CDIO工程思想在操作系统课程中的应用研究

郑浩 马丽 乔荣宁 周慧敏

摘要：通过梳理课程教学目标定位，依托CDIO教学大纲设计课程教学目标，结合课程本身的特点，优化重构教学内容；通过基本原理、设计思想、Linux具体实现技术、实习项目四个环节将基础知识、个人能力、团队协作与社会环境融合在一起，制定课程的教学实施方案；以体现CDIO工程能力培养目标为宗旨，从内容、形式到方法多方面改革课程考核评价方式。多角度全方位促进学生实践能力、参与精神和动手能力的培养，进而在夯实专业基础知识的同时，突出工程能力的培养。

关键词：CDIO；操作系统；课程改革

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）12-0089-03

1课程教学目标定位

操作系统是软件工程专业重要的专业课程。本课程的目的和任务是使学生全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程。使学生系统科学地受到分析問题和解决问题的训练，提高运用理论知识解决实际问题的能力。

本课程的教学基本目标：是使学生理解操作系统基本原理，并在此基础上培养学生实际动手编程能力。具体从知识目标、能力目标和素质目标三个方面描述。

1）知识目标

（1）理解操作系统的基本原理、组成、基本概念和主要功能；

（2）基本掌握常用算法；

（3）掌握常用操作系统的基本操作以及基本配置；

（4）了解API函数的简单应用。

2）能力目标

（1）熟练使用计算机操作系统；

（2）能够解决一些简单的应用问题；

（3）了解计算机操作系统设计技巧。

3）素质目标

（1）初步具备辩证思维的能力；

（2）具有热爱科学，实事求是的学风和创新意识、创新精神；

（3）加强职业道德意识。

2 依托CDIO教学大纲设计课程教学目标

CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）教学大纲通过便于理解并实施的清晰完整、系统详细的工程教育目标，使工科教师能够合理设计课程计划并完成课程评估。

教学大纲的第一部分首先对技术学科知识的教学效果进行说明。第二部分对个人的学习效果进行说明。第三部分对人际协调能力的学习效果进行说明。第四部分对构建产品过程和系统的能力进行说明。

结合《操作系统》课程的特点，在CDIO教学大纲基本要求的基础上，课程设计总体思路如下：

（1）以"够用、适用、实用"为目标设计课程教学内容。

（2）考虑后续课程需要，突出重点，强化专业应用。

（3）注重课堂教学互动，老师为主导，学生为主体，引导学生积极思维，培养学生的学习能力。

（4）注重培养学生分析问题、解决问题的能力和自学能力。

综合考虑之前分析的《操作系统》课程目标，依托基于CDIO教学大纲完成的课程设计总体思路，具体选取的基本要求点如表1所示。

3 优化课程内容

《操作系统》课程在我院的教学安排涉及多个专业和方向，但由于各专业方向的培养目标不尽相同，课程本身又具有内容多、偏重理论、知识抽象等特点，学生对理论性课程缺乏动力和兴趣。要想达到课程的培养目标，首先要根据授课学生层次，并参考课程教学大纲安排等因素，优化课程内容，将学生带入课程教学过程中。通过对课程已有内容进行分析，将其分为6个部分：绪论、处理机管理、进程同步与通信、存储管理、设备管理和文件管理，下面以进程同步与通信为例，给出该章具体内容安排，如表2所示。

4 引入CDIO工程理念课程实施安排

针对优化的教学内容，在介绍构思基本原理（C）、设计思想（D）的基础上，分析Unix操作系统的主要数据结构和算法，通过其具体实现技术（I）来体现操作系统的基本原理和设计思想，最后通过章节实习项目（O），将基础知识、个人能力、团队协作与社会环境融合在一起。在完成章节实习项目时，要求学生按照软件开发生命周期的基本原理来实施整个过程，注重团队精神和团队合作能力的培养，鼓励学生成立项目小组（每组6人左右），在完成项目开发的同时，进行团队管理。项目的完成必须经历CDIO四个阶段。

（1）构思性实践（C）：构思自己要研发的项目。其主要形式是对项目进行分析，形成基本感性认识，并开始进行项目的构思和可行性研究。本阶段的形成性成果包括可行性分析（研究）报告（FAR）和软件需求规格说明（SRS）。

（2）设计性实践（D）：完成软件系统的设计。通过实践，使学生进一步掌握相关知识（进程管理、存储管理、文件管理、设备管理）的基本原理、方法、技术，并能够根据所学的知识，来设计类似的系统。本阶段的形成性成果为软件（结构）设计说明书（SDD）。

（3）实现性实践（I）：运用程序开发相关技术工具将上一阶段的设计结果加以完全实现，着力培养学生的务实精神、工程能力和团队精神。本阶段的形成性成果包括软件测试报告（STR）、软件产品规格说明（SPS），以及全部源代码。

（4）运作性实践（O）：本阶段要求每一个小组通过市场调研分析，通过建立应用营销以及服务渠道，对所开发出的系统进行实际应用。对于实在难以开展实际应用的项目要求建立模拟应用环境，实施模拟应用。运作型实践是四层实践中最难的部分，其主要目的是让学生了解市场，培养学生的务实精神和实际工作能力。本阶段的形成性成果为软件产品运作总结。

（5）项目验收、点评。要求学生对项目的完成过程进行展示答辩，教师根据项目完成情况、团队合作情况等多方面综合进行点评、打分，形成各阶段性成绩。

下面以进程同步与通信为例，具体说明引入CDIO功能理念后教学内容的具体实施过程。如表3所示。

5 课程考核评价

课程考核评价是一种对课堂以及实践教学质量进行检验的重要手段，是教学过程的基本环节。在以往的《操作系统》课程考核过程中，我院均是采用期末试卷的结果结合平时考勤的方式完成，整体侧重对基本理论知识的考察，而忽略了对工程能力的考核。针对CDIO的培养目标要求，改革课程评价标准势在必行。如何充分发挥考核评价体系的积极导向作用，是本次课程考核改革的重点。结合本课程的前期教学安排，改革后的课程考核评价可结合课程实践的过程评价和结果评价，进而形成开放式、全程化的考评体系。故可将课程总成绩分为两个部分：形成性考核成绩和终结性考核成绩，具体组成如下：

课程总成绩（100分）=形成性考核成绩（100分×50%）+终结性考核成绩（100分×50%）

其中形成性考核成绩占总成绩的50%，需要综合考查学生平时出勤、课堂表现、前期5个实习项目作业等几部分组成，将学生自主学习等情况能有效地纳入考评体系。形成性考核中的各部分分值、考核内容及要求如表4所示。

终结性考核采用传统卷面的形式重点考查学生对操作系统基本概念、术语、基本理论、算法思想、算法运用、概念原理的理解、应用、分析和综合能力。要求试卷的知识点覆盖面达到90%。终结性考核中的相关要求如表5所示。

以体现CDIO工程能力培养目标为宗旨，从内容、形式到方法多方面改革课程考核评价方式，多角度全方位促进学生实践能力、参与精神和动手能力的培养，进而在夯实专业基础知识的同时，突出工程能力的培养。

5 结束语

通过重新梳理操作系统课程教学目标定位，依托CDIO教学大纲的能力培养目标和教学模式，结合课程本身的特点，优化重构教学内容，完善课程考核评价，使学生在工程实践训练中提升创新能力、团结协作能力和专业知识的学习能力。