“以学为中心”改革操作系统教学范式的探索实践

马宏琳，阎 磊，于俊伟

（1.河南工业大学 信息科学与工程学院，河南 郑州 450001；2.河南工业大学 标准化与质量检测中心，河南 郑州 450001）

0 引言

操作系统原理课程是计算机类专业最重要的专业基础课、核心主干课之一，在计算机知识结构中有着非常重要的地位和作用[1]。该课程不仅对理论知识和实践能力的要求都很高，而且也融合了计算机技术和互联网技术，具有前沿性和时代性的特点。因此，该课程要摒弃传统的单纯性知识记忆理解的教学模式，要以提升课程的“高阶性、创新性、挑战度”（由教育部高教司司长吴岩提出）为方向，打造个性化学习课堂，着力培养学生创新性能力，探索实践“以学为中心”的教学模式，才能更好地激发学生的学习兴趣，体会学习乐趣，获得学习的成就感和幸福感。

1 “以学为中心”的教学理念

德国哲学家雅斯贝尔斯曾说：“教育——满足学生精神需求与灵魂升华。教育也是对人的灵魂的教育，而非理性知识的堆积。真正的教育是用一棵树去摇动另一棵树，用一朵云去推动另一朵云，用一个灵魂去唤醒另一个灵魂。”

“以学为中心”，首先体现了教育过程中，教师与学生的平等地位，教师真正成为学生的良师益友；其次，体现了以学习为中心的思想[2]，培养学生自主学习、主动学习、终身学习的能力；第三，体现了以学习效果为中心的思想。把学习效果作为判断教学成效的依据，并建立有效的反馈和持续改进机制，不断完善教学过程，形成螺旋式的上升发展趋势；最后，体现了以学生发展为中心的思想。以促进学生全面发展为目标，深入挖掘学生自身的学习潜力和能力，增强学习的信心，形成对自身学习能力和认知能力的再认识，获得学习成就感、幸福感。

“以学为中心”，强调了教学双方地位均等的自由探索模式，不强调固定的教学形式。教师通过设计无止境的追问让学生感到自己对真理的渴求，在教师的反问、启发、引导下，唤起学生的自我意思，从而在自我顿悟中了解事物的本质，获得真理。因此，在“以学为中心”的教育理念指导下，传统的知识传授型课堂教学已无法满足要求，也对教师提出了更高的要求。要以全新的方式对学生进行科学知识的传授、逻辑思维和创新性能力的培养，形成自我意识，敢于批判、发现、探索、创新，进一步培养学生终身学习的能力。教师是课堂教学的设计者、引领者、合作者、支持者、鼓励者。要求教师必须有准备地与学生进行交流。那么在上课前的备课阶段，教师需要花费更多的精力，精心设计每堂课的教学过程，启发引领学生带着一连串的问题，通过一定的策略，引导学生走入课堂的情景设计中。教师在与学生的交流过程中更重要的是不断地去启发、引领学生进行思考，以及创新性的学习。教学过程中，教师要尊重学生学习方式的多样性，允许学生个性化安排学习内容、方式、节奏和过程等。

2 操作系统原理课程“以学为中心”的教学范式改革

针对操作系统原理课程的特点，对课堂教学的具体设计包括5 个方面——自主学习、研学讨论、点拨总结、创新实践、改进提高。通过5 部分的环环相扣，指导学生完成知识、能力和素质的有机融合与提高。

（1）自主学习环节。教师的任务，根据课堂的教学目标和主题，设计并布置自学任务，让学生通过预习的方式完成，引导和培养学生建立自学学习习惯。在自学环节中，学生的任务是要学会知识的整体感知，会自主预习、自主学习，能够创造性地提出问题，进一步完成整体性和前瞻性研究，掌握学习方法。知识预习是本环节必不可少的内容，布置的预习内容可以分为两类。

第一类：认知型题目，重在关注学生对理论基础的基本理解记忆。该类内容，在课堂教学的预习测试中，通过设定认知型题目，并借助“雨课堂”“课堂派”等工具检测学生对基本理论、定义和原理的掌握情况和预习效果，获取相关数据。

第二类：文献研究型题目。该类型题目要结合实际应用领域的操作系统，重在培养学生对文献检索、总结归纳、论文撰写、语言表达等的能力。通过以下类型的题目，如嵌入式Linux 操作系统发展综述、人工智能领域中操作系统的发展、云计算中操作系统的应用、物联网+时代的操作系统发展等，学生充分利用网络资源和图书馆资源，自主学习，主动完成。在课堂教学的预习检测中，通过让学生提交自学报告、制作PPT课件并汇报展示等方式检测此类题目的学习效果。该类题目同时也反映了一定的前沿性和时代性特点，通过互动的教学形式，展示学生探究性和个性化的学习成果。

（2）研学讨论环节。在此环节中，采用问题驱动、合作学习、交流汇报的方式。在教师的引导和安排下，抛出问题，师生一起讨论，最终学生给出解决方案和答案，评价研讨结果，完成研讨的目标。在具体的实施中，首先，教师要明确本次讨论的主题，明确讨论的目标；其次，教师要负责科学分组，组内成员要合理分工，并集体讨论制定明确的操作和讨论细则；第三，教师要把握好课堂进度和时间，引导学生通过不同形式分享研讨成果，如演讲、交流、分享经验、答辩等形式，加强交流、对话和成果展示；最后，教师要鼓励学生各抒己见，参与发言，通过学生间的相互点评，评价研讨结果，对研讨过程进行升华和总结。例如，在讲授“进程的概念”时，可以组织学生分组讨论，程序的顺序执行、并发执行可能产生的不同结果是什么，以及为什么进程的无序并发会造成的程序执行结果的不可再现？通过分组讨论及总结，让学生进一步加深了解进程并发的意义和实质。

（3）点拨总结环节。在此环节是以教师为主体的教学活动。教师根据研讨情况和课堂主题，以教学目标的实现为导向，就各小组的研讨结果做出评价、指点和补充，进行归纳总结，点拨提高。为各小组的研讨活动画龙点睛。

例如，在上面给出的“进程概念”的分组讨论结束后，教师给出总结和点评，并且需要进一步引导学生思考，如何扬长避短，把进程的无序并发变成可控并发，达到执行效率和执行结果可再现的双赢呢？以此，引入更深层次的应用领域——进程的控制实现，有效地完成课堂中对学生的引导和教学内容的衔接。

（4）创新实践环节。创新实践环节是“高阶性、创新性、挑战度”的体现，即教育部高教司司长吴岩提出的“金课”标准。需要学生将所学的基础知识、实践能力、人文素质有机融合，培养学生解决复杂工程问题的综合能力和高级思维，是对知识理解和记忆的升华，也是挑战自我能力的契机。

操作系统原理课程追踪溯源，是来自于实际应用领域的知识总结。因此，该课程本身就具有实践性强的特点。在教学过程中要求学生灵活运用编程知识和技能、操作系统基本原理和理论知识，并结合实际应用开拓高级思维，培养解决复杂工程问题的能力。例如，在完成“文件管理”的理论教学后，要求学生在Windows 或者Linux系统下设计一个二级结构或者树型结构的文件系统，实现以下功能：用户登录，列出文件目录，文件的创建、删除、打开、关闭操作，读文件、写文件，对子目录的创建、删除等操作。根据要求，学生在课堂时间完成各模块规划，课后自主完成程序的设计实现，以及设计报告的撰写，最终完成验收答辩工作。学生设计的文件系统目录结构如图1 所示。

（5）改进提高环节。利用现代化通信技术、计算机技术和移动智能终端设备，借助“雨课堂”等工具，通过随堂测验、问卷调查、课堂讨论、线上习题、实验自动评估、作业讲评等方式，帮助学生巩固提高，不断改进学习效果，完善教学方式和内容；另外也充分利用多种教学资源，通过个性化学习资源推送系统，根据学生的兴趣和水平推送适当的课件、慕课视频、习题、实验项目等学习资源。

图1 学生自主设计的文件系统目录结构

在操作系统原理的课程教学中，通过5 个环节的相互配合，在教师的引导、组织和启发下，不断助力学生学习的各个方面，贯彻“以学为中心”的教育理念，以“高阶性、创新性、挑战度”的“金课”为新目标。在教学过程中，不断指导学生思考、创新，助力学生的学习。具体方式见表1。

表1 教师指导助力学生内容

3 操作系统原理课程以成果为导向的持续改进机制

（1）课程考核。课程考核方式是以成果为导向，持续改进机制的基础。该课程考核改革[6]方针体现在着重对学生学习过程的考核、学习能力的考核、创新能力的考核以及解决复杂工程问题能力的考核。通过多维度考核机制，检验学生的学习效果，包括过程性考核、专题性考核以及总结性考核3 方面。过程性考核，包括对学习态度、作业、研讨结果、课堂测验等基础性指标的考核；②专题性考核，包括对综合设计实践类课题、文献研究型展示课题、前沿创新性课题等高等级指标的考核；③总结性考核——期末考试，考题设计针对课程的教学目标，重点考查学生的能力，弱化纯理论知识的记忆，强化对知识的应用、分析与综合能力的考查。

（2）根据考核结果，建立教学的评价和持续改进机制。①通过过程性考核结果评价学生的平时学习情况。在教学过程中，不断改进教学设计，完善教学方法，探索适用于本次教学班级的教学组织体系。②通过专题性考核评价学生的综合素质和能力。在教学过程中，不断改进教学策略，引导学生由简至难，不断提升自己的能力，完成对自我的挑战，让学生能够在知识综合运用的过程中水平越来越高，能力越来越强。③通过总结性考核评价课程目标的达成情况。通过评价一学期的教学效果，总结经验，以便在下一年度的教学中，持续改进教学措施，使教学效果达到螺旋式的上升。

我校计算机科学专业的操作系统原理课程一共有5 个课程目标。每学年的第2 个学期开课。在近年来的操作系统原理课程教学改革实践中，2017—2018 学年第2 学期课程目标总体达成情况，如图2 所示。2018—2019 学年第2 学期课程目标总体达成情况，如图3 所示。

图2 2017—2018 学年第2 学期课程目标达成情况

图3 2018—2019 学年第2 学期课程目标达成情况

从图2 可以看出，2017—2018 学年第2 学期教学效果的短板在于目标4 和目标5，说明在后续学年的教学过程中，需要着重加强针对这两个课程目标的教学方法研究，不断改进教学效果。

从图3 可以看出，2018—2019 学年第2 学期教学效果要明显优于上一学年。从目标1 至目标5，教学效果均有提升，特别是目标5，从上一年度的约0.69 等级，明显提高至了下一年度的0.80 等级。

（3）持续改进效果展示。近3 年来，操作系统原理课程的开课情况和课程组教师的学生评教平均得分情况，见表2。

表2 操作系统原理课程组教师的学生评教平均得分情况

通过表2 的学生评教数据可以看出，操作系统原理课程教学范式的不断改革，是深受学生欢迎和喜爱的，对学生有很强的吸引力，效果良好。

4 结语

操作系统原理课程在近两年的教学范式的改革中，坚持“以学为中心”的教育理念，以“提升课程的高阶性、创新性、挑战度”为改革方向。不断研究、创新、实践教学新模式，采用多元化手段，打造个性化学习课堂，着力培养学生创新性能力，并实现“以目标达成评价”为基础的持续改进。经过两学期的教学实践和检验，改革成效显著，有效地激发了学生的学习积极性，增强了学生知识获取的幸福感，促进了学生自主学习能力、研究能力、创新能力的新突破，教学效果显著提高。