1、“数据结构”分层次教学改革的思考摘要：“数据结构”课程是计算机程序设计的重要基础课程，但在教学过程中存在着一些问题，影响了该门课程的教学效果。本文从教学实践出发，提出了一些“数据结构”课程教学中存在的问题，并针对这些问题提出了分层次教学改革方案。 关键词：数据结构；分层次教学；教学管理 “数据结构”是计算机科学教育中的一门核心课程。它讨论的是计算机科学技术领域里许多最基本的问题。通过本课程的学习使学生学会分析研究计算机加工的数据结构的特性，以便为应用中涉及到的数据选择合适的逻辑结构、存储结构及相应的运算方法，并培养学生的数据抽象能力，提高学生的专业素质，并为后续专业课程的学习提供必要的基础。然
2、而，该课程理论性强，又较抽象和深奥的特点，往往造成学生对算法设计或程序设计中的技巧感到难以理解和掌握。因此，学生学习的兴趣和主动性不足、教学目标难以实现。如何对“数据结构”课程进行教学改革以提高教学质量是值得任课教师深思的问题。本文根据笔者的教学体会简单分析了教学中存在的问题，并提出采用分层次教学改革的思路。1 存在的主要问题 1.1 先修课程存在的问题 我校学生在学习“数据结构”课程时，已学过 C 语言课程。但只是初学，并不精通。从以往的经验来看，在 C 语言课程的教学中，函数、指针和结构体的教学难度很高，而且由于学生的接受能力不同，最终导致学生的成绩参差不齐，两极分化极其严重。但这些内容在
3、“数据结构”课程中是使用频率最高的，对这些内容，尽管老师在课前抽出少部分时间进行补习，很多学生仍然模糊不清，致使教学效果不理想。更有甚者，部分学生因为 C 语言学的不好会丧失对该课程学习的兴趣和信心。C 语言教学的问题，最终都遗留给“数据结构”课程的教学，因此在“数据结构”的教学中，对很多知识也很难深入，导致最终教学效果不理想。 1.2 学时少的问题 我校各专业“数据结构”课程的计划为64 学时。按这样少的学时组织教学，教师只能选取一部分内容组织教学，为了赶进度也只注重各个知识单元的介绍，同时实验教学也比较少，这忽略了“数据结构”课程整体的连续性和相关性， 忽略了对学生实践能力的培养。 2“数
4、据结构”课程分层教学改革的实施 2.1 基本思路 分层次教学是近年来被越来越多的中职学校采用的一种“分层教学，分段达标”的教学模式，它根据学生学习基础的不同和学习能力的差异，制定不同的教学计划，实施不同层次的教学，进行不同层次的评价。“走班”是指保持原专业班级不变，将能力不同的学生分成不同层次的教学班，依照不同的教学计划、教学内容和教学方法，在不同的地点授课，下课后学生仍回自己原班的教学形式。根据我校的实际，对“数据结构”课的教学可以分成三个层次，采用三种教学计划。可以为初级班同学开设“加强提高课” ，中级班同学按开设“专业特色课” ，为高级班同学开设“考研辅导课” ，从而使不同的学生都能在原
5、有的基础上学有所获、学有所成。 2.2 实施方案 2.2.1 学生分类 如何对教学对象进行分类是实施分层次教学改革的第一个关键步骤，这将直接影响到后续的教学工作的实施。 我校的教学对象有专科和本科，据以往经验，专科学生中不乏学的好的而本科学生中也不乏学的坏的。因此单纯以学生层次来区分有失片面性。首先，在开课之前在学生中进行宣讲，向学生讲述分层次教学的必要性。其次，进行一次分层次测试，测试的内容为 C 语言，前面已经分析，C 语言成绩直接决定“数据结构 ”的学习。再次，成绩确定后，学生根据自己的意愿报名。最后，名单确定后，进行公示。 2.2.2 教学管理 教学管理也直接关系到教学的整个过程，教学
6、应该按照教学的基本规律来安排教学内容并组织教学。在教学管理环节成立“数据结构”教学小组，并指定小组负责人进行教学组织和管理、教学内容研讨、教学资料准备以及教学效果的评估。 在教学计划上，适当提高本门课程的学时数，这样对初级班学生可以细讲，或者重复多次；对于中级班可以增加熟练度；对于高级班可以拓展他们的思维。 在教学指导方向上，对高级班学生坚持高标准严要求，促使他们更加严谨、谦虚，不断超越自己。对中级班学生采用激励评价，既指出不足又指明努力的方向，促使他们积极向上。对低级班学生，应该寻找其闪光点，采用表扬评价及时肯定他们的进步，调动他们学习的积极性，同时让进步快的学生升到上一层，让他们感受到成功
7、的喜悦，从而进一步激发他们的学习积极性。 2.2.3 教学方法 教学方法是提高教学质量的关键环节之一。学生分类后考虑采用如下教学方法来提高教学效果。 问题式驱动。在知识点的讲授过程中采用“提出问题、分析问题、解决问题”的模式，引导学生由生动的实例过渡到数据结构的算法中。例如：在讲最短路径时，首先提出：“如果你去华东五市旅游，你怎样安排行程使花费最少？”让学生发表自己的想法。进而就此问题引导他们使用 Dijkstra 算法来解决，然后讲述这个算法，最后对应到程序上去。通过这种方式调动学生的主动性，营造活跃和谐的课堂气氛。 采用现代化教学手段强化教学效果。针对教材制作多媒体课件，课件中包括动态演示
8、过程，如链表的建立、删除，入栈、出栈等。通过动画演示的手段把抽象的内容更形象的展示给学生，降低了理解的难度。另外，课后通过网络平台加强教学的互动性。学院的网络资源非常丰富，教师在课后录制了课程的视频。多媒体课件、习题与视频都可以上传到网络。另外学院还配有“数据结构”课程论坛，这样，课后学生可以随时上网浏览、学习、下载、讨论，实现互动式教学。 加强实践环节。 “数据结构”是一门实践性很强的课程，设计好每一知识单元的实验是提高学生实践能力的关键。因此，在实践课上可针对不同层次学生设置难度系数不等的实验性题目，学生以小组为单位完成实验，每个小组的学生分工合作，有利于培养学生团结协作与沟通的能力。 2
9、.2.4 教师队伍和教材建设 教师在教学的过程中起主导作用。教学质量的高低，取决于教师队伍的素质。课程组师资队伍中，现有 1 位副教授，3 位讲师，1 位助教，根据现有的情况，2 至 3 年内，该队伍中应达到 1 名正高，2 名副高，形成正高、副高、讲师、助教合理的教师梯队。 教材是课程的根本。教材是对课程内容及其内在思想、方法的表述。由于我院学生层次为三本和专科，学生的基础相对薄弱，结合本校实际，我们编写了数据结构理论与实践(杨勇虎、樊晓勇、闫海珍等，编著，东北大学出版社，2007)。本教材在内容上与国际接轨，除了讲授基本数据结构外，还配备完整的程序代码，让学生进一步理解理论算法，降低了实践
10、的难度。在内容的组织上，采用了提出问题，分析问题、解决问题的模式。在处理知识面的宽度和知识点的深度上，既满足基础课的要求又能达到一定的水平。 2.2.5 考核方式及成绩记载 由于进行分层次教学，如何设计考核方案从而达到组间学生成绩的公平性也是影响教学效果的一个重要因素。 “数据结构”的教学内容包括理论教学和实践教学。理论教学与实践教学相对独立，理论考试与实践考试分开计算课程成绩，理论考试采用笔试的方式，实践考试采用上机测试的方式。由于各个类别的不同层次在教学内容上有所区别，侧重点有所不同，所以考试时采用不同试卷。 学生进入某层次之后，按照该层次的教学要求进行学习，并参加该层次的期末考试。学生不
11、能跨类别参加学习和考试。 参加 B 层次考试的学生，其期末考试成绩按原始成绩如实记载；参加 A 层次 (C 层次) 考试的学生，其期末考试成绩按如表 1 所示办法换算后记载，加(减)分范围为 5-10 分。各层次总评成绩记载分数均为 0100 分。 3 结束语 对于“数据结构”课程进行分层次教学是一种新的教学模式，实质上是因人而异、因材施教，这有利于充分发挥不同层次学生学习的主动性和奋发向上的积极性，但由于学生是流动的，传统班级的概念被打破，学生管理上就可能会出现新的问题。因此必须全面加强管理，大胆地进行管理体制的改革，使新的管理体制能够适应教学改革的需要。分层次教学对教师的要求更高，教师工作
12、量更大。需要教师有强烈的责任心，求实、创新的工作作风，因此必须加强教师队伍建设，不断提高教师队伍的整体素质、要合理调度教室和实验室，合理安排教学进程，保证教学改革的顺利实施。 参考文献： 1 郑健.计算机基础课实行分层次教学的探索J. 赤峰学院学报:自然科学版,2008(6). 2 孙卫加强高职高专计算机教学中应用能力的培养J. 计算机教育 ,2006(11) 3 尹航浅议在信息技术教学中实施分层教学J. 教学研究,2008(6). 4 王秀友,张永华 数据结构课程建设与改革浅谈J阜阳师范学院学报:自然科学版,2004,21(1). 5 葛建梅.“数据结构”课程教学方法改革的思考J.中国成人教
13、育 ,2008(1). The Thinking of Hierarchical Teaching Reform of the Data Structure Courses SONG Gui-juan (Computer Department, Dalian Neusoft Institute of Information，Dalian 116023, China) Abstract: The data structure course is an important basic course in computer programing, but there are some problem
14、s in teaching and they have influenced teaching results. This paper proposed the corresponding hierarchical teaching reform method。 Key words: data structure; hierarchical teaching; teaching management 单机多媒体本地影像视频的制作与探讨 关键词:单机多媒体;会声会影 11;记录短片 摘要:单机多媒体本地影像视频的应用在很久以前就已经得到重视,目前应用越来越广泛,虽然现在网络多媒体很流行,但是单机
15、多媒体的地位是无法取代的。本论文以会声会影 11 制作科技馆十周年纪录短片为例,对单机多媒体本地影像视频的制作过程和其中注意事项进行探讨。 一、多媒体技术和多媒体作品 多媒体一种全新的信息表现形式,诞生于 20 世纪 90 年代,是计算机技术发展的产物,它是一种将信息学,心理学,传播学、美学融于一体的传播媒体。 多媒体作品,即是计算机交互式综合处理多媒体信息-文本、图形、图像和声音,使多种信息建立逻辑连接,集成为一个系统并具有交互性满足应用需求的产品。简言之,多媒体技术就是具有集成性、实时性和交互性的计算机综合处理声音、文本、图形、图像的技术。多媒体在我国也有自己的定义,一般认为多媒体技术指的
16、就是能对多种载体上的信息和多种存储体上的信息进行处理的技术。 多媒体作品可分为两类,单机多媒体和网络多媒体。单机多媒体是指完全由本机提供多媒体应用所需的全部资源。例如,基于计算机的培训与教育、多媒体制作、多媒体写作、多媒体演示、多媒体计算机。网络多媒体是指基于计算机网络的多媒体应用。例如,多媒体电子邮件、计算机会议、Internet 电话,等等。多采用客户/服务器模式,也有对等模式。 二、单机多媒体本地影像视频的制作流程 第一步、根据使用者需求分析,制作者应该首先了解使用者的要求,与使用者协商,初步确定多媒体作品的内容和框架。 第二步、编写脚本 制作者确定作品基本内容之后,要将构想编写成文字,
17、以便制作多媒体时使用。 第三步、完善脚本 制作者将脚本编写完成之后,应该仔细审查,考虑内容的是否周全,制作方式是否合理等等,并与使用者进一步协商,将脚本完善。 第四步、产品设计制作者根据所编写的脚本,初步设计出一个产品框架。 第五步、各种素材的收集和处理制作者根据产品制作需要,通过各种方式收集媒体素材,并将一些素材进行处理,以便制作效果所需。 第六步、集成制作制作者根据脚本,将所需素材导入多媒体制作软件,并根据所需增添各种效果,将作品完善。 第七步、测试与优化作品制作出来之后,要经过测试,看能否播放,能否达到使用者的要求等等,如果不可以,则要进一步修改,知道双方满意为止。 第八步、刻录,完成作
18、品作品制作完善之后,从多媒体制作软件中导出,并刻录成光盘。 三、对单机多媒体本地影像视频制作的支持环境 ( 一)硬件条件 摄像机、麦克风、喇叭、扫描仪、绘图仪、光驱、大屏幕高分辨率彩显、高质量彩打、大容量高速硬盘、高速 CPU、高速内存、高速 Cache (二)基础软件 Intel MMX 技术 ,多媒体扩展指令集,这些指令能够加速处理有关图形、影像、声音等的应用,MMX Pentium CPU 加强了 Pentium CPU 在多媒体处理功能的不足,它可以利用其内建的多媒体指令来模拟 3D 绘图的处理、MPEG 的压缩/解压缩。立体声的音效等,只要是软件支持 MMX CPU,即可以取代这些硬
19、件的接口而达到多媒体的功效。英特尔开发的最早期 SIMD 指令集 ,可以增强浮点和多媒体运算的速度。 ( 三)操作系统 操作系统管理计算机资源,隐蔽下层基础设备的物理特征,向使用者提供高效、方便的使用环境。多媒体操作系统有两种开发模式,一种是扩充传统操作系统,一种是使用微内核体系结构从头构造。 四、多媒体制作平台软件的选择 多媒体编辑工具包括字处理软件、绘图软件、图像处理软件、动画制作软件、声音编辑软件以及视频编辑软件。文字处理:记事本、写字板、 Word、WPS; 图形图像处理:PhotoShop、CorelDraw、Freehand;动画制作:AutoDesk Animator Pro、3
20、DS MAX、Maya、Flash;声音处理:Ulead Media Studio、Sound Forge、Cool Edit、Wave Edit;视频处理:Ulead Media Studio 、Adobe Premiere、After Effects 、Edius、Vegas。 五、总结 单机多媒体本地影像视频的应用越来越广泛,在这方面的研究具有重要的意义,本文介绍的方法和案例,对从事多媒体作品制作有关人员具有参考价值。 参考文献: 1 胡伏湘.多媒体技术教程.清华大学出版社,2006,5 2会声会影 11 从入门到精通.人民邮电出版社,2008,9 3纪录片原则的起点与终点-关于纪录片制
21、作“道德问题“ 的思考作者: 肖平.期刊-核心期刊现代传播 MODERN COMMUNICATION.2004 年第 05 期 摘要:文章描述了莱钢板带厂生产过程中西门子 TDC与 ABB 变频器之间通讯技术的应用。主要介绍 TDC 控制系统在现场总线通讯模式下的设置及应用,ABB 变频器的控制字和状态字,以及通讯协议。 关键词:西门子TDC;ABB 变频器;现场总线;通讯 Communication between TDCABB with Profibus-DP Hu Meng,Sang Sen,Zhuang Ningning (ShanDong LaiWu Steel GroupAutom
22、ation Department,Laiwu271104,China) Abstract:The article introduced the technology and applications about communications between ABB Inverter and TDC with the production process in LaiWu Steel Group.TDC control system introduced in the field bus communication mode settings and applications,ABB inver
23、ter control word and status word,as well as the communication protocol. Keywords:Siemens TDC;ABB Inverters;Filedbus;Communication 电气传动历来就是自动化控制中相当重要的一部分,那么与传动系统特别是变频器之间的通讯就成为重中之重。 Profibus 是目前工控系统中最成功的现场总线之一,得到了广泛的应用。它是不依赖于生产厂家的、开放式的现场总线,各种各样的自动化设备均可通过同样的接口协议进行信息的交换。Profibus-DP(Distributed I/O Syste
24、m-分布式 I/O 系统)是一种经过优化的模块,有较高的数据传输率,适用于系统和外部设备之间的通信,远程 I/O 系统尤为合适。它允许高速度周期性的小批量数据通信,适用于对时间要求苛刻的自动化控制系统中。Profibus-DP 现场总线系统可使许多现场设备在同一总线进行双向多信息数字通讯,因此可方便地使用不同厂家生产的控制测量系统相互连接成通讯网络。 一、系统配置及通讯协议 1.系统配置: 该系统以西门子公司和 ABB 公司的相关产品来实现全数字交流调速系统在 Profibus-DP 网中的通讯及控制原理。其 Profibus-DP 网控制器为西门子技术和传动控制系统 TDC,变频器为 ABB
25、 公司的 ACS800 系列,变频使用一台整流器下挂逆变器的形式,从而组成一个 DP 网络。编程软件为 PCS7+D7 SYS 软件,用于对 TDC 编程,对 Profibus-DP 网进行组态和通讯配置使用软件 Comprofibus 5.1。上位机画面操作采用WinCC5.1 进行画面编程和操作,与 TDC 通讯采用以太网通讯方式。 2.通讯协议:在本系统中,TDC 作为主站,变频器作为从站时,主站向变频器传送运行指令,同时接受变频器反馈的运行状态及故障报警状态的信号。变频整流和逆变器通过 DP 线连接,接入 Profibus-DP 网中作为从站,接受从主站 TDC 来的控制。变频器现场总
26、线控制系统若从软件角度看,其核心内容是现场总线的通讯协议。Profibus-DP 通讯协议的数据电报结构分为协议头、网络数据和协议层。网络数据即 PPO 包括参数值 PKW 及过程数据 PZD。参数值 PKW 是变频器运行时要定义的一些功能码;过程数据 PZD 是变频器运行过程中要输入/ 输出的一些数据值。Profibus-DP 共有两类型的网络 PPO:一类是无 PKW 而有 2 个字或 6 个字的 PZD;另一类是有 PKW 且还有 2 个字、 6 个字或 10 个字的 PZD。 二、TDC 项目系统组态及通讯编程 1.通讯模板端口组态。通讯模板采用 CP50M0,此模板集成了 2 个PR
27、OFIBUS DP/MPI 接口,并集成了 8MB 通讯缓存。TDC 通讯模板 CP50M0 可以作为PROFIBUS 的主站,可以独立存在于 DP 网络中或与其他 DP 主站一起组成多主站PROFIBUS DP 网络。TDC 通过 COM PROFIBUS 软件完成网路组态。 2.通讯接口初始化。在硬件组态中,将 CP50M0 的 X1 组态为 PROFIBUS 接口,其符号名显示为D1600C.X01。在 CPU1(D01P01)中,插入新的 CFC 程序,命名为 COMABB。在 CFC 程序中插入PROP 功能块,对 CP50M0 的 X1 的端口进行初始化 ,即利用 CP50M0 的
28、 X1 作为PROFIBUS 的通讯接口。分别插入 CTV 和 CRV 功能模块,并通过他们与 DP 从站( 变频器)交换数据。 三、变频器运行设置 变频器与 TDC 建立起硬件连接后,启动变频器,完成对变频器通讯参数的设定。 1.基本设置:(1)51.01- 模块类型,本参数显示由传动装置探测到的模块型号。其参数值用户不可调整。如果该参数没有定义,则不能在模块与传动之间建立通讯。(2)51.02-本参数选择通讯协议类型,“0”为选择 Profibus-DP 通讯协议。(3)51.03-本参数为 Profibus 连接选择 PPO 类型,变频器的 PPO 类型应与 TDC组态的 PPO 类型一
29、致。(4)51.04-本参数用于定义设备地址号,即变频器的站点地址,在Profibus 网络上的每一台设备必须有一个唯一的地址。 2.过程参数的连接。过程参数互联完成 NPBA-12 双端口 RAM 连接器与变频器相应参数的定义和链接,包括主站(TDC)到变频器的链接和变频器到主站的连接两部分,在变频器上设定下列连接参数。 (1)从 TDC 发送到传动装置变频器的PZD 值:1PZD1-控制字,如变频器的启动、停止、急停等控制命令。1PZD2-变频器的频率设定值。 (2)从传动装置变频器发送到 TDC 的 PZD 值:1PZD1-状态字,如报警、故障等变频器的运行状态。1PZD2- 变频器的速
30、度实际值、电流实际值等。 结语:变频器控制系统采用了 Profibus-DP 现场总线控制模式后,系统运行稳定、可靠,操作简单方便,并且可以根据工艺需要进行灵活的参数修改。该系统在实际应用中效果良好,是一个值得同行业借鉴的成功典范。 参考文献: 1 鲍勃祥,陆章杰,王世宁.西门子TDC 编程及应用指南.北京航空航天大学出版社,2007 2 王有铭,簏守礼,韦光.控制轧制.北京:冶金工业出版社,1986 3喻士林等.电气传动自动化技术手册.北京:机械工业出版社,1992 摘 要:“操作系统”课程的理论性和实践性都很强,本文从北京航空航天大学操作系统课程设计出发,针对操作系统实验中存在的问题,通过
31、分析、借鉴国内外著名大学的经验,以 MIT 操作系统实验为基础设计了一套以 MIPS 为硬件平台的操作系统实验,并在北航选取了一些学生进行应用。 关键词:操作系统; 实验设计;教学实践 中图分类号:G642 文献标识码:B “操作系统”课程内容丰富,既要讲授关于操作系统的基础理论,又要让学生了解实际操作系统的设计与实现。操作系统实验设计正是该课程实践环节的集中表现,不仅使学生巩固理论学习的概念和原理,同时培养学生 的工程实践能力。国内很多大学都非常重视操作系统实验设计,北京大学根据 MIT 课程,建立了自己的操作系统实验体系;清华大学专门设置了操作系统专题训练课程,以提高学生的工程实践能力;南
32、开大学提倡使用系统仿真的实验环境加强学生理论联系实际的能力; 浙江大学提出了“边学边干”的操作系统教学理念。 北京航空航天大学计算机学院在2006 年将“操作系统”课程分成了两门课程:一门讲授“操作系统”原理,一门“操作系统课程设计”专门进行操作系统实验。本文将以 MIT 的操作系统课程设计为基础,介绍在操作系统课程设计中,让学生自主开发一个小型教学操作系统。由于开发一个实际的操作系统难度和工作量很多,为了保证教学效果,我们首先为学生提供一个基础系统,该系统实现操作系统中最基本的部分。在此基础上,学生可以再进一步扩充,实现一个完整的操作系统。将来可以与硬件课程进一步集成,将教学操作系统移植到学
33、生自己开发的硬件平台中。我们试图通过操作系统作为纽带,将计算机硬件与软件结合起来,培养学生对计算机系统的整体认识。1 目前存在的问题 在前几年的教学实践中,我们尝试过Nachos、 Minix、Linux 和 Windows 四种不同类型的实验,目前保留了 Linux 和 Windows 两组实验。每类实验包含 4 组实验,每个(组) 同学选做一类实验 ,并完成该类中全部 4 组实验。Linux 实验包括“Yalnix Shell” 、 “虚拟存储” 、 “作业控制系统 ”、 “文件系统操作”或“模拟文件系统”(后面两个实验选做一个 )。Windows2000/XP 实验包括“生产者消费者问题
34、” 、“Windows 虚拟存储器管理” 、 “NDIS 协议驱动程序的分析与改进” 、 “虚拟磁盘的文件系统驱动程序设计” 。 这两组实验与主流操作系统结合紧密,极大地提高了学生的专业技能。虽然这些实验已经在国内一流院校中广泛使用,但是仔细分析我们可以发现,这些实验大部分还是停留在系统编程的水平。因此为提高操作系统教学水平,我们必须向国外研究型大学看齐,改进操作系统的课程设计。 2 国外主要研究性大学操作系统实验 我们选择了四所大学的操作系统实验情况进行重点介绍。 Brown University 课程名称 cs167/cs169operating system Fall 2006 cs16
35、7 课程介绍操作系统的基本原理 cs169 课程:学生每人用 C编写一个简单的、单内核操作系统。所写的操作系统在技术上等价现代的操作系统 实习项目:Kernel 1,Kernel 2,虚拟文件系统,文件系统,虚拟存储 基础系统:Weenix Princeton University 课程名称:Operating Systems Fall 2006 实习项目:项目 1:引导机制;项目 2:非抢占式调度;项目 3:抢占式调度;项目 4:进程间通信与进程调度;项目 5:虚存;项目 6:文件系统 University of California at Berkeley 课程名称:Operating S
36、ystems and System Programming Spring 2006 实习项目: 工程为仿真 MIPS 平台构造操作系统有 4 个工程。工程 1:线程管理;工程 2:多道程序设计; 工程 3:高速缓存和虚拟存储 ;工程 4:网络和分布式系统 Harvard University 课程名称:CS161: Operating Systems Spring 2006 实习项目 :工程 0:熟悉 OS/161 以及其运行环境 System/161;工程 1: 同步;工程 2:系统调用和进程;工程 3:虚拟内存;工程 4:文件系统 MIT 课程名称:6.828: Operating Sys
37、tem Engineering - Fall 2003 (for graduate student) 实习项目:工程 1:启动装载过程;工程 2:内存管理;工程 3:进程和上下文切换;工程4:Fork 和进程间通信;工程 5:简单的文件系统; 工程 6:编写一个 Shell 从上面的分析可以看出,这几所大学操作系统实验内容丰富、难度大。这些大学都有同一个理念:要想学好操作系统,最好的办法就是自己编写一个操作系统。因此,我们希望借鉴这些大学的实验内容,提高北航操作系统实验难度。 3 操作系统实验改进思路 随着学校对课程建设的重视,很多课程,例如“程序设计” 、 “编译原理”等课程的实验有了很大改
38、善,学生的动手能力也得到了进一步提高。在此基础上,我们已经具备了尝试难度更高的操作系统课程设计的条件。因此,在操作系统课程设计上,可以让学生自主开发一个实际的小操作系统。 由于开发一个实际的操作系统难度和工作量很多,为了保证教学效果,我们准备采取循序渐进的、分层设计的方式,首先为学生提供一个基础系统,该系统实现操作系统中最重要、最基本的部分。在此基础上,学生可以再进一步扩充,实现一个完整的操作系统。这种新的实验模式在保证教学效果的基础上,有利于充分发挥学生创新潜能。4 实验设计 4.1 实验内容 我们调研了MIT、CMU 等几所著名高校的课程设计,决定以 MIT 的课程设计为基础 ,在操作系统
39、课程设计上,让学生自主开发一个实际的小操作系统。实验包含 6 个部分,各个部分的相互关系如图1 所示,具体实验内容如下。 (1) 启动和系统初始化:通过 PC 启动的实验,掌握硬件的启动过程,理解链接地址、加载地址和重定位的概念,学习如何编写位置无关代码;通过实现 setjmp 和 longjmp 两个函数,掌握 GCC 的调用规范和硬件堆栈结构。 (2) 内存管理实验:理解虚拟内存和物理内存的管理 ,实现操作系统对虚拟内存空间的管理。 (3) 进程管理:通过设置进程控制块和编写进程创建、进程中止和进程调度程序,实现进程管理;编写通用中断分派程序和时钟中断例程,实现中断管理。 (4) 系统调用
40、:掌握系统调用的实现方法,理解系统调用的处理流程,实现本实验所需的系统调用。 (5) 文件系统:通过实现一个简单的基于磁盘的微内核方式的文件系统,掌握文件系统的实现方法和层次结构。 (6) 命令解释程序: 实现具有管道,重定向功能的 shell,能够执行一些简单的命令。最后通过调试将六部分链接起来,使之成为一个能够运转的操作系统。 4.2 实验环境 选择一个完整硬件仿真环境。我们准备根据当前流行的主流硬件,选择开放源代码项目 bochs 和 GXemul 作为仿真环境。另外建立一个完善的实验环境 ,将操作系统实验用到的各种软件安装在一个服务器上,为每个学生建立一个独立的帐户,学生可以在任意机器
41、上远程登录到我们的服务器,完成实验任务。 另外,操作系统的实验需要与硬件课程实验和编译实验进一步集成,学生可以将教学操作系统移植到学生自己开发的硬件平台,并且运行学生自己开发的编译器所编译的程序。图 2 描述了操作系统实验各个部分与硬件的关系(该硬件环境详见参考文献 )。图 3 描述了操作系统实验与编译实验和硬件实验的关系。 4.3 目前已完成工作 目前已完成的工作: (1) 建立了一个以 GXemul 为基础的仿真环境,可以运行操作系统,并实现操作系统的调试。 (2) 建立了一个以 GCC 为基础的 MIPS 交叉编译环境,可以用于编译操作系统以及其他应用程序。 (3) 六个实验已经可以在仿
42、真器上运行 (见图 4)。 5 经验总结与下一步工作 2006 年,我选了一个学生以这个操作系统实验作为毕业设计题目,硬件平台为 x86,他当时完成了 4 个实验。2007 年在计算机学院组织下我们选了 6 名学生将该实验在一学期内移植到了 MIPS 仿真平台。通过这些实践,我们发现对于本科生这些实验难度还是太大,很难完成 6 个实验。因此,我们下一步需要采取循序渐进、分层设计的方式,进一步简化实验,多给学生提供一些示例代码,编写详细的实验文档和实验指导手册。 参考文献 : 1 陈向群 . 操作系统实习教学经验R. 全国第八届操作系统课程教学研讨会,2005. 2 史广顺,韩维桓,袁晓洁. 南
43、开大学“操作系统”课程建设的思考J. 计算机教育,2006(7). 3 宋广华,李善平,郑扣根. 边学边干:操作系统课程教学改革的探索与实践 J. 计算机教育,2006(7). 摘要:“大学计算机基础”是高职人材培养各专业计算机技术应用的基础。本文围绕这一问题,就如何培养学生更好地利用计算机去解决专业领域及日常事务中的问题,如何提高学生利用信息技术解决专业领域问题的能力和意识进行探讨。对教学中推进理实一体化的教学模式改革,淡化理论(课堂) 与实践 (上机)的界限,树立理论为实践服务的理念进行探索,并讨论以任务驱动案例教学实践为主的方法,以掌握计算机的基础知识和综合应用技能为核心展开教学,培养学
44、生计算机的应用技能和创新精神。 关键词:大学计算机基础;理实一体化教学模式;应用能力培养 1 研究背景 1.1 课程开设的性质和任务 “大学计算机基础”作为大学生计算机教育的第一层次,是高职人材培养各专业计算机技术应用的基础。高职院校开设“大学计算机基础”的任务是让学生更好地利用计算机去解决专业领域及日常事务中的问题,提高学生利用信息技术解决专业领域问题的能力。 1.2 教学目标剖析 高职院校“大学计算机基础”教学一是不能脱离应用,要培养学生的计算机素质,其核心是要培养学生计算机的操作技能和综合应用能力。二是要恰当体现基础课教学的特征,因为一些相对稳定的、基础性的、让学生长期受益的教授内容,对
45、学生终身学习和主动应用计算机至关重要。 1.3 高职院校计算机基础教学存在的问题 (1) 由于信息技术的发展,近几年计算机基础教育教学内容、教学大纲都发生了巨大的变化,要求也不断提高,高职院校学生的基础素质普遍低于本科院校。 (2) 目前云南省对计算机基础教育的要求,从教学内容、教学大纲到学生计算机等级考试大纲本、专科学校采用同一标准。专科高职院校没有适合高职人才培养的教学大纲。 (3) 从高职院校人才培养目标来看 ,“大学计算机基础”课程使用本科教材,理论内容偏多,有些内容难度太深,上机实验教材操作步骤显得粗略,综合应用方面的训练不够,教学理论脱离实际应用,无法达到以培养学生计算机操作技能和
46、综合应用能力为核心的教学目标。 (4) 教学内容聚增 ,但学时减少,新入学的学生计算机应用能力参差不齐,按照现行的教学大纲,教学难以组织。 1.4 解决办法 鉴于上述原因,我们按高职人才培养目标不断修改教学内容和教学大纲,在原有专科教学模式基础上推行理实一体化教学模式改革,以“前课堂后实训室”模式建设理实一体的教学环境,按“任务分析-理论讲解-操作演示-技能训练”的进程实施理实一体化教学。教学过程融 “教学做”于一体,使理论与实践的结合更紧密,学生能较快较好地实现从理性知识 作者简介:王瑛淑雅(1961-),女,副教授 ,本科,主要从事计算机教学与研究工作。 到感性认识的转移,实现知识与技能的贯通,提高教学效率,最大限度地培养学生动手能力、分析问题和解决问题的能力。 2 理实一体化教学模式的建设措施 2.1 理实一体化教学模式的理念与内容 (1) 按照教学目标 ,将课程内容分为三个模块:计算机基础知识、计算机基本技能、计算机应用能力三个模块。 (2) 编写实训教材,建设实验任务与综合应用实训项目体系。 (3) 根据高职人才培养需求精减教材内容,对理论知识的掌握以够用为原则,将原有的教学时数压缩,压缩出来的时间用来进行综合应用项目的训练。 (4) 建立理论与实践一体化教学的教学理念,淡化理论(课堂) 与实践 (上机)的界限,理论为实践服
