时间:2023-03-06 15:55:13
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇操作教学范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
感性认识是认识的第一阶梯,实践是掌握知识的桥梁,又是检验理论知识的唯一标准。让学生动手去操作、实践,不应该是盲目的,而应是在教师的指导下,有目的、有计划地进行,落脚点在于使学生发现规律,掌握规律,运用规律。
例如在教圆面积的计算,推导圆周率“丌”的值时,让学生每人都用硬纸板剪三个直径大小不等的圆,各自在直尺上滚动测量,然后计算出圆周长与直径的倍数,学过反复地操作实验,都能按要求完成任务,并对圆获得了较深刻的印象,一提到“π”的有关问题,学生都能对答如流,记忆犹新。
又如在教三角形的内角和这部分内容时,要求学生事先准备好三角形学具(每人三个,直角三角形、钝角三角形、锐角三角形各一个)及量角器、直尺等,充分让学生进行操作实验,通过量、折、剪、拼等活动,引导学生讨论,三角形的内角和是多少度?因为学生经过实际操作,所以很快得出三角形的内角和是180。。又如在教长方体的概念时,要求学生准备好能搭成长方体的学具,找一些长方体的实物,如火柴盒等。先让学生观察,初步感知长方体,再让学生用学具搭一搭长方体。经过讨论,学生能很快说出长方体的一系列特征。这样做,丰富了学生的感性认识,从而逐步形成空间概念,
二、运用直观操作,培养学生的空间想象力
小学生思维方式主要是具体形象思维,他们根据空间概念,进行想象的能力较差,因此,在教学中,教师必须利用直观教具,操作演示,帮助学生想象,培养想象力。例如.在几何形体的表面积的实际计算中.难点在于丰富学生的空问想象力。这就要求教师.引导学生通过直观操作、演示,训练学生的空间想象力。计算长方体(或圆柱体)水池四周和底面粉刷水泥的面积,计算铅笔涂漆部分的面积,计算组合形体的表面积(长方体上面一个正方体)等,这些都可让学生根据实物(或学具)进行想象,这些问题的解答就能较好地培养学生的空间想象力。
三、动手操作,培养解决实际问题的能力
数学来源于生活,更要应用于生活。教师要指导学生在操作实践中应用所学知识,提高综合运用知识解决问题的能力。例如:我在教学四年级数学下册“数学广角”这个单元的植树问题时,有这样的一条练习:工人要在一条100米长的公路一旁种上树苗,每隔5米种一棵(两端都要种),需要多少棵树苗?读完题目大部分学生大声叫道:“我懂,很容易!”尤其是中下等生喊得特别大声。接着我问:“能口算出来吗?那答案是多少?”“能??20棵!”他们都异口同声说道。这时,我不忙告诉答案,要求他们动笔来算一算,我下去巡视,发现他们都用100÷5=20(棵)。此时,我还是不告诉答案,要求他们再用笔在草稿纸上画线段图来表示,数一数,看“20棵”对吗?接着,他们就在草稿纸上认真地作图,不久答案就出来了。“老师,我们的答案不对了!应该是21棵才对!我们做的时候少了一步,应该还用20+1=21(棵)。再如:我在指导学生完成六年级数学上册练习十四的第6题时,(题目是:“学校要建一个直径是10米的圆形花坛,你能用什么方法画出这个圆?”)学生在做这个题目时,先让学生读懂题目的意思,再问:“有谁能画出这样一个圆吗?”这时,有的学生说:“我的作业本没有那么大。”有的说:“我没有那么大的圆规。”有的说:“我们去哪里找那么大的纸张”还有的说:“我把它缩小成直径是10厘米的圆,再画出来。”有的学生怀疑这个题目有问题,小声说:“题目出错了吧。”有的开始与周围的同学讨论起来等等。还有一些同学坐在那里继续思考。我又说:“老师给时间,你们再考虑一下,能画吗?”这时,一位男同学(名叫韦虎成)站起来说:“老师,我懂了!我能画。”“你是怎么想的?请把你的想法说给大家听,好吗?”我问他。于是他把自己的想法说出来:“可以利用两颗铁钉当作圆规的两个脚,把它分别固定在5米长的一条线的两端,先把线的一端的钉子固定在地上,拿着线的另一端的钉子,并拉紧这条线在地上画一圈,就可以画出直径是10米的圆了。”接着我就组织全班同学到操场去观看他的操作过程 。就这样,通过动手操作就能帮助学生解决生活中的实际问题。
四、数学操作在计算教学中的应用
在汁算教学中,有的教师认为计算没有什么道理可讲,只要让学生掌握计算方法后,反复“演练”就可以达到正确、熟练的要求了。结果,不少学生虽然能够依据计算法则进行运算,但因为“算理”不清,知识迁移的范围就极为有限,无法适直计算中千变万化的各种情况。通过操作可以使计算变得生动活泼,多姿多彩,
如一年级教学初步认识“交换加数的位置.和不变”的性质时,先让学生观察教师左手有3支绿粉笔,右手有5支白粉笔,然后要求学生按照教师两手出示的顺序列出加法算式,并计算出结果。先左手后右手,列式为:3+5―8;先右手后左手,列式为:5+3=8。使学生看到加数位置的交换,只不过是出示顺序的变化,因此,并不影响计算的结果。
五、数学操作在应用题教学中的应用
解答应用题,首先要培养学生认真读题、审题的习惯;其次必须把题目的情节、数量关系等外在因素转化成学生内在的认识,在解题时,自始至终地保持在学生头脑之中。也就是说,要让学生身临其境,进入角色。
如有这样一道应用题:“小明和张红都有20张画片,张红送给小明3张后,小明比张红多多少张?”可以请一位同学扮演小明,另一位同学扮演张红,通过一送一接转化为一加一减,全体同学就能意会到“小明比张红多6张画片”。
六、数学操作在几何教学中的应用
中图分类号:G633 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2010)09-0224-01
示范操作是生产实习教学的重要环节。它是用形象的语言、规范的动作,帮助学生形成鲜明的表象,把理论知识和实际操作有机地联系起来。它能够把抽象问题具体化,理论问题感性化,深奥问题通俗化,复杂问题简单化,为学生掌握操作技能打下良好的基础。
一、示范操作安全第一
厂矿企业安全第一,技工学校实习教学也要安全第一。因此必须把安全始终如一地贯彻在示范操作当中。示范操作一是防止自伤,如减速器伞齿轮压铅丝时,左手旋转一轴,而右手伸进箱体前必须扣好或扎紧袖口并且脱去手套,这样伸进箱体的手既可以感觉到铅丝的下落,又不致被齿轮绞伤。二是防止他伤或伤他,如打击工件时一要检查工具(如榔头与把的安装可靠性);二要检查工件夹持、固定程度和工件即将离体时的趋势、去向,严防飞出或坠落伤人;三要有足够的操作距离,严防相互挤碰。三是防止拆装时损坏工件,要放好位置,选好工具,根据结构和工艺要求进行拆装。四是电气带电、误送电、未放电操作等,液、气压带压、未卸荷操作等。
二、做好示范操作的前提
较丰富的专业知识和熟练的操作技能是做好示范操作的前提。技工学校是传授操作技能,培养合格的中、高级技术工人的学校。实习指导教师必须具备大专以上文化水平和专业知识,高级工以上的操作技能,两者缺一不可。如果仅有文化和专业理论知识,就不能很好地理论联系实际,不能把理论上的具体要求,通过示范操作形象地表现出来;如果仅有实际操作而没有一定的文化水平和专业知识,就不能把操作技能、技巧的深刻内涵体现出来,就不能生动地做好示范操作。
我们技校实习指导教师有的是留校学生或大、中专院校的分配生,有的是来自厂、矿单位的技术工人或工程技术人员。他们都有各自的优势和不足。如何提高实习指导教师的素质是做好实习示范操作的一大课题。我认为应做好以下工作。
1.有计划地开展教学规范的训练。根据技术等级和专业理论知识的标准,结合教学内容,按时间和工艺等方面要求制定各层次实习教师具体标准,有计划、有步骤地训练,然后由主管部门评定,在训练的过程中提高操作技能。
2.开展教师业务素质的交流。实习指导教师的专业理论知识和实际操作技能各不相同,但各有优势。在安排任课时,应根据教师的素质和特点合理搭配,优势互补,相互促进。
3.定期培训。一是抽出一段时间在校内进行集中培训,提高基本功。二是有计划地组织实习教师下厂、矿了解企业生产状况,学习现场经验,使学校与现场紧密结合。三是到先进的职业院校或现代化企业参观,学习新工艺,掌握新技术,更新知识,开阔视野。
三、做好示范操作的必要条件
掌握实习教学规律是做好示范操作的必要条件。实习教学是一项复杂细致的工作,实习教师必须掌握《教育学》、《心理学学》、《教学指导》等教学理论。在示范操作中充分发挥实习教师的主导作用,选择行之有效的方法,调动学生的学习积极性。对于各种示范操作要灵活运用、相互协调,要掌握示范操作的广度和深度,启发学生积极思考,发挥模仿作用,使学生尽快地掌握操作技能。
四、提高示范操作效果的重要保证
充分集中学生注意力是提高示范操作效果的重要保证。充分集中学生的注意力,才能提高示范操作的效果。当然集中学生的注意力,不仅仅是使学生的注意力集中在某一方面,而是要使其有效地分配在示范操作中。一是从时间上分配,让学生把主要时间集中注意在主要目标的同时,不断的抽出较少时间注意其它有关方面;二是从感官上分配,让学生的不同感官分别注意不同的情况;三是从动作上分配,使注意力主要集中在活动的变化方向上。教师在集中学生注意力的同时,要组织好学生的观看位置,使每个学生均能看清楚示范操作。如:凿岩机示范操作过程中,让学生不但观看拆卸动作,还要看清气路和水路的走向,并对拆装技巧加以讲解,这样就可以把注意有效地分配到示范操作中,提高示范操作的效率。
五、提高示范操作的根本保证
步骤清晰、动作准确是提高示范操作的根本保证。在示范操作过程中实习教师的操作动作一定要规范,要掌握好示范操作的准确性、协调性、操作速度、自动化程度、技巧程度,切忌遗漏、多余和不规范动作。实习教学的过程是一个由示范―模仿―练习―熟练―创造的过程,没有模仿就没有学习,没有学习就没有创造。如果教师的示范操作有多余动作、遗漏动作或不规范动作,学生模仿后将给留下一个难以改正的缺陷。
操作系统是现代计算机系统中必不可少的系统软件,计算机系统越复杂,操作系统的作用和地位就越重要[1]。操作系统是计算机科学与技术专业学生必须学习的专业课程,该课程为计算机应用人员深入了解和使用计算机提供了必备知识,为设计人员提供进行系统软件开发的基础理论知识,因此它是计算机专业的一门理论性较强的主干课程,同时它又是一门实践性很强的课程[2]。操作系统是计算机专业学生全面理解和掌握系统软件、应用软件设计方法和技术、了解计算机硬件和软件之间关系必不可少的综合课程。
1 操作系统现状分析
操作系统课程是一门重要的计算机专业基础课,长期以来,该课程的内容较为固定,授课方法较为单一。操作系统难学难教,有其课程自身的特点,归纳为以下几个方面[3,4]。
⑴ 教学内容比较陈旧
长期以来,操作系统课程的内容较为固定,授课方法较为单一,课程设置偏向理论,教材上的知识更新很缓慢,与前沿技术结合不紧密,与现实也脱节。
⑵ 应用性不强
操作系统首先谈的是管理方法,其次是实现方法,即算法;这一点不同于程序语言类课程或者数据结构等课程,可以直接当工具来使用,操作系统的应用不如其他课程来的直接;大多数应用型本科生学习目的是掌握实现方法,而对于其管理方法的分析与设计,一是还没有形成足够的认识,二是还没有到达综合系统分析和管理的层本文由收集整理次。所以大多数学生的体会是学了难用上,故而兴趣不大。
⑶ 实践难度大
操作系统作为最底层的软件,内核的编译和调试很困难,稍有不慎就可能使系统崩溃了,需要重装操作系统,费时费力;尽管目前多采用虚拟机做实验的方式,但涉及环境变化,部分实验与在真实平台下有差别,实验效果打了折扣。
⑷ 课程比较独立,延续性学习不够
学生目前训练较多的是基于某平台上的二次开发,涉及到系统的底层开发很少,这样导致操作系统的后续学习训练不够,与其他课程联系不够,显得比较独立。实际上,操作系统作为软硬件课程的纽带,应该对其他课程起到积极的引导促进作用。
基于上述分析,对操作系统教学改革提出了更高的希望和要求。本文对操作系统教学的现状及存在的问题进行了归纳总结,并提出了对操作系统课程教学改革的几点建议,供大家参考。
2 操作系统课程教学改革的对策
2.1 更新教学观念
学生有无进步或发展是教学有没有效益的惟一指标。传统教学方式重演绎、推理、按部就班,教师在整个教学过程中起主导作用。这样的教学会使学生的独立思考能力和创造能力被严重束缚。现今教学中的“应试教育”倾向其实也源于传统教学模式,即:教师讲,学生听;教师写,学生看;教师要求学生做;口头强调“启发式”教育,实际施行的却是“满堂灌”,教学中“费时低效”的现象还不同程度地存在,教学效益低下。教学不应该只是一个教与学的过程,还应该是一个师生互动的过程。在实际教学过程中,要以学生为中心,多采用启发式、讨论式、研究式教学,增加学生实践机会、自学机会和创新机会,充分发挥其个性和特长,以利于他们素质和能力的综合提高。
2.2 改革教学内容
目前,社会对嵌入式软硬件开发人才的需求很迫切,需求量也很大。作为应用型本科院校,有责任培养社会急需的工程类专业人才,学生也非常迫切地希望能够系统地学习嵌入式技术,得到规范的指导和训练,以获得更多的就业机会。因此,在确定操作系统原理授课内容时,我们跟踪操作系统原理和相关技术的教材,同时注重嵌入式知识的讲授,嵌入式技术是软硬件技术的高度耦合,涉及到的前期课程有:数字电路、电路分析、微机原理与接口、c语言程序设计、操作系统原理等。笔者提出在前导课程中有意识地加入嵌入式技术的知识和实践训练,做好铺垫,不仅有利于嵌入式人才的培养,构建新学科体系,还能提升专业基础课的教学质量,使老课程保持技术进步,达到学以致用的教学目的。
结合我院“创新性应用型特色名校”的发展目标,我们设计操作系统课内实验项目覆盖了进程控制、进程通信、线程(或者进程)同步和调度,存储器管理、系统调用,文件系统等方面。我系自主开发了基于μcos操作系统原理实验教学平台。该系统由主机和目标机构成,目标机运行μcos-ii系统,主机上运行qt应用软件,μcos-ii通过串口将数据传递给qt动画程序,qt动画程序将实时显示目标机的运行状态,并附有文字说明来帮助学生理解操作系统运行过程。
此外,积极引导学生参加科技竞赛活动,鼓励他们参加“博创杯”嵌入式设计大赛和齐鲁软件大赛等竞赛项目。通过科技创新活动,达到培养学生学习的兴趣和解决问题的能力。
2.3 丰富教学方法
围绕操作系统课程的教学目的,我们利用了多种教学方法,提高学生的学习能力。
采取课内教学与课外辅导相结合的形式。课内学习主要教师为中心,讲授操作系统的设计原理,实现的技术,以及在具体的操作系统中是如何实现的,主要采用启发式教学;课外辅导,以学生为中心,通过我院建立的课程网站,在开放性实验室进行自主学习和网络讨论,教师通过课程网站与学生交流学习心得。
课内实验与课外实验相结合。我们把操作系统的实验设计分成两部分,课内实验与课外实验。课内实验选择自编的《计算机操作系统实验指导书》中的几个项目,要求这些实验项在windows环境下,由教师指导,每个学生独立完成。通过此训练,使学生初步能用所学的软件设计技术和程序设计语言知识,解决操作系统设计原理中的一些关键问题,如:进程控制、进程通信、线程(或者进程)同步和调度,存储器管理等,既巩固了所学的操作系统设计原理知识、检查学习效果的作用,通过利用实验过程中解决所遇到的问题,也加深对操作系统原理知识的理解。我们把μcos内核剖析作为学生课外实验[5,6]。我们的具体的做法是:把学生分成若干组,每组布置一个实验题目,同学能过自学习完成,形成实验报告。然后把各组同学组织在一起讲解自己的实验项目。这样培养了学生的动手能力和创造能力,扩大了学生的知识视野。
2.4 加强教学成效考评
在中国人的传统观念里,上大学是读书的正道,成绩不好才不得不到职业学校学习成了社会、家长、学生的共识。在这种观念的影响下,社会对职业学校的学生就有了偏见。长此以往,学生自己也觉得矮人三分,在平时的学习、生活、人际交往中明显自信心不足,且学什么都提不起兴趣,至于专业操作练习就更是叫苦叫累,不愿动手,不肯勤练,觉得即使毕业也找不到好工作。应该说这是目前大多数职业学校面临的困境。那么,对此境况我们是一味地对学生“恨其无能,怒其不争”,还是先解决教师的认知问题?当然,首先教师要反省,必须树立“没有教不好的学生,只有不会教的老师”的观念。我就“如何让学生体验到专业操作学习是甜蜜的”这个问题谈谈自己的想法。
一、 信任是学习的第一要素
不论是学专业还是学理论,信任都是第一要素。在年少的时候,我们像白纸一样,所以对老师所教的东西、书本上所写的知识都是无条件地信任。那个时候我们总是力求把老师上课讲的内容一字不漏地记下来,或者把书本上的名言警句抄在日记本上细细品味。然而,当我们逐渐长大后,逐渐形成了对这个世界的看法。对老师所言和书本的所写总是持怀疑的态度。所以对于高中阶段的学生,教师的首要任务是和学生之间建立一种平等的关系,把学生当作我们的朋友,打开他们的心扉,重树他们对我们的信任。
二、专业操作的味道
对于职业学校的学生而言,专业操作技能的掌握是至关重要的,毕竟这是他们将来吃饭的“饭碗”。但现状是:一旦让学生进行专业操作练习,他们就心不在焉、懒懒散散、叫苦连天。关于这一点,我有深切的体会。那么,学生为什么会有如此的反应呢?我想,是教师没能让学生体味到专业操作的甜蜜。犹太人对知识的热爱众所周知,对人类文明的贡献,更是举足轻重。那么他们对知识的热爱靠的什么呢?被称为“犹太智慧羊皮卷”的经典《塔木德》里有这样一段话:
犹太小孩第一次上课,要穿上最好的衣服,由拉比或有学问的人带到教室。在那里,他会得到一块干净的石板,石板上有用蜂蜜写就的希伯来字母和简单的《圣经》文句。孩子一边诵读字母的名称,一边舔掉石板上的蜂蜜,随后,还要请他吃蜜糕、苹果和核桃。此举的目的是告诉孩子,知识是甜蜜的。
相对照我们的读书文化,简直充满了斑斑血泪。我们关于读书的文化联想,大抵具有悲凉之意,存在“十年寒窗无人问”的喟叹。所以,学生觉得学习是苦的,而学技能更是苦中之苦。在这样的心情下,学生显然体会不到学习的甜蜜与快乐。那么,教师该怎么做才能让学生感受到学习的甜味和乐趣呢?
(一)师生平等交流,尊重学生意见。
打破传统的操作教学程序,即教师先示范,学生再慢慢练的模式。教师要绝对地相信学生,充分发挥他们参与操作的积极性,并允许他们在操作过程中出差错。教师还要给予纠正,抑或跟学生探讨,让学生说出想法、阐述观点,最后达成共识。如此做法定能得到学生们的喜爱。例如,在餐厅服务课的托盘操作教学中,先给每个学生一个托盘,让他们自己试着托一托。那么,这个时候,十个学生就可能有十种不同的托法,甚至有些姿势会非常滑稽可笑。同学之间也必定会相互争论或相互取笑,如此这般,课堂气氛就一定十分轻松和愉快。在这样的序曲中,教师再拉开教学的帷幕,教学效果就不言而喻。当然,学生也不会叫苦,更不会觉得无聊枯燥,而一堂托盘操作课就这样轻松地完成了。因此,在专业操作教学过程中,尊重学生的意见,充分发扬民主,善于倾听学生的心声,无论对教学过程还是教学效果来说都是非常可贵的。
(二)培养学生对专业操作的爱。
兴趣是最好的老师。因此,教师在操作教学时的第一任务是培养学生对专业操作的爱和兴趣。学生只有爱操作了,对它产生浓厚的兴趣了,才会积极地参与,并发挥出巨大的潜能。例如,在教学上台面设计和制作时,先给学生们展现一些美轮美奂的台面设计经典,让他们充分地享受美,让他们在美中生爱,直至激起他们自己创造美的欲望。此刻,教师再娓娓道来,学生也就茅塞顿开、恍然大悟了,脸上也就洋溢着满意的笑容,心里则是另一番味道――甜丝丝。
(三)让学生看到专业操作的价值和前景。
在多年的带班过程中,我总能听到学生这样说:“餐厅服务操作技能太简单了,以后工作时再学也不迟。况且将来也不一定从事这一行,那现在不是白学了吗?”学生有这样的想法,我是很能够理解的。因为学生对这个专业操作技能的价值不了解,对这个专业的就业前景不看好。所以,专业教师应该先让学生了解托盘、餐巾折花、斟酒、摆台等操作技能在餐厅服务中的重要性。内行的人都知道餐厅服务工作是一项操作性很强的工作,这项工作做得好不好,客人是否满意,熟练而规范的操作技能是一项重要的检验指标。因此,一定要让学生明白在校期间所学的餐厅服务的各项操作技能的作用,其就像房屋的基石,也好似铁轨上的榫木。没有它们,万丈高楼不会平地起;没有它们,火车不会响,也不会有黄金万两的效益。餐厅服务工作是实实在在的面对客人的工作,这项工作如果出了差错,在很多情况下是无法弥补的,有些即使能弥补也会带来一定程度的负面影响。所以,在学校时熟练地掌握餐厅服务工作的各项操作技能对毕业后走上工作岗位非常必要。至于学生对专业前景的担忧,教师可以从以下几个方面来帮助他们。第一,让学生了解国内外餐饮服务行业的现状,并以从多方面、多渠道得来的信息帮他们分析餐饮服行业的发展趋势。应该说餐饮服务行业的前景还是很光明的,对服务员的需求量也很大,特别是具备高技能的优秀服务员,更是供不应求。学生了解这些信息后,自然就会信心百倍,在操作练习的时候也就会感到甜蜜、快乐。第二,帮学生进行职业生涯设计,让学生明白:他们的职业生涯是从他们选择这个专业的那一刻开始的,他们现在所做的一切都是将来工作的一部分,现在的基础越牢,将来的工作就越得心应手,前途也就越光明。
研究快乐教学,实践快乐教学,运用操作快乐教学技巧,不能搞形而上学,不能孤立地、片面地强调快乐教学的科学优势与教育价值,而应立足辩证的思想与科学的整合观,去分析、认识,把握快乐教学法与其他教学思想相互联系和系统效应的本质特征。一句话,就是要用科学发展观要求、掌握好快乐教学操作技巧。
快乐教学的操作技巧,概括起来为四个字“情、激、乐、动”,即突出一个“情”字(创设情境,激活情感),用活一个“激”字(多元化多方式激励学生),塑造一个“乐”字(兴趣强烈,气势和谐,神态欣喜,精神欢悦),追求一个“动”字(主体作用到位,主动思考学习)。
1、愉快游戏法。根据儿童心理特点,我们在教学中有意设一些同教学内容紧密联系,且符合学生爱动好玩特点的游戏性练习,使学生在游戏的过程中内化,巩固知识与技能。如在课堂上采用抽签背古诗,识字找朋友,对号入座,小鸟回家,脑筋急转弯抢答题等。愉快游戏的设计注意点:一是目的要明确,必须寓知识能力、思想教育于其中,二是趣味性要强,应能够引起快乐、活跃教学:三是组织要严密,确保
游戏的秩序和效果,切忌乱哄热闹,搞形式主义。
2、动态图片法。用色彩鲜明、形象生动、具有动态功能可使学生产生身临其境之感的课件、图片、资料引发学习兴趣,激起内心快乐。如演示“飞流直下三千尺……”、《观潮》一课播放影视资料等。静中之动与动中之静,最易引起人的注意与观察,缺少动态则效果不佳。电视广告就是以此原理引诱观众的。所以,运用此法贵在图片的选择与设计制作。
3、情境表演法。依据教材内容,运用多种方式创设生动有趣的教学情境,再让学生进入情境模拟角色表演,使其通过亲历受到形象化的感染与情感的熏陶,达到既满足学生的心理特点,又加深内化课文之目的,把教学推向快乐的。如教学《狼和小羊》、《狐狸和乌鸦》,典型的人物对话等,在让学生表演时首先是要精心策划、设计,不能草率演出;其次要运用各种手段、方式、技术创设情境,使情境达到最理想的境界,特别是要引导、鼓励、启迪学生进入角色,走进人物的情感世界,这样做,使学生能逼真而深刻地体验剧中人物的特点与内心。
中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1005-5312(2011)27-0213-02
蜡染是人们所熟知的古老民间工艺,也是我国宝贵的文化遗产,作为一种传统的印染形式,具有独特的艺术特色,需要更多的人尤其是青少年去学习和探究,才能使其世代相传、发扬光大.
我将蜡染教学引入课堂,通过生动活泼的实操课的过程,让学生把以前所学的死知识找到一个活用的机会,弥补专业教学中教师黑板讲授加学生纸面设计为主的呆板的教学模式,可以点带面,激活相关的知识点 ,如:图案的实际运用、材料与工艺、民间染花的特色等,还有像操作环节的把握以及同学之间的交流与协作,也是对学生的一种综合素质训练。
蜡染可以制成壁挂、装饰画、服装、日常装饰用品等,是一门能够学以致用的课程,在艺术院校的教学层面上来认识研究蜡染,应该是服装专业教学中一个不错的选题。
我在设计这一课题时,从学校的条件和所任教班级的实际情况出发,一是充分考虑到尽量用有限的资源达到相对满意的教学效果;二是考虑如何激发学生的兴趣,采取学生适应的教学形式,创造和谐的教学氛围,促进学生积极主动地学习和操作;三是通过课题的进行,让学生切切实实感受到蜡染这种艺术形式的魅力所在。
一、准备工作
为了避开一些过于复杂的程序,我在课程规划时作了一定的简化,以实现其可操作性.即从工具材料的购置,到教室的布置,以及各个流程、 环节的安排等都根据实际情况做了一一的考虑。
放下现在工业化机器生产的蜡染不谈,按照民间的制作方式,首先应该准备工具和材料,工具有:电炉、电火锅、电源插座;绘蜡用的蜡刀、毛笔;融蜡、煮蜡、盛染液和清洗所用的一系列容器;材料包括白棉布、蜡块、染料、固色剂等。根据学生的实际情况,我使用了部分代用品,如用毛笔代替蜡刀、食盐代替固色剂,并使用可调温的电火锅煮蜡。教具准备齐全便可以开始教学了。
二、讲课
首先要花一次课的时间来说明课程安排和讲授蜡染的基本概念及操作程序,同时拿一些蜡染实物展示给学生看,便于学生理解,最后将板书的操作环节明确地留在黑板上,这样让学生在以后的操作中可以随时参照,从而做到心中有数。
三、教室布置
实操课需要一定的场地和设施的条件,我组织学生将课桌并成三到四个大的案子,有起草构图用的案子;有封蜡的案子;有染色案子和熨烫案子,并留意电源插座的位置。另外还在教室一端拉一根晾布绳,上面备好一些夹子,绳子下方的地板上铺一层报纸.这样,教室“作坊”就布置好了。
四、构形
尽管学生可以从图书室和网上找资料,而我还是准备了几本黑白图案画册,这样,基本的参考资料就有了保障,以避免学生临时找资料耗去有限的课时。
在纸上起形,要求其图案适合蜡染的表现,然后利用窗玻璃将图案过到布上,这比用复写纸拷贝更方便快捷。然后标注上需封蜡的地方,这个环节是不能忽略的,以避免封蜡封错地方.
五、封蜡
取蜡块置于可调温的电火锅中,加热融化为蜡液,(预先在锅上扯一二根细铁丝捋笔用,因在锅边捋笔不安全),再将白布展平,铺在台面上,用毛笔蘸蜡液在布上描绘,由于毛笔不像铜制的蜡刀那样能够保温,所以要特别注意控制蜡的温度,蜡温高于70℃时作画,蜡汁会立即渗浸四周,造成线条化开,使花纹模糊不清,蜡温渐冷后又封不透,造成线条断续不齐,所以让学生随时掌控调温旋钮,当蜡液冒青烟时,说明蜡温过高了,这时需切断电源。学生们在布上描绘时还要边画边提一提布,以免蜡液将布黏在画板上。封蜡完毕,用手轻轻揉捏布匹,使蜡产生裂纹,可以根据画面的需要把握裂纹的位置和多少,因为蜡裂纹是蜡染最具特色的地方。
六、染色
“蜡花”准备好后开始调配染液,先用少量温水初步溶化染料,再在电炉上加热至滚开,使染料充分溶化,加入少量食盐,起到促染的作用,待染液冷却后,放入布匹进行冷染,为防止画蜡被熔,染液的温度一定要控制在30°C以下.由于学生较多,课时也有限,还有容器比较小,因此我们的浸染时间稍短,有时还采取刷染的办法,染色后凉晾再染一次到数次.
七、退蜡
传统正规的退蜡方法是将染好色的布放在沸水中煮至化蜡,那样需要大炉子加热大量的水,课堂操作条件不具备,我们曾经用过熨斗退蜡法,但退蜡不彻底,这一次我们发明了冷水洗蜡法,就是直接在冷水中将蜡搓洗下来,这样退蜡效果不错,凉干后熨烫平整。这样,一幅蜡染习作就完成了。
八、展览
教学结束后,师生一起整理全部作品,并布置了展览,并一一为作业拍照,还拍一些展览的场景,为一段时间以来的学习作一个总结,也让学生有一个整体回顾、反思和感受的机会,使对课程的认识进一步提高。
整个教学过程下来,我有一些心得体会,在此与大家分享.
让学生们有一个自由轻松的环境,使他们兴致勃勃地去创作和实践,如在构图方面,老师可推荐的一些传统的 适合蜡染的花样让学生做,若他们想尝试一些自己喜爱的形象图案如一些小宠物形象、卡通人物等,老师不要干涉,应理解学生的意愿,只从工艺的角度帮他们整理画稿,这样出来的作品更多姿多彩,更富有时代特色,当学生们得到了自己亲手制作的蜡染作品,显出高兴和满足,体验到成就感.
在实操中采取教与学相结合的方式,教师先经过一段时间的学习和试验,然后将自己的制作经验传授给学生,加强师生之间的互学互动,在这个过程中往往老师也可以从学生那里学到一些东西,即所谓的教学相长.另外要鼓励学生拓展思路、展开想象,大胆做一些新的尝试.总之,创设一个良好的学习创作氛围,利于激发其创作热情,以达到理想的教学效果和培养学生积极的创造性思维和审美能力的目的。
以上所写实际是我蜡染教学的一个粗浅总结,我也知道一定有很多同行比我做得更好,也相信自己在今后的学习实践中能不断积累和总结经验,取得更大的进步.
提供有助于学习的环境:①营造和谐的实习人文环境:实习生初到医院,要热情接待,安排好食宿,保证安全。带教老师与学生交朋友,生活上多关心体贴,学习上多帮助,人际交往上多指导,使学生进入医院后无恐惧和陌生感,很快融入新环境,进入新角色。②建立新型的师生关系,增强护生交流技巧:老师必须在教学中有意识地培养师生感情。对学生应持友好、接纳、信任的态度。③合理运用语言技巧:临床教师与学生初次见面时,用亲切自然的语言介绍自己。鼓励学生提问,并容许学生表达他们的思想和见解;还要善于运用身体语言,如衣着整洁、操作规范、表情自然,并辅以点头、微笑或拍学生的肩等。
进行技能分析:带教老师根据我科特点,对更具不同时期入科的护生特点进行操作能力的评估。①实习初期(1~3个月):护生刚接触临床对护理操作技术有一定的理论基础,对各科的病种特点,还没有全面的认识,有些护理技术还只停留在简单的会做,但不规范。②实习中期(4~6个月):经过一个阶段的临床实习,护生对护理操作有了一定的了解和掌握,此时则认为护理操作只是单纯的加药打针而已。对严格的查对制度和操作规程重视不够。对各项护理操作则是一知半解。此时却自以为是,凭着主观感觉去做。③实习后期(进入临床6个月后):护生能在带教老师的指导下,完成各项护理技术操作。部分护生能够独立进行常用的护理操作,掌握护理操作技能,但熟练和应变程度不高。
明确操作规程:①明确操作程序:临床上操作种类繁多,学生进入临床往往感到陌生,要求实习生熟记程序后,再通过实践应用掌握。②带教前应先向护生讲明本班次的工作程序、要求。③实行一对一跟班次带教,根据不同的实习阶段采取不同的方法。实习早期(进入临床1~3个月):原则上老师做,学生看;实习中期(进入临床4~6个月):在老师指导下完成一些基础操作,如测量生命体征、基础护理等工作;实习后期(进入临床6个月以后):老师放手不放眼,让护生独立完成护理操作,培养护生的信心和能力,为进入工作岗位做准备。
以正常速度进行示范:①将在本科室要求掌握的各种技术操作分配给不同的带教老师,进行培训和讲解。②对每一项技术操作都应耐心讲解,反复示教,并鼓励其大胆动手,在实践中总结提高。
采取整体学习或分项学习的方法进行操作技能的教学:①在操作过程中先将相关的原理、适应证、护理观察等内容逐项讲解,操作完毕进行讲评,指出问题所在,这样既能巩固学生理论知识,又增强操作步骤的记忆,然后再组织学生强化训练。②鼓励学生多争取机会,在教师的指导下多做多练;对第一次独立操作的学生,带教教师在旁指导并可于操作完毕后对学生的操作过程进行分析,纠正操作中的不规范之处,并结合临床讲述相关理论知识。
安排足够的练习时间:为提高学生的操作技能,对学生开放科室示教室,示教室内放置各项操作物品,提供给学生增加练习的机会,教师定时检查辅导,发现问题及时解决,以此弥补课时少的问题,使学生达到再现操作和自然而然地控制操作的目的。
为学生的操作提供增强性反馈:带教教师应鼓励学生通过观察自己的动作进行自我评价;同时带教教师在学生操作完成后进行评价,对重点、难点进行分析,从而做到理论和实践紧密结合。
促进技术迁移:操作考核后,先由护生对自己操作全过程进行评估,纠正自己发现的问题,然后主考老师提出不足即需要注意的地方,使学生在本科室所存在的问题能及时纠正。
前言
为适应当今社会对宽口径复合型人才的要求,各学校都普遍调整专业培养方案,增加了一些新的课程,并压缩了许多课程的课时。如何在被压缩的课时内完成课程预定任务是我们面临的一个挑战。下面笔者结合自己的教学感受、改革思路及成效谈谈个人的体验。
1.存在问题
1.1操作系统自身现状
1.1.1操作系统课程讲述操作系统核心的基本设计原理,由于不涉及具体的实现细节,学生学习起来可能会觉得比较空泛。
1.1.2课程内容陈旧,更新较慢。笔者认为操作系统的发展日新月异,课程内容应该反映当前最新的研究热点及新技术,如计算机安全、多处理机操作系统、分布式系统、Linux系统研究与应用、嵌入式系统等。
1.1.3课程内容枯燥难懂。由于很多教材的内容与课堂的讲解都很少与实际应用相联系,因此学生往往觉得课程中大量的概念、原理抽象而且苦涩难懂,从而对课程学习缺乏兴趣,最后死记硬背应付了事。
1.2教学过程中存在的问题
1.2.1教学方法、教学手段比较单一。主要采用课堂授课方式,以课堂讲授为主,形成一种“灌输式”教学方法,注重教师教,而学生思考比较少,实践更少。至于启发式、讨论式的教学方法采用得就更少,课堂缺乏互动,课后缺乏实践。
1.2.2理论与实际脱节,缺少实例分析。目前教科书的基本结构多为计算机操作系统的基本原理及五大组成部分。教科书与实际操作系统的结合存在一定距离,学生学与用之间缺乏联系。在实际教学过程中,由于课时及上机机时数不足,一些教师对教材所列的Unix操作系统的实例分析部分基本略去不讲;同时由于得不到Unix的源代码,一些教师没有对操作系统进行过实际分析;此外,师生往往没有实际上机环境。
1.2.3实践性环节薄弱。长期以来,操作系统实验主要是一些验证性实验,实验教学内容老化,手段单一,学生觉得枯燥无味,实验兴趣不大,而且实验教学内容学时数偏少,学生只是接触了一些皮毛,根本达不到培养学生的科研能力和探索精神的目的。
2.相关解决方案
2.1课程本身改革
2.1.1优化教学内容,合理选择教材。操作系统课程教材的内容应覆盖CC2004对操作系统课程知识领域的的基本要求。其中有些知识点是操作系统的经典内容,所有有关操作系统原理的教材都有涉及,但其深度不一。笔者推荐汤小丹的《计算机操作系统(第三版)》和魏迎梅等译的《操作系统:内核与设计原理(第四版)》教材。它们全面系统地讲述了操作系统的基本概念、原理和方法,以当代最流行的两个操作系统――Windows 2000和Unix为例,全面清楚地展现了当代操作系统的本质和特点,内容具有先进性和适应性,注重对操作系统的经典内容的论述,又紧密联系当代流行的设计问题,以及当前操作系统的发展方向。
2.1.2结合当代操作系统的最新成果。除了讲授经典内容外,教师应尽快、准确、全面地将国内外操作系统研究的最新成果组织到教学内容中,以拓宽学生的视野;也可适当补充学生课后的文献读物,或让学生自行查找相关文献来时刻与最前端技术保持同步。
2.1.3结合主流操作系统,实例讲解。在讲解相关原理时,可以结合几个学生熟悉的主流操作系统的具体实现方案,让学生获得更多的感性认识。例如用Linux作为实例讲解效果非常好,首先Linux的源代码是公开的,并且它是用C语言和汇编语言实现,教师讲解起来就可以把一部分源代码拿出来进行分析。
2.2教学方法的改进
2.2.1学生带着问题来听课。教师可以在上课之前先把本章中的重点和难点以问题的形式传达给学生,让学生带着这些问题来听课,让学生找出各个问题的答案并自己组织起来,本章内容讲述完毕后,教师和学生一起探讨问题答案。这样学生在听课过程中就能够把握本章的重、难点。
2.2.2利用现代教育技术手段,丰富教学模式,激发学生的学习兴趣。在多媒体教学中教师可利用幻灯片、影片展示、讲座及图片模型等形式,围绕教材尽可能地引用有趣的操作系统知识来激发学生的兴趣,这样不但能加深学生对教材的理解、记忆,保持学生的注意力,而且可以活跃课堂气氛,使学生在轻松愉快的氛围中学到知识。
2.2.3在授课过程中,教师可以针对先行课程中的已有知识点,在课堂中通过串讲和学生共同回顾,同时结合课程内容提出新问题来触发大家的思考。
2.2.4改变传统教学方法,实现教学手段多元化。通过传统课堂讲授与电子教案和多媒体教学辅助课件,扩大课堂教学知识容量,提高课堂教学和多媒体教学的质量及利用率。作为课堂教学的必要补充,教师应开发操作系统教学网站,使学生可以远程访问,为学生提供一个良好与快捷的学习平台。
2.2.5加强实践教学环节。建议针对Linux操作系统设计一组系统、全面的实验题目,监督学生切实完成各个实验,并适当组织学生进行实验总结和交流,以确保每个学生都能掌握并熟练应用Linux操作系统实例。另外也可考虑组织学生对Linux公开源码的操作系统内核进行代码分析。
3.结语
计算机应用型紧缺人才培养的主要目标是培养计算机操作系统的应用型人才,而不是培养研制计算机操作系统的特殊人才。因此教师必须打破传统计算机操作系统的教学方法,建立一套有效的计算机操作系统教学模式,形成新的计算机操作系统课程教学体系结构。故计算机操作系统教学改革的主要目标是:探索出满足应用型紧缺人才培养的有效途径、措施、手段和方法,提出计算机操作系统应用型紧缺人才培养的全新教学模式。计算机操作系统的全新教学模式应贯穿“原理―应用―实训”这一主线,将计算机操作系统的原理与应用兼收并举。
参考文献:
中图分类号:G424 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)18-0101-03
操作系统是高等学校计算机类专业的一门核心专业基础课程,其在计算机课程体系中处于重中之重的地位。学习本课程有助于学生对前期的专业基础知识进行整合、应用与提升,形成对计算机系统的整体认识。设计好该课程的实验课有助于学生形象和深刻地理解理论课中讲述的概念、原理和技术,提升学习兴趣,提高理论水平和大型软件的开发能力。
1操作系统实践教学现状
操作系统实践教学一直是操作系统课程中的重点和难点。因重视程度、师资水平、学生基础等种种因素的影响,各高校对实验内容的选取不一,难度也有差异。目前,国内外高校操作系统实践教学主要采用四种模式[1][2]:1)模拟性实验是针对操作系统中一些典型功能或算法,如进程调度、内存分配、页面置换、文件系统、死锁检测、磁盘调度等进行编程实现,这种模式并不对真实的系统资源进行访问和修改;2)源代码阅读实验是通过阅读并理解具体操作系统的源代码以达到理解操作系统原理和技术的目的;3)操作系统内核扩展实验是选择一个内核简单的教学用操作系统,对基础系统进行完善和扩展。根据内核提供的接口,对相关模块如进程管理、进程调度、进程同步、虚拟存储以及文件系统功能进行设计实现,通过实验学生可以对操作系统有一个相对完善的整体认识;4)独立设计实现内核实验。国内部分一流研究型大学要求学生独立或合作实现一个结构相对简单但功能较完备的小型操作系统。通过构造真正的操作系统来建立操作系统原理的整体概念,实验难度较大。
2河北地质大学操作系统实践教学内容探索
为了配合河北地质大学计算机科学与技术专业“试点班”的教学改革,我院在操作系统课程实践教学上进行了深入的研究和探讨,实践教学内容经历了难度逐步加大的过程。第一阶段,即在2010级和2011级学生中,借鉴了北京大学操作系统课程实践教学模式,使用Nachos作为操作系统的实践教学平台,要求学生对Nachos操作系统进行改进和完善;第二阶段,即在2012级和2013级学生中,借鉴了南京大学操作系统实践课程教学模式,要求学生设计并实现一个微型操作系统内核。
2.1 基于Nachos操作系统的实践教学内容设计
Nachos是美国加州大学伯克莱分校在操作系统课程中已多次使用的操作系统课程设计平台,在美国很多大学中得到了应用。Nachos(C++语言版)建立在一个软件模拟的虚拟机之上,模拟了MIPS R2/3000的指令集、主存、中断系统、网络以及磁盘系统等操作系统所必须的硬件系统,源码有一万多行。Nachos不是向学生展示一个成功的操作系统,而是让学生在一个框架下发挥自己的创造性进行扩展[3-4]。
该实验主要是要求学生在阅读和分析Nachos操作系统源码的基础上,掌握该操作系统框架,对线程管理模块、内存管理模块和文件管理模块进行扩展。具体如下:
1)线程管理模块扩展
在阅读Nachos线程管理模块源码的基础上,对线程管理模块进行扩充。具体包括:扩展线程的数据结构,增加“用户ID、线程ID”两个数据成员,同时在Nachos现有的线程管理机制中增加对这两个数据成员的维护机制;增加全局性线程管理机制,在Nachos中增加对线程数量的限制,使得Nachos中最多能够同时存在128个用户线程;扩展同步机制,实现锁和条件变量,并应用Nachos中的信号量、锁和条件变量,实现“生产者―消费者问题”;扩展线程调度算法,实现基于优先级的抢占式调度算法。
2)存储管理模块扩充
在阅读Nachos存储管理部分源码的基础上,对存储管理模块进行扩展。具体包括:扩展TLB管理机制,增加异常处理功能,并为TLB机制实现一种合适的页面替换算法,以尽可能避免系统颠簸的产生;设计并实现一个全局性的数据结构(如空闲链表、位图等)来进行内存的分配和回收,并记录当前内存的使用状态;打破Nachos的单线程限制,使得Nachos系统支持多个线程同时存在于内存中;基于TLB机制的异常处理和页面替换算法的实践,实现缺页中断处理。
3)文件管理模块扩充
在阅读Nachos文件系统相关源码的基础上,理解Nachos文件系统的工作原理,对文件管理模块进行扩充。具体包括:扩展文件属性,增加文件描述信息,尝试突破文件名长度的限制;扩展文件长度,改直接索引为间接索引,以突破文件长度不得超过4KB的限制,并可以动态调整文件长度;对文件的创建操作和写入操作进行适当的修改,以使其符合实践要求。
2.2 基于微型操作系统内核的实践教学内容设计
微型操作系统内核设计是从建立操作系统整体概念的思想出发,选择最能反映操作系统核心技术的实验内容,像“搭积木”一样逐步构建操作系统[5-6]。基于Ubuntu操作系统上搭建的Bochs虚拟环境作为微型操作系统的硬件平台,设计下述几个循序渐进的实验单元[7-8]。
1)引导程序
引导程序的本质是将位于外存上的应用程序或系统加载到内存指定位置,并为其准备好运行环境。本实验单元分层次、循序渐进展开以下实验内容:在引导程序中实现实模式到保护模式的切换;加载程序到内存指定位置,并进行实验测试。该实验阶段,学生利用汇编语言搭建引导程序,深刻理解计算机启动之后至操作系统工作之前,计算机内部的工作情况,为理解操作系统工作原理和操作系统内核的设计和开发打下基础。
2)进程管理
在实验(1)基础之上实现微内核操作系统的进程管理功能。该实验单元依次展开以下实验环节:进程创建、进程调度、进程同步机制、进程通信机制。
学生在完成理论课学习及部分Linux相关源码阅读的基础上,完成该部分实验。其中进程创建实验内容包括进程PCB定义、内核初始化、idel进程创建、内核进程创建等;进程调度实验需要进行系统中断设置、进程队列管理、调度算法设计等;进程同步机制实验主要实现PV操作,并通过生产者消费者问题进行验证。进程通信实验主要实现基于消息的进程通信机制,保证内核进程之间的正确通信。通过该实验单元,学生可站在内核角度,深刻理解进程实体、调度机制;掌握进程同步及通信原理,为深刻理解操作系统并发的概念奠定基础。
3)内存管理
在实验(2)基础之上进行微内核操作系统内存管理模块的设计和开发。该实验单元主要包括物理内存管理、分页机制及地址映射、用户进程创建等内容。在实现内存管理基础之上,构建用户进程。通过该实验单元,学生可站在内核角度,深刻理解分页机制、地址映射等概念,把握操作系统内存管理的本质。
4)系统调用
在实验(3)基础之上实现简单的系统调用fork()、exit()等。通过该实验单元,帮助学生理解操作系统为用户提供服务的方式,体会系统调用的本质。
3 操作系统实践教学的实施方案
为了保质保量地完成操作系统实践教学内容,获得理想的教学效果,在实施过程中采取了下述措施。
1)本着“理论和实践两手都要硬”的原则,对操作系统的实验课程实行单列,即脱离其理论课程母体,独立作为一门课程设置。
2)在操作系统理论教学过程中渗入linux源代码分析环节。例如,对进程控制部分原理讲解后,对 Linux0.11版本中相应的代码片段进行分析,以达到原理与实现相结合的目的,从而给实践教学中相应实验单元的代码实现提供参考。
3)为了协调理论讲解和实验项目的进度,在时间安排上进行了跨学期设计。例如,基于Nachos操作系统的前两个实验与理论课同学期安排;因操作系统理论课中的文件管理部分内容在学期末讲解,则将第三个实验即文件管理模块扩充实验安排在暑假,利用两周时间集中完成,第二学期再进行项目验收;因为基于微型操作系统的引导实验跟操作系统的先修课程结合紧密,并且可以打破一个实用操作系统装载运行的神秘感,为此安排在操作系统开课前的寒假集中完成,其他实验与理论课同学期进行。
4)UNIX程序设计课程与操作系统实践教学协调安排。首先让学生通过UNIX程序设计课程掌握系统调用的功能及应用,产生感性认识,使得其在完成操作系统实验单元的某些系统调用的实现时目标明确,思路清晰。
5)加强实验过程管理,弱化对实验结果的评判。教师严格把控实验进度,每个实验单元完成后,教师逐一严格验收程序,认真批改实验报告,并进行总结和讲评,帮助学生在实践中不断总结经验,从感性认识上升为理性认识。
4 操作系统实践教学效果
2010、2011级计算机科学技术“试点班”所有学生都能读懂Nachos操作系统给的源码并进行改进和功能扩充,大大提高了其开发和调试底层软件的能力、开发大型复杂软件的能力和独立解决实际问题的能力,部分学生的软件开发能力达到甚至超过国内著名重点大学学生的水平。国防科大计算机学院的教师来我院访问交流,对学生的操作系统的设计成果进行了观摩,给予了充分肯定。2010级秦栋同学在求职面试时讲述了自己完成Nachos操作系统的项目经历,收到面试官的认可;2010级刘欢、2011级石雯、2012级杨超杰等同学在中科院软件所研究生复试时汇报了自己的操作系统设计作品,均获得了较高的复试成绩。2011级田天和陈瑞同学在中科大选择跟操作系统相关的研究题目并能顺利完成毕业设计,这跟他们在操作系统实验中动手能力的提高不无关系。学生们的种种表现说明这些学生的实践动手能力不逊于重点大学的学生,也是对我们实践教学改革的极大肯定。
5 结束语
操作系统是计算机系统的核心组成部分,课程的实践教学内容也随着教学改革的进展进行合理调整和更新。该课程实践教学内容的设计使学生在复杂软件系统设计与实现方面得到一次十分重要的工程训练,在专业能力方面获得显著提升。而这一训练与能力的提升是其他任何课程不可替代的。该课程的教学改革仍在探索之中,提高操作系统实践教学的质量,需要从课程实践的内容设置、实施等方面进行思考、探索、实践和总结,结合每一学年具体的教学进度和学生实际能力的差异进行调整,由浅入深、循序渐进地展开,以达到培养学生的专业综合能力,激发学生的学习兴趣,提升教学质量的目的,为学生未来从事高性能应用软件的开发打下坚实的基础。
参考文献:
[1] 张其亮,韩斌.操作系统课程实践教学改革探析[J].计算机教育,2010(7):91-93.
[2] 孙自广,唐培和,黄镇谨.操作系统课程的实践教学模式探讨[J].2010(8):146-148.
[3] Peiyi Tang. Study Book.CSC2404/66204:Operating Systems.2002.
[4] 赵炯.Linux内核完全剖析――基于0.12内核[M].北京:机械工业出版社,2009.
[5] 费翔林,李敏,叶保留.Linux操作系统实验教程[M]. 北京:高等教育出版社,2010
《操作系统》课程是计算机及相关专业的核心基础课,该课程不仅要求学生较好地掌握理论基础,而且要求培养学生良好的课程实践能力。由于该课程的内容比较抽象、深奥,并且课程实验难做,实验效果不明显,所以,该课程的实践环节在很多学校成为摆设,有的学校干脆去掉实践环节。然而,实践教学又是本门课的重要组成部分,实践教学对于学生理解和掌握操作系统的基本原理和方法,为今后从事系统程序设计,并发程序设计,多用户环境应用程序设计打下坚实的基础。所以,本门课不但必须包含实践内容, 而且还应该加强,使之能更好地辅助课堂教学。[1]
2 《操作系统》实践环节的运作情况
经过对各高校《操作系统》实践教学的调查,《操作系统》实践部分的开设形式主要有以下四种:
2.1 验证操作系统部分功能的实验
这种实验方式最简单,主要思路是,以某个实际的商业操作系统为实验环境,学生可以尝试执行操作系统提供的某些功能,能力更强的学生还可利用操作系统提供的系统调用函数编写、运行程序,以改进功能。通过这两种方式,学生可体验操作系统原理在实际商用操作系统中是如何工作的。
这种方式的特点是,学生不必编写操作系统功能实现的代码,对完全理解操作系统的内涵意义不大。
2.2 模拟经典算法的实验
这是比较常见的一种实验方式。其执行过程是,由教师选取操作系统中的一些经典算法,如读者-写者问题,电梯算法,让学生使用其熟悉的编程语言(如:C语言、C++语言)来实现算法。
该方式与程序设计课程的上机环节相似,这有助于学生理解《操作系统》的理论和技术,但是,这种方式由于缺乏训练学生对操作系统完全性的把握,达不到培养学生完整掌握操作系统的目的。
2.3 替换实际操作系统的主要模块
这种方式对学生的编程能力要求较高。其执行过程是,以开源的操作系统为平台,要求学生选取其中的主要功能模块,并对其进行替换及扩展。然而,开源的操作系统一般比较庞大,结构环境复杂,对师生的要求很高,一般高校实施的效果不好,最终只有小部分学生达到实验目的,学生的受益面不大。[3]
2.4 设计一个操作系统雏形
这种方式的执行过程是,教学中可选取一个包含简单内核的教学操作系统,让学生逐步改进、扩展其功能;或者干脆让学生设计一个全新的操作系统雏形,该雏形包含操作系统的基本内核功能,如处理机管理、进程管理、内存管理、设备管理、文件管理功能。
该方式与课程实验教学目标一致,理论上比较理想,但在实际的执行过程中,由于操作系统是一个大型的系统软件,其设计、结构相当复杂,因此这种方式实施起来难度很大。
3 在教学操作系统GeekOS上完成实验教学
由于一般的商业操作系统设计复杂,结构庞大,学生规定课时内很难全面掌握,同时,这些操作系统已经非常成熟,差不多实现了全部功能,学生没有多少新的工作可做。所以,设计一个基于教学操作系统的实践教学平台显得尤为迫切和必要。
3.1 教学操作系统的分类
教学操作系统有两大类:一类是针对RISC结构MIPS处理器的,例:Nachos;另一类是针对CISC结构的X86通用处理器的,例:Minix、 GeekOS。
3.2 GeekOS操作系统概述
最通用的处理器是CISC结构的X86通用处理器。它是一个用C语言开发的操作系统,学生可以在Linux或UNIX环境下对其进行功能扩充,也可以在g(project1等项目中还包含有磁盘镜像diskc.img),makefile项目管理文件。
2) Include文件夹。包含两个子目录,分别是geekos和libc,在geekos子目录中有kthread.h,keyboard.h等头文件,在libc中包含有GeekOS支持的C语言标准字符串函数头文件string.h。
3) scripts文件夹。包含项目编译时用到的一些脚本文件。
4) src文件夹。包含系统内核源代码,用户修改GeekOS系统时要修改的源代码如main.c等都位于这个目录中,在User子文件夹中一般是用来存放用户的测试文件,在tools子目录中的代码是用来建立pfat测试文件系统的。
3.3.2七个项目的功能
project0:在该项目中,要求学生实现一个内核级的I/O进程,该进程能从键盘接收一个按钮,并显示在显示屏上。该项目的目的是让学生了理解GeekOS的编译、链接和运行,明白计算机系统是如何启动的。
project1:在该项目中,要求学生熟悉可执行链接文件(ELF)的格式,并通过编程程序来分析该文件,同时将分析结果送到加载器。该项目的目的是让学生理解ELF文件的结构,使学生掌握如何加载和运行可执行文件。
在提供的GeekOS内核系统的基础上,为学生设计了7个由易到难的设计项目用于GeekOS的改进。这些项目分别涵盖了操作系统内核的各个基本模块:系统启动,进程管理,存储管理,文件系统,访问控制以及进程间通信。7个项目都规定了改进的目标,并提供了一些设计指导性的意见,但没有提供源代码,所以学生首先必须熟悉GeekOS的基本工作原理,才能开展各个项目的设计与实现。
project2:在该项目中,要求学生编程来支持用户态进程,这种支持包括初始化用户态进程空间、初始化用户进程空间、切换用户进程、导入用户程序。该项目中,计算机存储分配方式还是采用段式分配。该项目实现后,学生就可以使用GeekOS提供的命令行解释器Shell运行一些命令来执行PFAT文件系统内的用户测试程序。
project3:在该项目中,要求学生改进GeekOS的调度程序,实现基于4级反馈队列的调度算法(初始GeekOS系统仅提供了FIFO进程调度算法),并实现信号量,支持进程间通信。
project4:在该项目中,要求学生编程实现分页虚拟存储管理,以替代前述项目中一直采用的段式存储管理。学生实现分页式虚存管理以后,系统在内存不足时,就可以将部分内存页面调出送到硬盘,以缓解内容压力,实现虚拟存储技术。
project5:在该项目中,要求学生实现GOSFS文件系统,该文件系统采用虚拟文件系统,可加载不同的文件系统,PFAT只读文件系统是默认加载的文件系统。该项目的目的是要实现一个多级目录的、可读写的文件系统。
project6:在该项目中,要求在文件系统中新增一个访问控制列表,并使用匿名半双工管道实现进程间通信。
4 《操作系统》实践环节的考核
《操作系统》实践环节的考核非常重要,好的考核将激励学生努力学习,达到实验效果,办法如下:
1)教师制定实验报告格式和要求,教师对学生完成的实验报告的作检查和评价;
2)对设计性实验,要求学生回答并作出评价,回答的问题主要有:阐述解决该问题的算法思想、所使用的数据结构是如何设计的、使用的测试用例是如何选取和设计的、算法性能怎么样。