赋能教育牵引下的“操作系统”课程改革与实践

丛丽晖 董燕举 宗传玉

[摘 要] 分析傳统操作系统教学中存在的问题和不足，以赋能教育为牵引，从课程的教学设计、教学组织、教学评价等方面实施了较为全面的教学改革。明确课程在人才培养体系中的作用和地位，以能力产出为导向设定课程的教学目标，并将其细化、分解为知识点级别的教学要求，指导课堂教学及实践环节的开展。教学过程中，依据科学、精细的课程考核，有效评价教学目标的达成、发现教学中的短板，形成了基于课程目标的“教学—评价—分析—改进”的闭环迭代机制，有效支撑学生解决复杂工程问题能力的培养。

[关键词] 赋能教育;操作系统;复杂工程问题;迭代机制

[基金项目] 2016年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“面向专业素质与能力培养的基础程序设计类课程改革与实践”（辽教发[2016]23号）;2018年度沈阳航空航天大学本科教学改革研究项目“工程教育专业认证背景下基于OBE的持续改进机制建设研究”（JG2018001）

[作者简介] 丛丽晖（1971—），女，山东文登人，硕士，沈阳航空航天大学计算机学院副教授（通信作者），主要从事数据库与数据仓库研究;董燕举（1973—），男，辽宁阜新人，硕士，沈阳航空航天大学计算机学院副教授，主要从事信息检索与自然语言处理研究;宗传玉（1985—），男，山东潍坊人，博士，沈阳航空航天大学计算机学院副教授，主要从事数据清洗与数据溯源研究。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）23-0057-04   [收稿日期] 2021-01-15

一、传统“操作系统”课程教学存在的问题

高等教育人才培养的本质是赋能教育，具体的能力产出包括专业的培养目标（毕业五年左右的预期能力目标）和毕业要求（毕业时应具备的能力要求）。工程教育认证标准的12项毕业要求中，既包括工程知识、问题分析、方案设计、研究、工具使用等技术性能力，也包括工程与社会、环境与可持续发展、职业规范、个人与团队、沟通、项目管理、终身学习等非技术性能力，其中8项涉及“复杂工程问题”[1]，可见，培养学生具备解决复杂工程问题的能力，是本科工程教育的基本定位。

传统的“操作系统”课程教学在设计、组织、实施、评价过程中，存在以下影响赋能教育有效性的问题：（1）教师对课程在培养体系中的作用缺乏全面认识，课程教学目标不够清晰明确;（2）课堂教学注重知识传授，对能力培养的要求不足;（3）实践教学多为经典算法的模拟，缺乏对操作系统内核的剖析;（4）考核评价针对性不足，不能准确评价学生能力达成情况。

二、赋能教育牵引下“操作系统”课程改革

（一）以能力培养为产出，明确课程教学目标

学生解决复杂工程问题能力的培养是通过整个“培养体系”去实现的，需将其分解、落实到人才培养的各个环节中[2]。为建立教学环节与毕业要求之间的对应关系，根据毕业要求的内涵，将其分解成可评价的指标点，并将指标点与课程体系中的教学环节相对应。课程依据所支撑的毕业要求，设计课程的教学目标，并依此开展教学活动、评价教学效果。

“操作系统”课程在计算机相关专业人才培养及课程体系中具有非常重要的地位，是专业的核心课程，对学生的工程知识、问题分析及研究能力培养均提供支撑，课程依据所支撑的毕业要求指标点反向设计课程的教学目标。具体教学目标如下：（1）掌握操作系统的基本概念、基本结构，掌握处理机管理、进程同步、存储管理、文件管理、设备管理等操作系统的实现原理和技术;（2）能够掌握计算机系统软件与硬件资源管理方法与策略，针对计算机软硬件系统中存在的资源分配及合理组织工作流程等问题提出有效的解决方法;（3）能够具有综合运用处理机管理、存储器管理、设备管理的基本原理和技术手段设计常用计算机应用软件的能力，具有对复杂的应用软件进行设计开发的能力;（4）能够基于操作系统的基本原理及内核技术，针对进程管理、内存管理等内容，具有设计实验、分析与解释实验结果数据的能力。

（二）围绕课程目标开展教学活动

课程目标是课程教学后对学生的预期知识掌握及能力要求，故教学中以此为起点设计、组织达成目标所需的教学活动。在课程大纲中明确知识模块下各知识点的基本教学要求及支撑的课程目标，指导教学方法、教学手段、教学案例、课程考核等具体教学活动的组织，形成以知识点教学要求为导向的教案，使每个教学学时都有明确的定位和作用。OBE强调以学生为中心，教学活动的主角不是教师而是学生，教师的主要任务不是讲授知识，而是利用示范、监督、评价、诊断、建设性介入等策略，引导和协助学生达成预期成果[3]。基于这样的思想，“操作系统”课程教学中教师针对课程目标，重点把握课前、课上、课后三个环节组织实施教学活动，具体如表1所示。

（三）针对课程教学目标有效评价能力达成

课程考核的目的是有效评价教学效果是否达到课程目标的要求，故科学、合理、有针对性的考核是课程目标评价的关键。操作系统课程在考核评价时针对课程目标的特点，选择合适的考核内容和考核方式，同时明确考核的目的，指导评分标准的确立，表2为操作系统课程教学目标1的部分期末试题。

三、赋能教育牵引下的实践教学改革

（一）修订实验大纲，更换实验平台

传统操作系统课程实验内容多为操作系统资源管理原理及经典算法的模拟，学生对操作系统内核的实现细节并不清楚，为了提高学生对操作系统内核的理解和分析能力，课程针对linux系统内核的进程管理、进程同步、内存管理、系统调用等内容精心设计实验项目，更新实验教学大纲，并引入基于Linux0.11内核的集成实验环境软件 Linux Lab。依托这一平台提供的图形化方式，显示进程列表、进程控制块、进程运行轨迹、物理内存、二级页表、信号量等重要的操作系统数据，使学生可以通过实验直观形象的观察操作系统内核的运行情况，更加深刻地理解操作系统的原理。