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Computer Education 精品课程巡礼第八站:同济大学

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“操作系统原理”课程建设的体会
同济大学 张惠娟/文
识体系, 强化了实践应用技术, 体现了 软件工程专业本科生教学中的理论、 技 术与工程结合的特色。 具体来说, 在教 操作系统是计算机系统的核心软 件, 是其它软件运行的基础, 是计算机 系统开发的基础平台。 操作系统在计算 机系统中的特殊地位, 使得 “操作系统 原理” 课程在计算机课程学习中占据重 要的地位。 “操作系统原理” 课程主要介绍操 作系统的设计方法和实现技术, 讲授众 多操作系统的设计精髓。 课程学习者是 站在操作系统设计者的角度来研究和 学习操作系统的实现技术, 而不仅仅是 从操作系统使用者的角度来学习某一 个特定操作系统。 例如, 在技术更新方 面, 操作系统课程的学习者既要紧跟操 作系统软件技术的发展, 也要紧跟硬件 技术的发展。 一方面, 操作系统自设技 术在迅速发展, 促使学习操作系统课程 必须去了解该新型操作系统的实现机 理和设计思想; 另一方面, 计算机硬件 技术迅速发展, 必须了解和掌握硬件平 台技术,方能有效实现管理。 目前,Intel 多核技术的出现,也 促使操作系统设计者和学习者充分研 究多核架构技术, 研究能充分发挥多核 CPU 架构性能的操作系统,实现对硬 件资源的有效利用和管理。
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1 课程特点与定位

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教学目标的确定
同济大学软件学院操作系统课题

学课程过程中,形成了如下教学特色: 以操作系统原理为核心 ,构建先 进明晰的课程群 形成了基于操作系统课程,以 Linux 操作系统为主线的、从外围到核 心的课程体系。 主要包括: Linux 导论、 Linux 内核原理与分析、Linux 设备驱 Vxworks 实时操作系统。教学 动程序、 层次分明、 思路清晰, 教学内容彼此呼 应,教学团队责任明确,系列课程(实 验)相互配套。 以学生能力培养为目标,实施新 颖有效的教学方法 开设“实验室课堂” ,构建“操作 系统案例库” ,并结合课程设计和综合 实验加强系统编程与内核模块设计。 通 过教案电子化、 教学资源网络化、 参考 资料广域化, 师生交流多样化强化课程 内容的理解和运用。 合理选用教材,保持教学内容的 先进性 现代操作系统技术飞速发展, 硬件 上多核架构的出现,软件上新型 Windows Vista 操作系统产品的出现,

组确定了操作系统课程教学的三个环 节,即:理论教学+项目模拟+课程设 计。其中,理论环节是基础,项目模拟 是过渡,课程设计是目标。 理论教学环节的目标是: 在理论层 面上, 让学生全局理解现有操作系统设 计的基本方法和思路, 纵向体会操作系 统设计思想的发展过程。 项目模拟环节的目标是: 让学生切 实融入实现细节, 深入理解操作系统关 键部件的具体实现机制, 横向体会操作 系统设计思想的实现方法。 课程设计环节的目标是: 在操作系 统设计实践层面上, 让学生全面理解操 作系统的实现过程, 整体体会操作系统 设计思想和实现过程, 并最终构建一个 具有个性特色的操作系统雏形。 通过上述环节, 课题组在操作系统 课程教学过程中, 形成了课程理论与实 践相互促进的、 积极的、 充满生机活力 的互动教学机制,提高人才培养质量。

3

教学特色的形成
“操作系统原理” 课程体现了一种

都要求操作系统的教学内容必须及时 更新,与时俱进。选择优秀、合理的原

整体性课程建设的思想, 优化了系统知

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版教材, 是保证授课内容质量的重要因 素。 精心备课,科学授课,突出课程 内容的系统性和完整性 在备课时, 从操作系统是资源管理 者的角度出发, 以管理的思想为主线贯 穿整个课程; 学生将自己摆在 “管理者” 的角度上学习, 按照提出问题——分析 问题——解决问题的思路, 循序渐进地 遍历整个课程内容。 注重实践环节,强调能力培养, 改革作业和考试方式 充分结合项目模拟和课程设计实 验环节, 让学生对抽象概念通过实践环 节理解,拓展深层次思考。对于作业, 除了传统的书上练习题, 还增加了交互 模拟、 编制模拟小程序等新的形式; 在 考试方面, 打破以往单一的闭卷考试模 式,根据闭卷考试成绩、作业、实验、 研究性学习等方面的情况, 对学生的学 习成绩和学习能力给予综合评定, 全面 考察学生的综合素质。 鼓励教师启发式教学,引导学生 自主性学习 教师指定可选的专题分类, 学生自 主选题,然后组成研究学习小组 (2-3 人为一组),以小组为单位开展研究, 从而提高学生自主学习的积极性。 研究设计教学方法与手段,提出教 学质量和教师素质要求 不断探索和改革教学方法和手段, 学 面: 完善教学理念和教学手段 教学

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导作用, 形成一套有效的实施规范, 是 目前需要继续建设的内容。 构建体系化的操作系统课程系列 在这里强调体系化, 是基于以操作 系统课程为基础的课程体系, 该教学体 系将起到“承前启后”的作用,即除了 本学科体系外, 也包括相关的课程体系 材料,如 Linux 课程体系的材料。

程的应用, 讲述应用需求对操作系统的 要求。例如,开设嵌入式操作系统 (MS-WinCE、VxWorks)、通用操作平 台(如 MS-Vista)、 移动终端操作系统(如 Symbian 、 Brew) 和大型机主机操作系 统(如 z/OS)等讲座。 充分利用模拟技术,进行形象化

对于比较难懂的具体算法和结构, 利用一组界面友好的模拟程序让学生 在课后通过动态交互和观察进行学习, 加深对教学内容的理解和掌握。

融入最新软硬件技术的课程内容 目前,Intel 多核技术已经以成熟、 优越的性能得到广泛应用。 针对工作在 多核架构上的操作系统平台, 研究多核 技术对操作系统性能的改善, 探讨对自 身实现技术的改进, 充分发挥多核带来

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教学改革的措施
对“操作系统原理”课程建设的规

的高性能等, 都是操作系统课程中应该 融入的新内容。 如何将此类新技术有机地融入到 操作系统课程教学中, 并教授学生学会 多核环境下的多线程程序开发, 是本课 程项目建设中需要研究的内容。 建立多层次实验内容和实验手段 操作系统课程教学依照三个环节: 理论、模拟、设计。以理论教学作为学 习基础,项目模拟作为操作系统设计实 现的过渡, 课程设计作为教学最终目的, 形成多层次的实验内容和实验手段。 目前, 学生最感兴趣的部分, 也是 难度最大的部分, 即课程设计所需要完

划和初步设想,目前主要表现在以下方

“Learning by doing”教学理念的 精髓是要激发学生探索的积极性, 真正 提高学生的动手能力和综合能力。 从学生角度, 操作系统课程不再是 单纯的概念和思想的传授, 而是自己主 动介入到操作系统的理解当中; 从教师 角度, 操作系统课程不再是经典的教学 结论, 而是不断探索并与学生共同成长 的过程。 从教学手段上来说, 改变传统教学 方法, 形成以项目为驱动, 以案例为导 向的教学方法。 同时, 针对不同专业方

成的操作系统雏形部分。 该部分涉及的 习国内外优秀教学模式, 通过教材、 教师、 向,不同接受能力的同学,因材施教, 技术点多, 要求学生有很强的动手能力 教学、辅导、实验、讲座、交流、反馈 采用不同级别的案例教学。 等多种途径,提高教学质量。同时,分 在现有“Learning by doing”教学 以及充足的学习时间等。 为使这项工作 顺利进行, 构建有效的实验平台, 提供 科学的实验指导等都是需要继续建设 和完善的内容。
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如何将该理念更有效地体 析问题,总结经验,完善教学评价方式。 理念基础上, 开展操作系统发展的系列学术交流 根据操作系统课程内容及相关课 现在具体的操作系统课程教学中, 更加 发挥学生的主观能动性以及教师的指


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