基于CDIO的《操作系统原理》应用型本科教学改革初探.pdf

I S S N1 0 0 9-3 0 4 4C o m p u t e rK n o w l e d g ea n dT e c h n o l o g y 电奠知识i 技术V 0 1 6，N o 3 3，N o v e m b e r2 0 1 0，l a p 9 3 7 7-9 3 7 8，9 3 8 0基于C D I O 的操作系统原理应用型本科教学改革初探丁宋涛，徐金宝，刘晓璐，屠立忠(南京工程学院计算机r 翟学院，江苏南京2 1l1 6 7)E m a i l：w h x c c c c n e t e l ih t t p：w w w d n z s n e t c nT e h+8 6 5 5l 5 6 9 0 9 6 35 6 9 0 9 6 4摘要：C D I O 是当前高等工程教育的一种新型教育模式，它以培养下一代国际化工程师为目标。该文通过以C D I O 的高等工程教育目标，针对“操作系统原理”课程的教学现状。探讨了基于C D I O 教学理念的“操作系统原理”教学改革与实践，基于多年的应用型本科教学实践提出了该课程教学改革的6 项具体措施。关键词：C D I o；操作系统；教学改革；应用型本科生中囝分类号：G 4 2 4文献标识码：A文章编号：1 0 0 9-3 0 4 4(2 0 1 0)3 3-9 3 7 7 0 2V i e w sO nT e a c h i n gR e f o r mo fo p e r a t i n gs y s t e mp r i n c i p l e st oA p p l i e dU n d e r g r a d u a t eB a s e dO nC D I OD I N GS o n t t a o，X UJ i n b a o，L I UX i a o l u，T UL i z h o n g(C o l l e g eo fC o m p u t e rE n g i n e e r i n g，N a n j i n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y，N a n j i n g2 1116 7，C h i n a)A b s t r a c t：C D I Oi sC U l T e u t l yan e we d u c a t i o n a lm o d e lo fh i g he n g i n e e r i n ge d u c a t i o n，i t so b j e c t i v ei st On u r t u r et h en e x tg e n e r a t i o no fi n t e m a t i o n a l i z e de n g i n e e r s I nt h i sp a p e r，b ya n a l y z i n gt h eC D I Og o a l so fh i g he n g i n e e r i n ge d u c a t i o n。s t a n d i n go nt h eo p e r a t i n gs y s t e mp r i n c i p l e st e a c h i n gS t a t U S，d i s c u s s e st e a c h i n gr e f o r ma n dp r a c t i c eo fo p e r a t i n gs y s t e mp r i n c i p l e sb a s e do nt h ei d e a so fC D I O，c o n s i d e r i n gt h et e a c h i n gp r a c t i c eo fa p p l i e du n d e r g r a d u a t ef o rm a n yy e a r s，p r o p o s e ss i xs p e c i f i cm e a s u r e st Oi m p r o v et h et e a c h i n gr e s u l t s K e yw o r d s：C D I O；o p e r a t i n gs y s t e m；t e a c h i n gr e f o r m；a p p h e du n d e r g r a d u a t elC D I o 与操作系统教学现状C D I O 代表构思(C o n c e i v e)、设计(D e s i g n)、实(I m p l e m e n t)和运作(O p e r a t e)。C D l 0 作为当今国际高等工程教育的一种创新模式，是由麻省理工学院(M r D 和瑞典皇家工学院等四所大学共同倡导，集多国工程教育精英耗资数百万美元所建立的一整套工程教育理念和实施体系，这种模式更注重扎实的工程基础理论和专业知识的培养，并通过贯穿于整个人才培养过程团队设计和创新实践环节的训练，培养既有过硬的专业技能，又有良好的职业道德的国际化工程师。操作系统原理是计算机学科最重要的专业基础课程之一，该课程重点介绍操作系统的基本原理和实现技术，是计算机系统的核心组成部分，是计算机及相关专业的最重要主干专业核心课程之一。操作系统是计算机工业诞生以来，最为庞大、复杂的系统软件。因而。这门课程的教学、学习任务面临着诸多困难和疑惑。南京工程学院作为国家级卓越工程师教学培养汁划的试点单位之一，立足于应用型本科的教学实践，为了更好地教好这门课程，我们结合当前操作系统教学现状及一些教学经验，对该课程的教学进行探讨并提出一些建议。1 1 现有教材偏重理论。与应用型工程实践有一定距离由于操作系统原理是计算机专业的核心专业，国内多所大学根据其自身特点，设计了与其特点相适应的授课内容。国内知名大学教材内容选取中。始终跟踪国外最新的操作系统原理教材的发展情况，密切关注现代操作系统中普遍采用的设计原理与实现技术，力图向学生介绍最新的操作系统原理与技术，已达到不断强化学生科研、创新能力的培养目标。国内流行的操作系统原理的教材，大多出自研究型大学的编著、发行。其教材特点往往体现了全、新、深的特点。首先，这些教材立足于全面介绍操作系统特质，因此教学内容相当繁复。其次，为了突出当今操作系统的发展方向，这些教材大多力求与工业界保持较高的时效同步性。最后，为了重点培养学生的高技术刨新能力，这些教材对于操作系统特性挖掘相当深入。显而易见，这些教材对于操作系统原理的理论拔高较为艰深，对操作系统理论的本质有较为深入的探讨，必然对于应用型实践关注不足。1 2 11 2 知识体系不协调学生的学科阎知识连贯意识不足在撩作系统原理的教学实践中，我们发现，出于大多数学生处于长期的应试化培养模式，主动思考能力较为欠缺，其典型特征在于：只关注“点知识”，缺乏大局观。饲如。操作系统虽然是系统软件。但是其特性，将不可避免的受到硬件平台的制约与限制。离开了对硬件特性的理解，学习操作系统原理只能是学会了“虚拟机”。这样就会严重制约其动手实践能力的提高。从而无法达到“C D l 0”的最终目标。收稿日期：2 0 1 0-1 0-1 0基金项目：南京工程学院校级精品课程建设项目资助(操作系统，2 0 0 7 年)；南京工程学院国家卓越工程师培养计划试A(2 0 1 0 年)作者简介：丁宋涛(1 9 8 2 一)，男，江苏南京人，讲师，硕士，博士在读，研究方向为软件工程。本栏目责任编辑：主力万方数据C o m p u t e rK n o w l e d g ea n dT e c h n o l o g y 电脑知识与技术第6 卷第3 3 期(2 0 1 0 年1 1 月)1 3 实践能力缺乏动手意识薄弱基于“C D I O”的教学目标，理解原理仅仅是初步的要求；接下来，依据原理进行试验验证，是加深理解的中间环节；最后在理解原理的基础上动手改造、设计实验、产品才被认为是真正理解，掌握r 一门学科的知识。很明显，技能培养，尤其是工程技能培养是“C D I O”的根衣目标。存教学实践中，我们发现，操作系统的原理性思想，学生能够听得懂。当要求学牛对于操作系统原理进行验证时出于部分同学前继基础程序设计语言、数据结构不足，其完成验证性实验的能力就已经十分勉强。学生对于设计型实验的畏难情绪更加普遍，这严重制约了学生对于操作系统原理的熟练掌握。同2 教学改革建议2 I 删繁就简，量体裁衣设计符合自身特点的应用型本科教材作为卓越T 程师培养计划的试点单位，必须立足于实用型工程实践的出发点，并以此设计、研讨其教学实践工作a 首先，我们应当看到培养人才目标的差异。国内研究型大学注重理论创新，关注科研活动。其目标是培养计算机科学家。相比较而言，应用础人才大多活跃在工业实践、工程活动之中，其目标是计算机工程师。其次，我们应当看到培养对象的差异性，研究型大学的培养对象总体智力水平较高，在智力创新方面有一定优势。因此。其更应当侧重于智力创新能力的培养。而应用型大学的培养对象则应当充分借鉴其智力创新的成果。即培养创新成果的转化能力，即能够理解现有理论，并根据工程实践环境实现理论情景。对此，我们大胆的对现有的国内教材傲了修订珊减部分内容，不追求新、全、深，而立足于精、细、透。我们认为只有将基础原理讲明白、说透彻，才能够有所启发、有所提高。对于繁多的操作系统种类，我们删繁就简，重点介绍主流的W i n d o w sP C 系列操作系统和L i n u x 内核结构，以求精。对于日新月异的技术，我们强调技术本质、技术渊源例如，对于流行的多核技术，其本质就发源于并发技术我们在教材中投人大量篇幅详细介绍并发技术。以求缨。面对操作系统的理论基石。我们立足于具体平台，涉及具体硬件结构，以求透。2，2 打通学科间障碍形成知识体系对于操作系统原理，如果局限于基本理论知识的掌握和一些典型算法的实践，那么学生裁很少有机会去了解、实践操作系统的内部结构和实现技术。我们认为操作系统作为计算机工业的核心技术，必然与计算机装置本身有着密不可分的关联。为了培养学生对于计算机的全面认识，我们提出操作系统原理是侧重于计算机工程实践中，软件方法对于硬件资源的配置、管理，使用的思想结晶。操作系统原理讲解的内容是计算机硬件资源的软件实现方法：如何用进程调度C P U 资源；如何用页面算法组织主存资源；如何用中断调度列表控制设备响应等等。这些是逻辑思维控制物质的艺术。同时我们向学生介绍，对于计算机，既要学会从软件方向看硬件，也要学会从硬件方向看软件。只有这样，才能真正学“活”操作系统。对此，我们不仅仅立足予操作系统原理本身这门课，还有效地整合其他科目的课程设置，一起推动这门学科的根本教学目标。我们将操作系统原理与计算机组成结构放在瞄一学年度，并且有意识商学生强漏：疆件结梅与软件方法是操作系统实现的一体两面，尽可能的从教学层面上打破学科同界限，培养操作系统的“活”思维。2 3 实验引导从“手把手”到自己干针对现有学生实践能力不足我 f j 调研发现：大多数学生的学习热情不足的主要原鼹在于无法入门。万事开头难，同时我们还发现学生的创新能力不足，但是模仿能力不低。对此，我们积极转变思路，在实验设计上下功夫针对性的、利用现有多媒体的设备，将导引性质的、有一定复杂程度的实验，录制实验视频。将教师如何搭建平台，完成编码设计，错误调试的环节一一记录让学生模仿、实现。这样大大降低了学生的学习曲线，有效的激发了学生兴趣，尽量做到“师傅领进门”的工作。1 4 12 4 运用短学期。强化数据结构与算法和操作系统的深入学习计算机软件的基础就是程序设计但由于学生的基础以及学习压力等实际情况，相当一部分的同学对于程序设计的理解不是很深刻。因此，对于C D I O 的试点班，每年采用假期中的一部分时问，一般在2 5 天左右，形成短学期也q“第i 学期”，在这个短学期里，主要以数据结构与算法和操作系统作为主要学习对象和目标，并且是全力以赴予以强化。在这段时问里学生参与听课、上机实践和动手设计，所有的工作部是与数据结构(包括算法)和操作系统有关，经过这种刻苦训练与强化，采用案例和工程实践教学，效果将会有明显提高。2 5 渐渐以L i n u x 作为主要操作系统剖析对象，增强操作系统的学习L i n u x 操作系统是一个有生命力、功能强大的系统，并且以C 语言作为主要编写语言，以其自由、免费、开放吸引着无数的爱好者。“n u x 不仅用在网络服务器和个人机七，也广泛应用在嵌入式系统以及钾能移动设备上。著名的A n d r o i d 也是开发在L i n u x 操作系统之上。以t i n u x 作为操作系统的宅要教学对象，不仅可以学习弼先进的操作系统结构悬想和灵巧的程穿设计技巧，同时对L i n u x的分析可以直接促进L i n u x 在工程中的应用以及应用软件的设计与开发。并且，在此基础上，可以做到自己能够独立开发一个独立的操作系统。这样的学习，不仅有直接的实用价值，同时对提高学生的学习自信和兴趣带来重要的鼓励和信心。辫2 6 与相关的软件技术公司建立合作。共同进行操作系统的教学与实践计算机技术的学习贵在应用。应用犁本科生更是强调“学以致用”的教学理念。在操作系统的教学中，可以引入相关的一些有技术实力的公耐，来参与操作系统的教学和应用，并经常组织学生到对E l 的公司去感受操作系统学习在工程实践中的应用，并可以经(下转第8 0 页)9 3 7 8，计算机教学与缸膏僖息化一-本栏目责任编辑：王力万方数据C o m p u t e rK n o w l e d g ea n dT e c h n o l o g y 电知识1 j 技术第6 卷第3 3 期(2 0 1 0 年1 1 月)3 实验内容与课堂内容相结合我校模拟电子技术课程共有1 2 学时5 个实验，分别为“常用电子仪器的正确使用”、“晶体管共发射极放大电路”、“差动放大器”、“R C 分立元件振荡电路“集成运算放大器的应用”。计算机类学生在前期的“电路与系统”、“信号与系统”课程当巾已经接触过部分电子仪器，但是对于模拟电子技术实验来说还远远不够。因此在第一个实验“常用电子仪器的正确使用”巾，要详细讲解示波器、函数信号发生器、交流毫伏表的仪器的简单原理和使用方法。后续的四个实验都是对课堂内容的验证、实践。因此要注重实验电路板与课堂知识相结合，要求学生提前预习实验内容，在讲解时利用理论知识，先引导学生对实验电炉进行分析，然后得出理论分析结果。再进行实验，并与理论值进行比较=在实验结束时，通过实验总结讲评，进一步加深理解。同时增加创新环节，如“集成运算放大器的应用”实验鼓励学生自己设汁电路实现特定运算，实验室为学生提供毖备的元器件，通过思考、设计、实验验证的过程。提高学生的独立思考能力和动手能力。4 优化更新教学内容在讲解理论知识时，适当插入一蝗对业界动态的介绍和评述例如集成电路目前的集成度及其更新速度，提高学生的学习兴趣。此外现在电子类学生大赛种类繁多，而这类大赛汁算机业的同学也是经常参加，但是正如前文所述，露进行电子设计时，即使负责的足软件部分对硬件也要有一定的了解。冈此结合学生的兴趣点，在课堂卜引入电子设 t-大赛的题目。引导学生进行电路的分析、思考巩固并提高理论知识的掌握，同时活跃课堂气氛提高学牛的学习必趣。并且可以让学生加入到教师的项目或组队参加电子设计大赛。既提高了动手能力又可以使学生对于模拟电子技术课程的认识不仅仪局限1：抽象的电路图，真正实现教学爿的。参考文献：【l l 曹佃国，武毛强，张市华“模拟电f 技术”教学改革探索电气电子教学学报【J 1 2 0 0 9(8)2 1 薛延侠模拟电f 技术课程教学改革的探索f J J 西安邮电学院学报，2 0 0 9(11)3 1 张杰“模拟电子技术基础”入J 教学方法探讨【J J 小同电力教育，2 0 1 0(1)(上接第9 3 7 8 页)常请相关公司有实际开发经验并深入到操作系统内核编程的T 程师做讲座，提高学生对学习操作系统的兴趣，并且能够知道学好操作系统的实用价值。目前，由于操作系统的教学主要讲解的是一些基础原理，当课程卜完了，学生除了会做儿个题外，不知有什么实践意义。增加与企业的合作与交流，能够消除这种学完之后，“如在雾中”的飘渺感觉。3 结束语“操作系统原理”作为计算机专业的核心课程它的教学工作理应得到进一步的加强。往此过程中，我们根据应，H 型本科教学的实际情况，基于“C D I O”目标，调整教学内容，加强应厢与实践环节，以工程能力培养为导向，从教学内容教材没汁、学科搭配、实验改进等几个环节全面提升教学工作，以期打开符合“C D I O”培养目标的新局面。参考文献：【l1C r a w l e yEF，M a l m q v i s tJ，O s t l u n dS，e ta 1 R e t h i n k i n gE n g i n e e r i n gE d u c a t i o n：T h eC D I OA p p r o a c h M B e r l i n：S 埘n g e r,2 0 0 7 2】陶勇芳，商存慧C D I O 大纲对高等T 科教育创新的启示 J】中国高教研究，2 0 0 6 01)：8 1-8 3【3】康丽军关于操作系统课程改革的探索与实践阴太原大学学报，2 0 0 5(3)：2 0 0 4【4】于渊O r a n g eS：-个操作系统的实现【M J 北京：电子工业出版社，2 0 0 9 1 5J 费翔林L i n u x 操作系统实验教程【M】北京：高等教育出版社,2 0 0 9 本】兰目赛仔编辑：T 力万方数据基于CDIO的操作系统原理应用型本科教学改革初探基于CDIO的操作系统原理应用型本科教学改革初探作者：丁宋涛，徐金宝，刘晓璐，屠立忠，DING Son-tao，XU Jin-bao，LIU Xiao-lu，TU Li-zhong作者单位：南京工程学院,计算机工程学院,江苏,南京,211167刊名：电脑知识与技术英文刊名：COMPUTER KNOWLEDGE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：2010,06(33)参考文献(5条)参考文献(5条)1.费翔林 Linux操作系统实验教程 20092.于渊 Orange S:一个操作系统的实现 20093.康丽军 关于操作系统课程改革的探索与实践 2005(03)4.陶勇芳;商存慧 CDIO大纲对高等工科教育创新的启示期刊论文-中国高教研究 2006(11)5.Crawley E F;Malmqvist J;Ostlund S Rethinking Engineering Education:The CDIO Approach 2007 本文链接：http:/