基于OBE理念的操作系统原理课程教学改革研究

摘  要：为保障国家信息安全，提升产业竞争力，我国提出信息技术应用创新战略，旨在构建自主可控的信息技术体系，在IT基础设施、基础软件等方面实现核心技术和产品的自主可控和安全可靠。信创战略的顺利实施离不开对信息技术人才的培养。作为高等院校信息类相关专业的核心课程，现有的操作系统原理课程缺乏国产操作系统的知识体系，难以达到国家对信创人才技能的要求。该文对网络空间安全专业操作系统原理课程教学改革开展研究，运用OBE理念进行教学设计，在培养目标、教学内容等环节纳入国产操作系统知识体系，以利于培养掌握国产操作系统知识体系，并且具备熟练实操技能的网络空间安全专业人才。

关键词：OBE理念；反向教学设计；教学改革；操作系统原理课程；国产操作系统

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）10-0148-04

Abstract： In order to ensure national information security and enhance industrial competitiveness， China has proposed the Information Technology Application Innovation strategy， aiming to build an independent and controllable information technology system and achieve controllability， security and reliability of core technologies and products in IT infrastructure， basic software etc. The implementation of Xinchuang relies on the cultivation of information technology talents. As a core course for information related majors in universities， the course of Principles of Operating Systems lacks the knowledge of domestic operating systems， making it difficult to meet the requirements for the skills of IT talents. This article conducts research on the teaching reform of the course of Principles of Operating Systems for the cybersecurity major. The OBE concept is applied to the teaching design， and knowledge of the Chinese-made operating system is incorporated into the training objectives and teaching content to cultivate professionals who not only master the domestic operating system knowledge but also have proficient practical skills in cybersecurity.

Keywords： OBE Idea; reverse teaching design; teaching reform; Principles of Operating Systems; Chinese-made operating systems

2017年教育部开始推进新工科建设，对高校人才培养提出了新的要求。与传统工科相比，新工科更强调学科的实用性、交叉性与综合性，新工科人才应该具备较强的工程实践能力、创新能力和国际竞争力。新工科建设对于我国信息技术应用创新（以下简称“信创”）产业的发展具有十分重要的意义，而网络空间安全学科属于新工科范畴，其以密码学、计算机科学、电子信息等学科为基础，关系着国家的信息安全乃至国家安全[1]。依据信创战略指导方针，国家重点扶持国产软硬件产业的发展，同时大力倡导在全国高等院校相关专业课程教学中融入国产软硬件知识体系[2-3]，以突破西方国家对我国信息产业实施“卡脖子”政策所带来的安全威胁。

本文以信息类专业，特别是网络空间安全专业所开设的操作系统原理课程为改革对象，通过调研政府部门、企事业等单位对网络空间安全专业人才在操作系统，特别是国产操作系统理论知识和实操技能方面的真实需求，研究在新工科背景下网络空间安全专业人才在国产操作系统知识和技能的培养模式。立足于国家网络安全战略，本文旨在设计符合OBE理念的加入国产操作系统元素的操作系统原理课程体系和教学内容，为网络空间安全专业人才培养起到有益的促进作用。

一  现状分析

大力发展国产软件、硬件是突破西方对我国实行“卡脖子”式技术封锁的根本途径。我国高等院校有责任将国产软硬件相关知识体系纳入信息类专业现有的课程教学，为国家培养大量掌握国产软硬件核心技术的人才[1，4]。然而，由于用人单位对人才的需求与高校人才培养目标存在一定差距，同时部分高校在国产软硬件教学方面缺乏资源投入，造成包含国产软硬件内容的课程在我国大部分高校信息类专业课程中的比例偏低[5-6]。作为高等院校计算机科学与技术、网络空间安全等信息类专业的核心课程，现有的操作系统原理课程教学也同样面临以下几个亟待解决的问题。

（一）  用人单位的人才需求标准与学生掌握的知识技能之间存在差距

为保证国家安全，党政军部门、企事业单位已陆续对计算机软、硬件进行了国产化替代，例如，采用openEuler、麒麟、红旗等国产操作系统，使用达梦、openGauss等数据库。因此，这些机构对熟练掌握国产软硬件知识和实操技能的网络空间安全人才需求也不断增大。然而，由于网络空间安全学科建立时间较短，人才培养体系和专业课程教育体系仍处于探索阶段[7]，现有的网络空间安全专业学生在操作系统方面的知识结构和专业技能偏向于西方国家传统的操作系统课程知识体系，缺乏国产操作系统方面的内容教学和实践，造成所培养的人才的技能与用人单位的实际需求存在一定差距。

（二）  操作系统原理课程体系亟需进行改革和优化

由于涉及多学科交叉融合，网络空间安全专业学生必须学习和掌握较多的专业课程和知识。然而，本科阶段学生的培养时间有限，现有的操作系统原理课程学时难以保障学生在掌握相关基础知识和技能的前提下还有富余时间用于学习国产操作系统相关知识和技能。因此，需要对现有的操作系统原理课程体系进行改革和优化，融入主流国产操作系统元素，在有限的学时中让学生聚焦重点，突破难点，快速掌握相关知识和技能。

（三）  国产操作系统相关知识储备和实操能力培养亟待加强

网络空间安全专业涉及密码学、计算机科学与技术、电子信息等多学科专业知识，学生在入学后需要系统地学习以上学科的多门相关核心课程。然而，由于课程数量众多，总学时有限，导致一些核心课程及其相关前导课程的理论学时以及实验学时偏少。国产操作系统的理论学习和实操需要大量的课时，因此，目前大部分学生难以在有限的学习时间里完成操作系统理论知识学习以及相关的技能训练。

综上所述，现有的操作系统原理课程教学无法满足新工科和信创战略对网络空间安全专业人才的要求和期望，亟需进行教学改革。本文通过采用OBE理念进行逆向教学设计，从用人单位对人才的实际需求出发，制定培养目标和毕业要求，将主流国产操作系统，例如openEuler等的相关知识点和实操技能有机融入到现有的操作系统原理课程教学体系中，以培养既能掌握国产操作系统相关知识体系，并且具有熟练实操技能的网络空间安全专业人才。

二  教学改革目的

本文立足国家网络安全战略和粤港澳大湾区发展战略，从新工科背景下网络空间安全学科领域对人才的实际需求出发，通过对相关行业的网络空间安全专业人才的理论知识储备和专业实操技能要求进行定期调研，设计基于OBE理念的、符合网络空间安全专业人才培养目标的操作系统原理课程体系架构，为网络空间安全学科的相关课程设置、课程体系设计、教学方案制定和教学方法实施等提供一定的支持和借鉴。同时，通过操作系统原理课程的理论和实验教学，使学生认识到本学科领域各行业对人才的具体需求与其自身所存在的差距，从而有计划地调整学习目标，端正学习态度，快速学习和掌握网络空间安全专业相关的专业技能，并具备在后续的工作中能够熟练使用所学到的理论知识和实践技能来解决实际生产过程中所遇到的各种网络空间安全专业相关难题的能力。

三  教学改革思路与目标

（一）  改革思路

根据OBE理念[8-11]，本文从政府部门、企事业单位对网络空间安全人才在操作系统方面的知识储备和实操技能的需求情况出发，基于目前国产操作系统的发展现状和未来趋势，结合学院的发展目标和定位，制定网络空间安全等专业的人才培养目标，以及学生的毕业要求及指标点，将国产操作系统知识体系融入操作系统原理课程体系。然后，根据形成的课程体系来制定教学大纲，并实施相应的课程教学。在教学实践过程中及时发现存在的问题和不足，保持与用人单位进行沟通，及时将用人单位反馈的信息用于下一轮的人才培养目标修改，从而实现基于OBE和持续改进的网络空间安全人才培养模式。基于OBE理念的反向教学设计如图1所示。

（二）  改革目标

本项目的改革目标是在国家新工科建设方针指导下，以培养多学科交叉融合的复合型、综合性网络空间安全专业人才为目的，对我校网络空间安全学院的操作系统原理课程体系构建、课程内容设计等问题开展系统的和深入的研究。通过本项目研究工作的开展，充分调研各行业领域对网络空间安全专业人才的具体要求，明确操作系统原理课程在网络空间安全专业课程体系中的定位，以及该课程与其他硬件、软件类课程的紧密联系，从而制定相应的课程体系和教学方式，为网络空间安全学科专业课程体系建设、教学内容设计等提供一定的参考和借鉴。

四  教学改革内容

根据以上所述的教学改革目标，本文的主要教学改革内容如下。

（一）  改革课程目标

首先，根据国家信创战略，深入调研各相关行业领域对网络空间安全专业人才在操作系统方面的理论知识和动手能力的要求，将掌握主流国产操作系统理论知识和实操能力纳入网络空间安全专业人才培养目标。然后，根据培养目标制定相应的毕业要求指标点。最后，根据毕业要求和指标点来设置操作和系统原理的课程目标，将国产操作系统的关键知识点和重要实验内容纳入其中，从而制定出契合各政府部门、企事业单位需求的网络空间安全专业人才。

（二）  改革教学内容

目前的主流操作系统主要有Windows和Linux，因此，现有的《操作系统原理》教材内容比较相似。虽然国产操作系统绝大部分是基于Linux内核的，但是诸如华为openEuler、麒麟等一些具有代表性的国产操作系统也对Linux的内核层、应用层等进行了一系列的自主创新，形成了具有鲜明特色的国产操作系统体系架构，能够原生地（Native）支持云计算、容器化、物联网和人工智能等。因此，在教学内容设计方面，考虑将国产操作系统的架构、CPU调度、多核调度、内存管理、外部设备管理、文件系统、内核安全等与传统操作系统课程内容进行有机结合，通过对比学习使学生快速掌握国产操作系统的关键知识点。完成操作系统原理课程内容建设后，针对具体的课程目标，结合计算机组成原理、高级语言程序设计、数据结构、算法设计与分析、数据库系统原理、软件系统安全等与操作系统紧密相关的课程中重要知识点，设计合理的教学计划，探索最合适的教学方法，使得来自多门课程的相关知识点能够有机融合，有助于学生的专业知识积累和实操技能的提升。