CDIO教学模式在“操作系统”课程教学改革中的应用

CDIO教学模式在“操作系统”课程教学改革中的应用CDIO教学模式在“操作系统〞课程教学改革中的应用

中图分类号：G642.3文献标识码：A文章编号：1002-4107〔2022〕11-0032-02

“操作系统〞是计算机和软件项目专业的专业根底课程，其课程特点是概念多且抽象、原理性强，传统的教学普遍存在重理论轻实践的情况，教学效果较差[1]。CDIO项目教育模式是当今世界高等项目教育研究的最新成果，将CDIO项目教育理念引入到“操作系统〞课程教学中，通过改革教学理念、修订教学设计、改良教学办法、增强实践教学等措施，有利于培养学生的项目实践能力、团队协作能力和创新意识，使学生更好地理解和掌握操作系统的根本原理和实现技术。

一、CDIO项目教学模式的内涵

CDIO是构思〔Conceive〕、设计〔Design〕、实现〔Implement〕和运作〔Operate〕四个英文单词的缩写，其核心思想是“做中学〞和“基于工程教育和学习〞[2]。CDIO以产品、过程和系统的构思、设计、实施、运行全生命周期为背景的教育理念为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习和获取项目能力，包括个人的科学和技术知识、终身学习能力、交流和团队工作能力，以及在社会及企业环境下建造产品和系统的能力[3]。CDIO教育理念自提出之日起就引起国际项目教育界的高度关注，2000―2022年，瑞典查尔姆斯技术学院等四所大学，成立了国际化CDIO合作组织[4]。2022年我国汕头大学最先开始在国内推进CDIO教学改革并向全国推广。2022和2022年，国家教育部先后选择了39所高校进行CDIO项目教育人才培养模式改革试点。基于CDIO的课程教学围绕学科进行组织，专业课程之间是相互交叉和相互支持的，知识模块有机地融合于特定的项目工程，学生在教师的指导下以课堂讨论和实验室操作相结合的方式进行以主动性、实验性、分组学习为特征的学习活动。

二、传统“操作系统〞课程教学存在的问题

〔一〕重理论、轻实践

“操作系统〞课程波及的概念较多、原理复杂，传统的教学模式受学时限制，往往把教学重点放在理论知识的讲解上，而无视了学生实践能力的培养。通常实验学时安顿较少，且内容多是验证性的。学生在课堂上对于理论知识理解并不透彻，而实验只是简单地运行一下现成的程序。学生怀着“以后也不会去做操作系统〞的心理，不足学习兴趣和动力，难以到达教学目标。

〔二〕教学内容孤立，短少知识间有机融合

“操作系统〞是一门系统性很强的课程，和程序设计、数据结构、计算机组成原理等课程有着密不可分的联系。传统的“操作系统〞教学往往就操作系统讲“操作系统〞，学生对着繁杂的概念很难理清其中的头绪。要使学生建立起系统的概念，就需要融合相关的知识，从系统开发的角度剖析操作系统原理，才能更好地理解操作系统的精髓。示例，“数据结构〞课程中的根本数据结构及算法，对于学习和理解操作系统具有重要的影响。

〔三〕课程教学脱离实际应用，不足对学生进行科技创新兴趣的培养

操作系统是计算机的心智，其工作原理和概念体现了人类智慧和人生哲学，比方排队理论、“懒人〞哲学、银行家算法等等。传统的教学往往脱离操作系统的应用背景――即人类创造的体现人类智慧的为人效劳的软件系统――来孤立地讲授操作系统概念，导致学生感觉操作系统是一门非常干燥的课程，失去了学习的兴趣，从而影响教学效果。

三、基于CDIO的“操作系统〞课程教学改革路径

传统的“操作系统〞课程教学不利于培养学生的项目实践能力。借鉴CDIO项目教育理论，对“操作系统〞课程教学进行全方位的改革，是一项有意义的工作。笔者近年来对CDIO项目教育模式进行了系统的研究，并应用于“操作系统〞教学实践中，取得了较好的效果。

〔一〕转变教学理念，变革教学模式

培养学生的项目实践能力是工科学生的核心教学目标。CDIO的核心理念是“做中学〞，为此，我们积极引导学生转变把考试看作是课程学习的终极目标的错误观念，课堂教学模式由以教师为中心转变为以学生为中心。具体来说，在整个课程教学过程中，以Linux操作系统内核为教学案例，围绕操作系统的相关原理和实现技术，发展工程驱动的教学实践活动。课堂上，教师减少理论授课内容，组织学生发展研讨式的学习活动，引导学生从系统设计的角度，去认识、理解操作系统，进而以工程小组的形式，引导学生利用所学习的知识自己构思、设计、实现并运作一个系统原型。这种工程驱动的教学方式要求教师和学生在课下都要进行充沛的准备，通过自主研发和团队竞争的方式，有利于激发学生的学习兴趣，挖掘学生的发明力，同时加强培养学生的项目实践能力、沟通交流能力与团队合作精神。

〔二〕优化教学设计，增强课程知识间的融合

“操作系统〞作为一门专业根底课程，与程序设计、计算机组成原理、数据结构、软件体系结构等课程有着密不可分的联系。同时，操作系统的根本原理体现了人类处理问题的思维方式和办法，是人类管理方式的机器体现。基于系统性和模块化的思想，我们对原有的“操作系统〞教学设计进行了优化，将课程知识点整合成进程管理、存储管理、设备管理、文件管理、系统接口等五大知识模块，并增加了不同模块和相关课程之间的联系，结合实际使用的操作系统，在授课时让学生了解相关知识的来龙去脉和应用场合，使学生在学习的过程中在头脑里始终保存一个实际的操作系统轮廓，增强系统的完整性和形象性，从而提高学生的学习兴趣和学习效果。

〔三〕加强实践教学环节，推进理论与实践相结合兴趣是最好的老师，实践是最好的学习办法，实践教学对创新型人才的培养有着极其重要的作用。在实践教学过程中，以CDIO理念为指导，采用算法模拟和功能模块替换的方式使学生加深对操作系统根本概念的理解。算法模拟选取课程中的典型算法，如FCFS算法、读者写者问题、页面置换算法等，要求学生课下搜集资料，自己实现或改良已有算法，在实验课上对模拟算法进行验证。功能模块替换方式以Linux操作系统为实验平台，让学生课下阅读真实的系统代码，在理解相关功能模块的实现原理后，用自己设计的功能模块替换其中相应的功能。通过这种方式，改变了以往学生只读别人程序，不自己动手编写程序的习惯，锻炼学生的项目实践能力、创新精神和专业自信。为了激发学生的积极性，学生的研究成果将计入平时成绩中。

〔四〕优化教学办法，提高教学质量

有效的教学办法是实现教学目标的伎俩。要改变过去“灌输式〞、“填鸭式〞的教学办法，积极推行“研讨式〞、“问题驱动〞、团队协作式的方式办法。充沛利用课上课下两个学习空间，发挥组内组间两种交流途径，本着“因人制宜、因材施教〞的原那么，让每一个学生在学习活动中都能找到适合自己的角色，调动每一个学生的积极性和发明性。积极发展案例教学，在根本指令、功能命令、程序模块、系统设计等层次上设计与教学内容相关的工程案例，引导学生通过察看操作系统中某些特定的运行现象来体会操作系统原理。

〔五〕改革考核方式，注重能力考查

传统的“操作系统〞课程偏重理论知识考核。为了激励学生积极动手实践，我们改革了课程考核方式，将分析解决问题的能力、团队协作能力等列入成绩的评定指标中。调整期末考试和平时成绩的比例，分别占60%和40%。调整平时成绩的考核指标，从学习态度、应用能力、团队协作、个人涵养等四个方面进行评定，评定方式采取组内自评、组间互评和教师评价相结合的方式。通过考核方式改革，激发学生的学习热情，引导学生从单纯学习理论知识转向理论与实践相结合进行学习，有利于培养学生的项目实践能力和综合素质。

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