操作系统课程简介

(一)课程性质

    计算机操作系统是计算机系统中最不可缺少的、最常用的、最核心的、最接近于计算机硬件的系统软件。“操作系统”课程综合了各种操作系统的结构、设计思想、方法、技术和理论,其特点是内容繁多、概念抽象、理解困难、掌握不易,其内容教学对于学生建立计算机系统整体概念、深刻理解计算机系统运行机制和学习其它计算机专业课程是极其重要的。“操作系统”课程不仅是计算机专业本科和研究生最核心的课程而且演变为信息科学类学生的专业技术基础课,并随着新专业的增加和学校招生规模的扩大,学生数量还将逐年增加2009年将成为全国计算机科学与技术专业硕士研究生统一入学考试专业科目,也是很多其它院校博士入学考试科目。因此,操作系统既是理论性很强又是实际应用紧密相关的一门专业基础课程。

    该课程的主要授课对象是信息科学与工程学院各专业的本科学生,另外,还开设了研究生选修课网络操作系统课程。操作系统的授课任务由信息学院计算机科学与技术系承担。本科授课安排在第5学期进行,授课学时为64学时,先修课为:数字电路、高级语言、数据结构、计算机组成原理、编译原理等。

    课程结束后,安排一周课程设计,而且使学生在系统软件设计、团队协作、编写多道程序、撰写设计报告等多方面的能力得到综合的锻炼。

(二)课程目标

    本课程的培养目标是使学生掌握计算机操作最核心的概念、原理和方法,深刻理解计算机系统运行机制,提高系统软件的设计能力和创新能力。通过理论学习和实践环节为学生以后从事的各种研究、开发工作,打下一个坚实的专业理论基础,培养学生开发系统软件开发技能、分析问题和解决问题的能力。

(三)课程重难点

    课程重点:操作系统在计算机系统作用、多道程序系统、处理机管理、存储器管理

    课程难点:进程的同步和互斥控制、虚拟存储器管理

    解决办法:
  
(1)课堂教学采用启发式,突出解决问题的思维方法、技术技巧和创新理念;精心总结了进程同步操作的基本步骤,引入丰富的生活和实际例子,将消费者和生产者实例扩展为由最简单形式到最复杂形式的演化过程;
  
(2)安排专门的习题课,培养学生归纳、分类、分析综合能力;
  
(3)通过提供的自主学习环境提供丰富的描述和大量的练习深化内容的理解;
  
(4)采用多媒体技术制作教学CAI课件,充分利用该课件,直观、逼真、立体动态演示等功能讲教学难点化解;
  
(5)安排一周课程设计实践内容对进程同步控制等难点内容消化理解。

 

四)教材与参考资料

 

    (1)选用西安电子科技大学出版的由汤子瀛、哲凤屏等编著的经典的《计算机操作系统》。该教材81年出版以来,分别于84年、92年、96年修订并于2001年再版,曾获1987年、1996年电子工业部优秀教材二等奖和一等奖,是目前销售量最大的操作系统教材。目前采用的是该教材的第三版的修订版,是高等学校工科电子类规划教材精选系列教材,也是新世纪计算机类本科系列教材,其内容丰富,反映了当代操作系统的新技术。

    (2)课题组对积累沉淀的教学资源进行整合和优化,编写了内容丰富、切实可行、行之有效的《操作系统》课程设计指导书,作为课程设计的教材。(1)选用西安电子科技大学出版的

    (3)申利民教授根据近20年从事计算机操作系统教学和科研实践的经验及体会,编写出版了《操作系统常见题解析及模拟题》,作为老师和学生的辅助教学资料。该书对经典的操作系统理论和概念进行了系统的归纳总结,同时反映操作系统新的方法和技术。该书通过阐明基本要点、分析难点、突出重点来帮助学生对基本概念和原理的理解,提高学生分析问题和解决问题的能力。通过基本概念的理解,常见问题的解析,模拟试题的体验,使学生在有限的时间内掌握本课程教学及考试的基本内容。经过几年使用说明该书达到能读、会读、易读、好读的效果。

    (4)选择了高教出版社引进的优秀英文教材《Applied Operating System Concept》作为辅助教材,作为双语学习教材使用,收到很好的辅助效果。

    (5)采用我们自己开发的网上教学CAI系统,为学生构建了网上自主学习环境,该系统集中体现我们的教研成果,集学习、辅导、答疑、提交及修改作业于一体,全面地综合了多种教学手段,不仅可以辅助教学,而且可以作为独立的自学工具。

主要参考资料

[1] 屠立德.计算机操作系统基础. 北京:清华大学出版社

[2] 申利民. 操作系统常见题解析及模拟题.北京:国防工业出版社.2004

[3] Abrraham Silberschatz.  Applied Operating System Concept. John Wiley& Sons / China High Education Press,2001

[4]申利民,何海涛,贾彦国 等.操作系统课程设计指导书. 燕山大学课程与教材建设项目,2007

[5] Harry M. Brelsford. Windows2000 Server 核心技术精解.中国水利水电出版社,2006

[6] 何海涛,申利民. 操作系统CAI 系统  /oscai

(五)课程建设 

     2004年燕山大学操作系统课程获得了河北省“精品课程建设”的荣誉称号。经过5年继续建设,教学团队共获得教学研究成果8项、教学立项8项,其中,获得河北省教学成果一等奖1项、河北省教学成果二、三等奖各1项、教育部优秀奖1项、校级一等奖1项,国家大学生创新性实验计划项目1项、省部级教研项目1项、市级教研项目1项、校级教研项目1项,完成的校级教研项目中优秀2项、良好1项,编写和出版教学著作2部,发表教研论文2篇。详细情况如下。

    (1) 贯彻和实施了学研产良性互动的计算机及信息技术类人才培养机制,“计算机信息技术类高素质人才学研产互动培养机制的研究与实践”于2008年获得河北省教学成果一等奖.(08041003),申利民教授指导的学生谭悦获国家大学生创新性实验计划项目的1万元人民币的资助。

    (2)构建了“微内核和大外壳”的内容体系,出版了《操作系统常见题解析及模拟题》设计编写了满足多层次需要的《操作系统课程设计指导书》尝试了无意识、无障碍的双语教学;

    (3)精心选取了与多核处理器技术紧密相关的操作系统、编译原理、并行与分布式计算课程组成课程模块,利用“强内核,柔外壳”的课程框架将多核处理器技术内容系统地引入到课程内容中,并通过软件虚拟技术搭建了实验平台,与英特尔公司联合创建“燕山大学-英特尔多核技术实验室”,系统地构建了“相互促进、资源共享、协同演化”的课程体系。“面向多核处理器的课程模块研究与实践”,获2008燕山大学教学成果一等奖,2009河北省教学成果奖三等奖。

    (4)构建了自主学习的环境和CAI系统,开发设计了智能组卷系统,并推广使用到计算机文化基础课考试中,2008年获河北省教学成果二等奖;设计、开发和实施了“操作系统精品课程教学辅助平台”,获得了软件著作登记权教育部第六届全国多媒体教育软件大赛优秀奖

    (5)在操作系统教学中开展了柔性教学的试验,构建了“强内核,柔外壳”的内容框架体系,进行了多教师交叉授课,构建了自主学习的环境和CAI系统。申报成功河北省教育科学研究“十一五”规划重点资助课题 “基于柔点的计算机科学与技术专业柔性教学模式研究”(06020497),申报成功秦皇岛市科学技术研究与发展计划课题“基于Web的柔性化教学管理系统的研究与实践”,在《计算机教育》上发表了“基于柔性的教学管理模式的研究与实践的论文。

(六)师资队伍简介

    目前共有8名教师承担本校的操作系统教学任务,特点如下。

    学历结构:具有博士学位教师6人,博士学位教师占教师总数的75%以上;

    职称结构:教授6人,副教授2人,具有副高级职称以上占教师总数的100%;

    年龄结构:45岁以下教师4人,占教师总数的50%以上,40岁以下教师2人;

    学缘结构:3位教师博士毕业于外院校,1名教师硕士毕业外校,后在我校获得博士学位。

    操作系统教学团队是一支稳定的,具有丰富事业、成就、学术、技术、工程背景和丰富内涵的高素质教学团队。近五年,主持和承担国家级项目8项,省部级项目10项,发表论文 110篇,获省部(市)级奖励8项,参加国内外学术活动36次,有3名教师具有海外留学经历,申利民教授2009年评为燕山大学教学名师。

(七)教学设备和图书资料 

     学校具有多媒体多功能教室100多个,授课采用传统的板书与先进的多媒体教学相结合的方式,该课的实验及课程设计在计算中心进行,设备先进,场地充足,可同时容纳600多人,可进行网络教学,有计算机600多台,服务器10余个,可充分满足教学及实验要求。

     学校图书馆具有大量的计算机操作系统及相关内容的图书,供学生及老师借阅,学院图书室也提供了与操作系统课程相关的图书资料供老师随时借阅。

    另外,校园网上还提供了丰富的数字图书等电子资源,教学团队也有较充足的教学参考资料。

(八)教学内容、方法与基本要求

     (1) 教学内容
     操作系统是重要的计算机系统软件,同时也是最活跃的学科之一,其发展极为迅速。在教学内容方面注意跟踪面向21世纪教学内容改革的新动向,不断更新教学内容,介绍了90年代引入或广泛使用的技术,如微内核结构、线程等,随着网络的广泛使用,还增加了系统安全性保障的内容。其主要教学内容包括:操作系统概论、进程管理、作业调度、存储器管理、设备管理、文件管理、操作系统接口、UNIX/WINDOWS NT/2000简介、网络操作系统简介、多核处理器管理等。

    (2) 教学方法
     本课程采用以教师讲课为主、课件”为辅。 重点及难点内容采用传统的板书式教学,强调思维和理解的过程,结合课堂讨论和习题讨论,同时利用操作系统 CAI课件将枯燥难懂的部分进行展现和形象说明。

    (3) 课程设计内容
    “操作系统”课程设计安排第五学期的授课之后,时间为一周。这时的学生刚刚进入专业课程的学习,对于编程语言和开发工具的掌握还不够熟练。以往的课程设计题目和内容范围比较广,但是时间有限,效果不是非常理想。现代操作系统最核心的概念是多道程序、进程和线程。为此,将设计目标为突出为掌握多道程序及其进程同步和互斥的设计的基本方法,同时引入多核处理器控制和管理题目,使学生在有限的时间内,利用诸如VC++和Java掌握多道程序及其进程同步和互斥的设计的基本方法,不仅要使学生掌握操作系统的核心概念,而且使学生在团队协作、编写多道程序、撰写设计报告等多方面的能力得到综合的锻炼。

(九)考核方式 

    该课程是考试课,采用(笔试)闭卷考试方式,在《操作系统常见题解析及模拟题》的基础上建立了不断完善的试题库,具有丰富试题类型和题量。

    考题设计的指导思想是注重能力的考核,而不是记忆的考核。采用“单选择、多选择、判断正误、简答、解答”五种题型的进行考核,考试内容强调大题量、全覆盖、强重点,题量在50道以上。

    课程设计作为单独一门课程,考核方式为提交课程设计说明书,上机演示答辩,在课程设计指导书给出了明确的、合理的评分和验收标准。