OBE教学理念在操作系统课程中的应用研究

袁竞

关键词：OBE；操作系统；教学改革

0 引言

教育部高等教育司关于一流本科课程建设的实施意见中指出，要将学生为中心、产出为导向的理念贯彻到教学实践中，提高课程的高阶性、创新性与挑战性。基于此要求，在理工类的课程教学中采用成果或产出为导向的教育理念，即OBE模式，对于培养具备解决复杂工程问题能力的专业人才具有重要意义。OBE模式将教育过程中一切活动的组织、实施与评价都聚焦于学生学习应取得的成果进行，其强调以学生为中心，对学习成果分析后进行教学活动的反向设计与开展，使得教学重点与难点能够得到充分解析， 从而提高课堂的教学效率。

操作系统课程是计算机学科的专业核心课程，其所涵盖的知识范畴较为广泛，涉及计算机硬件与软件的基础理论知识[1]，课程需要学生掌握的基本概念、算法原理、系统的工作流程均较为抽象，即便通过课件、视频等方式展示给学生，亦无法降低课程较强理论性所带来的枯燥感，学生在学习过程中容易失去学习兴趣，特别是专业基础较差、学习主观能动性不强的学生更易放弃该门课程的学习。从专业培养体系的角度来看，操作系统课程又显得极其重要，因此提高该课程的课堂教学效果是计算机专业教师所面临的挑战，OBE教学理念的引入则为其提供了改革方向。

1 OBE 教学理念概述

1.1 OBE 教学理念的内涵

OBE（Outcomes-based Education） 理念是以学习成果为导向的教育模式，最早由美国学者Spady在《基于产出的教育模式：争议与答案》一书中提出，他认为OBE教育模式应清晰地聚焦和组织教育系统，使之围绕确保学生在未来生活中获得实质性成功的经验。此后经历了十余年的研究与发展，OBE教育模式逐渐发展为完善的教育理论体系，成为众多发达国家教育改革的主流理念，并将其贯穿于工程教育认证标准。我国工程教育专业认证协会于2014年颁布了《工程教育认证标准》，其中将成果导向教育作为工程教育专业的实施重点。

OBE教育理念下，教育设计与教学活动实施的目标是基于学生通过教育过程最后所取得的学习成果而制定的[2]。学生的学习成果包含课程学习后需要掌握的知识、运用知识所能解决的问题以及在这个过程中学生所得到的信心提升，其本质也就对应了教学目标中知识、技能与素养三个方面。OBE教育模式包含四个操作环节：学习成果的定义、学习成果的实现、学习成果的使用以及学习成果的评价。学习成果的定义即是从学生所能达到的学习效果出发定义教学目标；学习成果的实现即是进行教学活动的实施，包含内容的设计、进度的安排、方法的选择等；学习成果的使用则是进行应用与实践学习成果，包括教学实验以及企业实践等；学习成果的评价则是结合成果的实现与使用，衡量学生最大能力的成果达成程度。从本质上讲，OBE教育模式的四个环节亦对应着工科课程教学的流程步骤。

1.2 OBE 教学理念在操作系统课程中应用优势

操作系统课程作为计算机学科的重要专业课程，其内容涵盖操作系统的进程管理、存储管理、设备管理、文件管理等，理论性较强，理论知识的讲授是教学活动的主要内容。在传统的教学模式中，缺乏对学生学习成果的预估、缺乏对学生学习成果的有效评价，学生在学习过程中往往难以透彻理解课程相关概念与原理，从而导致教学目标难以实现[3]。另一方面，以教学进程为导向是传统教学方法所关注的，强调学生需要按照既定的教學计划进行课程的学习，学生的学习结果这一目标往往被排在了第二第三位，有时甚至被忽视；传统的操作系统课程教学强调的是知识为导向的教学模式，教师重视的是教学内容的推进与实施，学生重视的则是对课堂教学内容的整理与总结，而对于知识的运用、学生相关能力的培养往往被忽视[4]。

OBE的教学理念要求教师在教学活动开展前对学生完成课程学习时应具备的能力有清晰而明确的预判，然后依此进行教学计划、教学内容、教学评价的制定。相较于传统的以教学内容驱动的模式，学生的学习结果得到了重视，并成为教学活动设计与开展的驱动力。在此理念下，学生学习成果的评价亦得到了较高程度的重视，从而促使教师更好地优化教学环节与教学内容[5]。

2 OBE 教学理念在操作系统课程中的应用路径

2.1 层次化教学内容

针对操作系统课程理论性较强，且需要辅以相关算法验证系统工作原理及流程这样的特点，在以学生学习结果为导向这一OBE教育理念下，对课程的内容进行优化，并层次化教学模式，将教学流程划分为理论的引入、算法的分析以及算法的验证三个环节。

以进程调度这一小节的内容为例，OBE教学理念下首先需要预估学生在学习这一小节内容后所能达到的最大结果：掌握常见的进程调度策略、理解进程调度算法选择时遵从的原则以及进程调度算法之间的比较。根据对学习成果的预估进行教学内容的反向设计：导入时间片轮转、先来先服务、短进程优先、高响应比优先等调度算法概念；引入各调度算法的公平性、响应时间、周转时间、系统吞吐量等衡量因素的概念；讲解各个衡量因素的计算公式并分析。在这一环节中，可以通过分组讨论、随堂练习等方式，巩固学生对于理论知识的理解。第二个环节算法分析是承上启下的步骤，用以联系理论知识与实践操作。传统的操作系统课程教学中理论与实践往往呈现出一种割裂的状态，究其原因是缺乏了从理论到实践的过渡，即与理论相关的策略、算法的分析过程，最终导致学生对理论的理解不透彻难以运用到实践实验中、课程的教学效果不佳。进程调度策略这一小节的算法分析可以结合Linux操作系统的工作流程进行，将进程调度的策略使用与具体的操作系统工作联系起来。基于OBE的教学理念，这一环节中学生的学习成果可以定义为在理解Linux操作系统进程调度策略及算法选择的基础上培养其分析操作系统源码的能力。教师可以通过小组任务、分组讨论、撰写报告的形式落实该小节的教学内容。算法验证是建立在算法分析基础上的实践环节，操作系统课程尽管理论性较强，但终需通过实践操作以验证理论的正确性，从而巩固学生对理论的理解与记忆。进程调度这一小节的算法验证首先可以由学生通过命令在Linux的终端观察操作系统的进程工作情况，然后利用编程语言实现一个简单的调度策略。在这一过程中，通过终端观察得到进程工作的验证情况是学习的首要成果，其次则是通过调度策略的实现提高学生的实践能力。

2.2 混合运用教学方法

结合教学内容的优化设计，OBE理念下的教学方式方法也需要做出相应调整。首先在教学活动的实施上需要突出学生的主体地位，通过讲授、自学以及助学的方式进行。在基础理论引入的过程中，有意识地缩短教师重复讲授、知识反复填鸭的时长，扩充算法验证的时间，给予学生更多的主动权与操作实践，同时在算法分析的环节通过提供参考材料、课件辅助的方式提升学生的主观能动性，加大学生在该环节自学的时长，从而促使学生更为主动地投入到课堂教学活动中。

在讲授和自学的过程中可以采用多元化的教学方法进行，丰富课堂的教学形式。在进程概念的引入一节中可以采用问题驱动的教学方法，提出“什么是程序，什么是进程，两者区别有哪些？”这一问题，要求学生带着问题通过网络查阅相关资料进行自主学习，然后以小组讨论的形式进行分析与汇总，最终提交小组讨论结果并由教师进行总结评价。问题驱动法需要围绕课堂内容的重点提前准备相关问题，并根据问题的难易程度以学生个体自学或小组学习的形式组织开展。在进程调度策略选择这一小节中可以采用情景模拟的方法进行：CPU对进程的处理好比食堂仅有唯一的打菜窗口，先来先处理的方式就是最常见的所有人排列成一队进行等候；短进程优先的方式则是按照打菜量的多少进行分组，两个菜、三个菜、四个菜的各站一队，优先给打菜少的队伍服务；时间片轮转的方式则相当于大家站成一队，打菜窗口移动服务，一次为每人仅打一个菜，个人需求的菜满即退出队伍。情景模拟的方式通过学生较为熟悉的场景模拟使其较容易理解系统的工作原理，并区分不同工作策略之间的优劣、选择时应优先考虑的问题等。在讲解死锁知识点时可以使用任务驱动的方式进行，布置相关任务：1） 寻找死锁产生的原因和死锁发生时必然存在的条件；2） 寻找避免死锁的方法。任务驱动的方式将课程内容分解成若干任务，由学生通过分组协作、资料查阅的方式进行任务的解决，从而提高其自主学习的能力。

除了讲授和自学外，还可以通过助学的方式帮助学生解答学习中的困惑。助学主要帮助学生解答在算法验证的操作环节中的疑难问题，以及在课后进行课程内容复习巩固时遇到的尚未理解透彻的知识点。

2.3 多元化的过程性考核

考核是课程教学的最终环节，亦是检测学生学习结果的主要方式。传统的教学模式下考核方式较为单一，主要以平时作业与最终的期末考试进行成绩的衡量，其中考试成绩是主要组成部分。传统的考核方式往往忽略学生的学习过程与学习表现，更容易忽视学生的个体情况，例如作业与考试中常有投机取巧的学生存在，考试中也会存在学生因为某些原因发挥失常。OBE理念下所注重的学习结果映射在操作系统课程的教学中则体现为学生通过课程学习所获得的能力，其包括对理论知识的理解能力、解决问题的动手能力、小组内部的协作能力等。因此在OBE理念下的课程考核需要教师摒棄传统的纸质化笔试考核方式，通过多样化的方式对学生的整个学习过程进行学习结果的检测，通过非笔试的方式对学生的能力提升进行考核。

针对操作系统课程的特点以及教学过程中理论的引入、算法的分析以及算法的验证三个环节，可以将OBE理念下课程的评价划分为两部分：理论、实验，两部分中的具体能力考核点如表1所示。

理论知识点是理论环节考核的主要内容，其OBE 理念下的结果聚焦于学生的识记、理解、表达的能力，考核的方式可以采用教学过程考核与传统终结性考核相结合的方式进行。教学过程考核可以采用随堂提问、章节测验、在线教学平台的任务等形式，将理论知识点融入具体情境的问题中，从而考核学生的理解与表达能力；传统的终结性考核则可以以名词辨析的形式，要求学生对概念或意义相近、易混淆的内容进行解释，直接考查学生识记能力。实验考核的部分主要在算法仿真验证以及实验环节进行，OBE理念下的结果聚焦于学生的动手、协作、交际以及创新能力，基于实验操作自身的特性以及实验结果的单一性，其考核的方式主要采用过程性考核。动手能力的考核主要以仿真操作和实验操作的结果为主，教师可以在操作任务中设置多个分步骤结果的考核点，以记录成绩；协作能力与交际能力主要考核学生在小组任务协作完成的过程中，与小组其他成员之间的合作情况，可以采用组员互评的方式进行；创新能力的考核则考查学生在实验操作过程是否能够将理论知识融会贯通，提出更简洁、更优化的实验方案，从而更快捷地得到实验结果。理论环节与实验环节中各个部分的能力考核，最终按照比例汇总计算得到两个环节的综合评价得分，课程的最后评价总分则由教师视教学情况、学生能力情况，划分理论与操作两部分的比重计算得到。

3 结束语

OBE教学理念是基于传统教学模式的一种创新改革，教学内容的分层优化、教学方法的混合应用以及教学评价体系的优化设置对实际的教学过程有着提高效果。在操作系统课程的教学过程中，笔者对计算机专业的两个平行班进行了对比教学。尽管在实践的初期，学生有一定的抵触情绪、教学的推进有一定的困难，但经过一段时间的教学，采用OBE教学理念的班级在学习氛围、学习动力以及最终的考核中均有明显改善。操作系统课程是一门较为偏重理论的专业课，对于大部分工科课程而言理论与操作是并重的，将OBE理念引入操作系统课程的教学是初步尝试，在其他专业课中进行推广应用是未来需要进一步探索的。