代，互联网给我们提供了海量的学习资源，将这些资源有效利用可以调动学生学习自主性，改良教学模式，进而提高教学效果。因此笔者基于学习产出的教学模式（Outcome-Based Education，以下简称“OBE”），针对操作系统课程将线下线上资源进行梳理整合，提出了线下线上混合式教学改革方案[1]。

一、OBE理念

OBE理念最早产生于欧美教育体系中。OBE即基于结果的教育，也称为基于标准的教育，是一种以目标为基础的教育理论。在教育经历结束时，每个学生都应该达到目标。OBE中没有单一指定的教学或评估风格。相反，课堂教学和评估都应该帮助学生达到指定的结果。教师会根据目标结果扮演教练、培训师、辅导员或指导者的角色。因此，基于OBE的教学模式打破了传统的提供式教学方式，鼓励学生提出想要学习的内容和期待得到的结果。

二、线下线上混合教学模式

线上线下混合教学模式即采用传统课堂与在线课程相结合的教学方式[2]，教师在课程中进行引导式教学，调动学生自主学习，通过互联网查找资料，对知识进行整合运用，进而完成教学目标。这种新型教学模式有利于实现OBE教学理念，将传统教学模式中学生被动接收知识转化为学生主动学习，培养学生自我学习能力、整合知识能力以及实践应用能力。线下线上混合教学模式通常包括线下课堂讨论、线上开展学习、线下实践操作以及线上练习巩固四部分内容[3-4]。

（一）线下课堂讨论

教师组织开展课堂活动，通过引导式发问，学生讨论将学习目标中的难点、重点明确化，设立线上学习的小目标点。这里的课堂讨论与传统课堂有很大不同，主要在于传统课堂核心是讲解知识，而这种教学模式中的课堂核心是提出问题，并通过学生自主讨论和教师引导形成知识脉络，因此这种教学模式的课堂内容决定了课堂形式更加灵活，也更能调动学生学习的积极性。

（二）线上开展学习

线上学习部分主要是学生利用课程的电子资源以及互联网资源，查找并整合知识。线上开展学习具有诸多优势，如不受时间、场地限制，学习自主性、目标性更明确，可进行个性化学习，课程资源丰富，锻炼查找筛选信息的能力等，因此线上学习将成为未来教育的发展方向。

（三）线下实践操作

通过实践检验，学生将学习到的知识综合利用，达到学以致用的目的。尤其是对于需要软硬件相结合的课程内容，教师线下提供相应的教学资源，组织教学活动以开展课程实验实践，进而促进学生充分理解学习内容并融会贯通。

（四）线上练习巩固

线上练习是学生在网上开展模拟测试训练。线下实践通常会受到教学时间、场地等限制，因此学生通过线上的模拟实验测试可以加强对课程知识的学习和理解，从而达到学习目标。

三、“操作系统”课程教学改革方案

（一）教改思路

笔者所在院校于2016年启动工程教育专业认证工作[5]，对课程体系、教学内容进行了系统的规划梳理。因此“操作系统”课程教学改革的思路是基于OBE理念，以工程教育专业认证要求为导向，参考其他高校相关专业的培养方案，对“操作系统”课程的教学内容和方式进行系统性梳理，在此基础上再结合本校实际情况进行个性化设计。

（二）教学方式

OBE理念最核心的点就是调动学生的主观能动性，因此在教学方式上考虑基于线下线上混合的教学模式，具体针对“操作系统”课程的教学方式改革如下。

首先，将采用课程讲授为主的传统教学模式转化为线下线上混合教学模式。传统教学模式的优点是高效利用课堂时间传授大量知识，学生对该教学模式也較为适应。但在传统教学模式中学生处于被动接受状态，教师处于主动输出状态，知识的有效传授需要学生注意力高度集中，同时学生还需要具备同教师教授速度相匹配的思维理解速度，当采用线下线上混合教学模式时，学生的积极性被充分调动，同时学生可以自主控制学习的时间和速度，进而更加高效且有目的性地学习。具体而言，将操作系统课程的授课学时进行划分，1/3学时为引导式课堂讨论，1/3学时为线上自主学习，1/3学时为线下实验。通过引入线上学习，给学生更大的自主空间，使其主动摄取知识。对于实验部分，引入助教机制，助教采用线上答疑和线下验收相结合的方式，更及时地指导和帮助学生解决课下实验过程中遇到的问题。

其次，学生在课程教学过程中的学习状态往往会影响教学效果。部分通过考前突击获得学分的学生往往对所学知识掌握不牢，逻辑思维和系统能力也没有得到很好的锻炼和提升。针对学生突击考试的问题，在教学过程中引入阶段性评测，将传统的期末一次性考核分散到多个时间节点，使得学生在整个教学过程中保持紧张有序的学习状态。

最后，实验部分加大难度，增加设计性和综合性实验。由于实验学时有限，因此课上的任务主要是布置实验内容，引导学生的实验思路，实验的核心部分需要学生利用课下的时间进行，课下结合助教的在线答疑，保证实验任务顺利完成。在实验部分，引入Linux源码和Android源码的阅读、分析及改造内容，将课程中原理性知识应用在实际的操作系统中，使学生更加深入地理解原理性内容。

（三）教学内容

传统的操作系统教学内容各部分相对清晰独立，学生很难建立对操作系统的整体认识。为建立操作系统的整体概念，笔者基于OBE理念，从引导性问题出发，对“操作系统”课程内容进行如下两方面改革。

首先，引入国内外两本教学参考书：汤小丹编著的《计算机操作系统》和彼得·贝尔·高尔文（Peter Baer Galvin）编著的《操作系统概念》。这两本教材起到互补作用，既介绍操作系统的基本概念、原理，又涉及操作系统实践部分的内容。综合两本参考书的内容，教研团队进行整合教学内容如下。

1.操作系统引论。内容：操作系统原理课程的学习目的和意义，操作系统的定义、地位、作用、形成与发展、特征、功能以及分类。

2.进程管理。内容：进程的基本概念、进程的特征与状态、进程控制块的结构、进程控制原语、进程同步的基本概念、信号量机制及其应用、经典同步问题、管程机制，进程通信方式以及线程的基本概念、线程的同步和通信。

3.处理机调度与死锁。内容：高级、中级和低级调度，调度队列模型、选择调度策略的准则，先来先服务、短优先、高优先权、基于时间片的轮转调度算法，产生死锁的必要条件，预防和避免死锁的方法。

4.存储器管理。内容：存储管理的任务与功能、程序的链接方式、程序的装入方式;单一连续区管理、固定式分区管理、可变式分区管理，页式管理的原理、数据结构、分配及回收算法、地址变换和保护、性能评价，段式管理的原理、实现方法、保护与共享、性能，段页式管理原理、实现方法、保护与共享、性能，虚拟存储管理系统的概念、请求式分页管理的内存分配策略和分配算法、调页策略、页面置换算法，请求式分段管理的内存分配策略和分配算法。

5.設备管理。内容：I/O系统的组成、设备分类、设备管理的任务与功能、缓冲技术、设备的分配与回收、虚拟设备技术、设备处理过程、磁盘存储器管理。

6.文件管理。内容：文件与文件系统的概念、文件类型、文件系统模型、文件的逻辑结构和物理结构，文件目录管理技术、文件存储空间的管理、文件共享与保护。

其次，实验部分。将原有的验证性实验改造为部分综合性实验。实验教学设计8学时，具体内容为Linux系统的安装及基本指令使用;Linux下C语言的基本编程;进程同步与通信;经典进程同步问题的实现。通过实验训练将所学理论知识与工程运用有机结合，对课程中所学的操作系统基础知识、进程的概念、并发、共享、同步、经典进程同步问题的求解等理论知识及技术进行应用和验证;熟练掌握操作系统环境与开发工具，锻炼学生的实践能力，启发学生对所学的操作系统原理知识进行深入思考，达到理论联系实际的教学效果。

四、结论

基于OBE理念线下线上混合教学模式实现了教学内容的优化、教学方式的改进和教学效果的提升。将该模式用于“操作系统”课程这类计算机专业核心课程，对于计算机专业教育的工程教育专业认证工作的实现具有较好的借鉴作用。笔者从OBE理念和线下线上混合教学模式出发，对教学改革的思路、教学方式的改革和教学内容的改革进行阐述。在实际运用中，学生反映学习过程有难度，花费时间较长，但收获更多，总体上教学效果比较显著。

参考文献：

[1]赵健.OBE理念下理工科实践教学研究[J].教育评论，2019（2）.

[2]董文永，邵艳玲，刘树波，等.基于深度学习策略的算法设计    分析类课程线上线下混合教学设计[J].计算机教育，2019（2）.

[3]刘嘉.“新工科”背景下地方高校操作系统课程改革的探    索[J].软件导刊（教育技术），2019（5）.

[4]金虎.课程思政的探索与实践——以“操作系统”课程    为例[J].黑龙江教育（理论与实践），2020（1）.

[5]蒋宗礼.推进专业改革，提高办学水平[J].计算机教育，2009（16）.