OBE 理念下网络空间安全专业操作系统课程改革研究

宾辰忠，李德明

（桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院，广西桂林 541004）

2015 年6 月，国务院学位委员会、教育部共同印发《关于增设网络空间安全一级学科的通知》，决定在工学门类下增设网络空间安全一类学科。截至2021 年3 月，我国共有65 所本科高等院校开设了计算机网络空间安全专业[1]。与此同时，我国于2013 年6 月加入了《华盛顿协议》，成为该协议签约成员。这标志着我国逐步具有国际实质等效的工程教育专业认证。工程教育专业认证遵循OBE 理念：成果导向、以学生为中心、持续改进[2-4]。这些理念对引导和促进计算机专业建设与教学改革、保障和提高工程教育人才培养质量至关重要。

操作系统课程是计算机类专业重要的基础课程之一[5-7]，在网络空间安全专业的知识结构中有着非常重要的作用。因此，在OBE 理念下探索网络空间安全专业的操作系统课程改革路径，对培养具备扎实理论知识和全面实践技能的网络空间安全应用型人才具有重要意义[8-9]。本文围绕桂林电子科技大学网络空间安全专业人才培养目标，介绍了课程组对操作系统课程的目标设置、教学方式及教学内容设计，以及教学评价方式等方面的课程改革探索，并对教学改革后的课程目标达成度进行了总结和分析。

1 网络空间安全专业操作系统课程目标设计

桂林电子科技大学网络空间安全专业培养目标为：面向我国网络空间安全战略需要，培养德、智、体、美、劳全面发展，适应行业与地方需求，具有较强的法律意识和安全防范观念、社会责任感和敬业精神，具备扎实的网络空间安全基础理论、基本技能，具有较强的创新意识和工程实践能力、自主学习能力，能够服务于网络空间安全产业以及其他国民经济部门，从事网络空间安全相关的系统设计与分析、软硬件开发与运维、安全评估与服务、安全规划与管理、安全技术咨询等方面工作的高素质工程应用型人才。

针对专业培养目标，结合操作系统课程教学内容特点，选取的课程目标包括：（1）能将相关知识和模型方法用于推演、分析网络空间安全领域的专业工程问题；（2）能基于数学、自然科学和工程科学的基本原理，正确表达网络空间安全领域的复杂工程问题；（3）能认识到解决网络空间安全领域复杂工程问题有多种方案可选择，会通过文献查询和研究分析，提出合理的解决方案，并获得有效的结论；（4）掌握设计网络空间安全领域解决方案的基本方法和技术，根据设计目标提出合理的技术方案。以上4 个课程目标主要支撑本科毕业设计要求中的工程知识、问题分析和工程解决方案设计与开发3 种能力。

2 现有操作系统课程教学存在的不足

作为计算机学科的核心基础课，操作系统课程在专业知识体系中处于承上启下的位置，是学生进一步学习其他课程的基础，具有理论性强、知识繁杂、概念抽象难懂、算法多、涉及的代码量大、仿真困难等特点[10-11]。传统针对操作系统课程的改革强调项目驱动和模块化教学，以培养学生操作系统知识和实践能力[12-14]。然而，现有操作系统课程教学还存在以下不足。

2.1 与OBE 理念契合度不高

现有操作系统课程教学与OBE 理念契合度不高。传统的操作系统课程教学以教师的“教”为中心，未以学生自主的“学”为中心。在教学中，学生学习主动性未被充分调动，学生的课堂参与度不高，且采取大班教学形式，难以充分考虑学生个体差异。

2.2 对网络空间安全专业知识支撑不足

一方面，操作系统课程的教学内容具有理论性较强、核心概念多、关键算法抽象等特点，使学生难以深入理解掌握，仅停留在理论认知阶段，无法应用于实践。这与网络空间安全专业的能力培养目标存在差距。另一方面，就具体教学内容而言，操作系统课程对网络空间安全专业的系统及网络安全方面知识、技能的支撑不足，难以发挥作为专业核心主干课的作用。

2.3 对课程目标支撑不够

现有操作系统课程的考核主要由课后作业、结课考试、实验考核等环节构成，虽然能够体现学生对知识的掌握和运用情况，但对学生的学习过程评价不足，也难以通过这些评价环节激发学生的学习兴趣和课堂参与积极性，对培养学生持续学习、团队协作、分析解决工程问题等能力的促进作用不够。现有评价体系对课程设定的目标达成效果评价支撑不够。

3 OBE 理念下课程教学模式设计

针对操作系统课程存在的不足，结合桂林电子科技大学本科人才培养的定位和特点，在明确网络空间安全专业毕业要求指标点的基础上，将OBE 理念引入操作系统课程教学，以学生为中心，以学习结果为导向，在教学方式、教学内容、考核评价方式等方面开展操作系统课程教学改革。

3.1 教学方式改革

首先，基于雨课堂、QQ 群、课程教材MOOC 资源等线上平台，构建课程的线上线下混合课堂。雨课堂主要完成课堂同步授课、课堂测试、期中测试和课后作业等。课程QQ 群用于教师与学生的线上讨论、辅导答疑等。课程教材MOOC 资源配有关键知识点的讲授视频和习题参考答案。授课教师一般在课前布置思考问题并要求学生提前观看知识点视频，让学生提前了解课程内容，提高课堂教学质量。其次，根据课程目标，采用学生分组学习的任务驱动教学方法。教师按照选课人数将学生分为6～8 人小组，并布置针对具体型号操作系统关于进程/线程管理及调度、存储资源管理以及设备文件管理实现实例的学习、讨论和汇报任务。学生根据自身兴趣和能力自由选择学习主题，并上网查找相关资料或代码，通过组内讨论学习知识点，制作PPT，进行课堂自主汇报及讨论，最终达到以学生为中心，激发学生持续、自主学习的目的。

3.2 教学内容改革

课程包括56 理论学时和24 实验学时，共80 学时。理论教学方面，除了将传统操作系统理论内容的课时优化为40 学时以外，还专门预留约4 学时学生小组课堂汇报。此外，针对网络空间安全专业，增加了关于操作系统安全模型、操作系统加固和操作系统漏洞利用典型实例分析，此部分课时共计12 学时，用于学生对专业领域内操作系统安全相关知识和技能的学习。对于实验教学，预留8 学时开展操作系统加固、网络空间安全专用工具实操等实验，同时，设置合理的综合实验项目，提升学生对网络空间安全领域工程问题的分析和解决能力。

3.3 课程考核评价方式改革

根据课程目标，设置可量化的多种考核环节和评价维度。在理论教学环节，除了结课考试评价以外，将课堂回答在线习题、期中测试、课后作业、观看教学视频记录作为平时学习过程的考核点。针对任务驱动教学环节，教师通过评改学生汇报PPT、参与小组讨论以及课堂汇报讨论情况，为学生小组或个人的表现进行评价打分。评价维度包括：汇报内容的完整度和深度、团队协作、口头表达、查阅资料完成度等方面。在实践教学环节，增加了综合实验答辩评价环节，综合实验一般以2～3人为一组，共同完成一个操作系统综合性实验。教师主要评价学生团队协作、问题分析和工程解决方案设计与开发能力。

4 课程目标达成情况

在课程改革后，结合所有选课学生在各个评价环节的表现和测试结果，计算课程目标达成情况。具体目标达成分布如图1 所示。从平时课堂提问表现、线上课堂练习、课后作业、实验、分组学习汇报及结课考试等情况来看，学生能较好地适应新的教学方式，并表现出较高的学习积极性和兴趣，学习投入时间和精力较多。学生通过学习本课程，掌握了关于操作系统的基础知识与技能，以及一定的系统思维和问题分析能力。

图1 课程目标达成情况分布

5 结束语

在OBE 理念的指导下，课程组面向网络空间安全专业人才培养目标，以学生为中心，以学生成果产出为导向，在教学方式、教学内容和考核评价方式等方面进行了课程改革，取得了较高的课程达成度。课程教学较好地实现了从理论知识到分析和解决复杂工程问题的能力转变，提升了学生的学习兴趣和效果，为后续相关课程的教学奠定了良好基础。