操作系統實驗報告精選(九篇)
前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的操作系統實驗報告主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。
第1篇：操作系統實驗報告范文
關鍵詞:操作系統;實驗教學;教學質量;應用型本科
1操作系統實驗教學的重要性
“操作系統”課程是計算機科學與技術專業必修的一門專業基礎課,本課程的學習目的是讓學生掌握操作系統的基本概念、基本原理、設計方法和實現技術[1-2],為今后在相關領域的工作打下堅實基礎。
實驗教學是“操作系統”課程必不可少的環節,我們不僅要設置實驗,而且還要重視實驗,使其很好地輔助課堂教學。實驗教學的質量直接影響學生的就業機會和工程實踐能力[3]。德國教育家第斯多惠曾經說過:“教學的藝術不在于傳授的本領,而在于激勵、喚醒和鼓舞。”而實驗教學的重點就是培養學生的好奇心和求知欲,幫助學生自主學習、獨立思考,鼓勵學生發現問題、提出問題,并通過實驗過程找到解決問題的方法和途徑。
2現狀與存在的問題
操作系統實驗教學的重要性使我們有足夠的理由要教好這門課,但是在實際的實驗教學活動中,學生要真正完成好操作系統的實驗內容卻并不是十分容易的事情。下面從專業培養方案的定位、前導課程
影響、選用操作系統以及實驗教學質量監控等方面進行分析。
2.1應用型本科計算機專業培養方案的定位
長期以來,我國計算機專業教育帶有濃厚的計算機系統研究型人才培養色彩,與應用型本科人才培養目標的“理論夠用,注重實踐”的特點不太相符。國家教育部強調對不同院校不同層次的學生要采取分類指導的原則,應用型本科計算機類學生的培養目標是培養既懂得計算機專業的理論知識,又掌握計算機應用技能的高級應用人才。對此問題的研究,我們課程組在文獻[4-5]中已進行過論述,特別需要說明的是我們課程組負責人范輝教授參加了由教育部教學指導委員會組織的全國高校操作系統課程研究與資源建設項目,并在其中承擔了應用型本科操作系統課程的部分研究與建設工作,使我校的應用型本科操作系統的課程建設起到了很好的示范作用。
2.2前導課程的影響
“操作系統”的前導課程有“程序設計語言”、“數據結構”、“計算機組成原理”和“匯編語言”等,它的后續課程包括“計算機網絡”、“數據庫原理”和“編譯原理”等計算機學科的重要課程,如圖1
作者簡介:孫述和(1966-),男,山東煙臺人,副教授,碩士,研究方向為計算機應用、圖像處理;謝青松(1965-),男,副教授,碩士,研究方向為算法分析與設計、信息安全技術;董付國(1977-),男,山東聊城人,講師,碩士,研究方向為數字圖像處理、信息安全;杜萍(1981-),女,山東青島人,講師,碩士,研究方向為基于角色的訪問控制。
所示。大部分學生在學任何一門課之初都比較認真,主觀上有較強烈的學好這門課的愿望,但是隨著課程的日益深入,課程特征不斷顯露,特別是“操作系統”這門課本身的理論性較強且實驗內容對前導課的依賴性很大,從而打擊了一部分學生的學習熱情,甚至有一部分學生因前導課程學習較差而放棄了操作系統實驗作業的完成,從而影響了課堂學習甚至包括后續課程的學習。
圖1 “操作系統”的前導與后續課程
2.3選用的實驗操作系統
由于操作系統課程本身的原因,使得操作系統實驗環境較難選擇。大部分教材以Unix系統為實例,而Unix的安裝成本又較貴,不太適宜用于學生實驗。而傳統的Windows操作系統的大部分源代碼未公開,具有一定的局限性和不透明性。所以,我們選用Linux作為主要的實驗操作系統。但是,由于大部分學生之前都沒有接觸過Linux,并且還都非常熟悉Windows系統,思維定勢難免會給Linux的認識與學習帶來一定的難度。
2.4實驗教學質量監控
從目前的實驗教學情況來看,各個學校對評價工作都較為重視,但存在著只重結果而忽視過程以及考核方式不科學等問題。由于當前互聯網技術的高速發展,網絡資源不斷豐富,在實驗過程中,學生的實驗報告或設計代碼部分存在抄襲現象,這部分學生雖然提交了實驗報告,成績也不錯,但實際上,卻沒有掌握相關的知識。如何在實驗過程中進行教學質量監控,合理利用網絡資源,避免抄襲,使學生能夠既掌握知識又鍛煉能力,這為我們的實驗教學提出了新的難題。
3提高實驗教學質量的對策與方法
筆者結合自己近幾年的教學實踐,就“操作系統”課程實驗教學中遇到的上述問題,從以下3個方面談談自己的體會。
3.1化難為易,從主觀和客觀兩方面進行引導
(1) 在學習的主動性方面,潛移默化地消除學生的畏難情緒。
① 在第一節實驗課上多下功夫。通過實例告訴學生操作系統實驗學習在現在的學習和今后工作中的重要性,使學生從純粹學好課程的想法變為有目的性的學習。例如,從考研和就業的角度,強調編程能力和動手能力的重要性,并結合前導課程如“高級程序設計”中的線程等相關內容加以說明。
② 結合教師和前面學生的經驗,介紹操作系統實驗學習的方法和特征,以及可能遇到的困難,讓學生針對自身的學習情況,提前準備和查閱前導課程的相關內容,做到心中有數。同時,把一些好的學習技巧傳授給學生,讓學生知道怎么學、怎么做。
③ 在后面的實驗課上,單純地強調操作系統實驗內容重要性的意義已經不大,教師應在每一次布置實驗作業的時候,有意識的從應用及工程實踐角度,用案例的方式對實驗內容加以多角度描述,從而使學生明確實驗目的并激發學習興趣。
(2) 在客觀上,化難為易,有針對性地解決學生的學習難題。
① 分層次設計實驗要求,如表1所示將學生粗略分為高中低3個層次。
表1學生層次分類
層次前導課程
掌握情況學習興趣與
學習目的人數
第一層次基礎知識
非常扎實學習興趣非常強烈一小部分
(
第二層次基礎知識穩固學習目的明確絕大部分
(>80%)
第三層次基礎知識較差學習興趣不高一小部分
(
對不同層次學生,有針對性地分析并提出解決方案,以幫助他們提高,如表2所示。
表2按層次設計實驗要求
層次針對性分析及解決方案
第一層次多加鼓勵及肯定,并結合其興趣點推薦學習資料,引導自學,可在后面的團隊實驗任務中委以重任。
第二層次按照既定的實驗要求和目的進行實驗安排。
第三層次放棄部分選做實驗,適量延長必做實驗的學時,以彌補前導課程的不足并強化必做實驗。
② 提供參考程序,幫助學生快速入門。這個方法主要是針對第三層次和第二層次的一小部分前導課程學習效果不好的學生而言的。我們以實驗“進程調度模擬程序設計”為例進行說明。
例1:進程調度模擬程序設計
實驗目的:加深對進程概念和進程調度算法的理解。
實驗內容:(a)給出進程調度的動態優先級和時間片輪轉調度算法描述;
(b) 用C語言設計一個對n個并發進程進行調度的程序,每個進程由一個進程控制塊結構表示;
(c) 調度程序應當包含兩種不同的調度算法,運行時可以任選一種,以利于分析和比較;
(d) 程序應能顯示或打印各種進程狀態和參數變化情況,便于觀察。
實驗參考方案:對于這個實驗,首先要明確實驗目的是通過編程加深對進程概念和算法的理解,對算法的理解是重點,而非編程本身。我們給編程確實有困難的學生,提供一個實驗參考框架,并在此基礎上基本實現動態優先算法,只留下一些涉及到該算法核心思想的代碼讓學生自己填空,最后重點考察學生在此框架基礎上自己編寫的時間片輪轉調度算法的實現。當然,對于絕大部分基礎較好的學生,我們還是建議程序框架也要自己搭建。
③ 我們還可以多鼓勵學生充分合理利用網絡資源,如果有某些疑問或未解決的問題可以自己到網絡上尋找答案或到一些論壇上參與討論,增加自己學習和豐富操作系統知識的途徑。
3.2由淺入深,多角度多層次學習掌握Linux系統
我們選擇Linux做為實驗操作系統,由于大部分學生之前都沒有接觸過它,所以做實驗時應該從易到難,一步步的來操作,如圖2所示。
圖2Linux系統學習階段示意圖
我們的方法是首先熟悉Linux簡單操作的驗證性實驗,包括基本的應用級實驗和系統管理級實驗。在這一階段,可以引導學生通過對熟悉的Windows操作系統的相關功能,對比學習Linux操作系統的功能,如表3所示。
表3操作系統驗證性實驗列表
序號實驗內容LinuxWindows
1系統安裝√√
2系統的用戶接口和編程界面√√
3系統的界面認識(窗口系統、文件管理和系統管理工具等)√√
4使用U盤√√
5屏蔽Windows桌面上的“回收站”√
6觀察注冊表內容√
其次,在熟悉操作系統的基本操作與環境之后,進入設計性實驗階段,編程模擬實現操作系統的某些功能模塊,如表4所示。
表4Linux系統設計性實驗列表
序號實驗內容(對應算法或命令)必做選做
1進程調度模擬程序設計(動態優先級算法、時間片輪轉調度算法)√
2頁面置換模擬程序設計(OPT、FIFO、LRU)√
3文件系統模擬設計(login、dir、read、open、close等)√
最后,進行實驗內容難度較大,但很有意義,也很有意思的源代碼閱讀級實驗,這部分內容建議學生分組協作完成。可選內容有很多,例如進程創建、內存分配、系統安全性、磁盤驅動、文件的讀或寫、虛擬文件系統、idle進程等,每組學生可自主選題,最后的實驗報告,由團隊統一提交。表5所示是我們2008～2009年度第二學期學生源代碼閱讀級實驗分組情況匯總。
表5源代碼閱讀級實驗分組情況列表
序號實驗內容是否團隊人數/組
1進程創建√9
2內存分配√10
3文件的讀或寫√8
4虛擬文件系統√10
5網絡傳輸√10
6設備管理√10
3.3改進考核方式,加強實驗教學質量的監控
要加強實驗教學質量監控,保證操作系統課程的教學質量,我們對傳統的只提交實驗報告的實驗考核方法從如下幾個方面進行了改革與實踐:
(1) 提高實驗成績在最終課程成績中所占比例(如圖3所示),引導學生重視實驗教學。
圖3 提高實驗成績比例示意圖
(2) 對設計性實驗和綜合性實驗的成績評定,應
在實驗報告的基礎上,綜合多種形式進行考核量化。我們的方法是在實驗過程中,不定時抽查部分學生的程序,并有針對性的提問和討論,保證一學期每個學生至少有一次提問的機會,按回答情況進行打分。團隊形式的綜合性實驗還要求組長提交任務分配情況以及個人完成情況,將協作能力、資料分析能力等納入考核指標。
4結束語
我校“操作系統”(應用型本科)從2004年被評為“校級精品課程”和2006年被評為“山東省省級精品課程”以來,在更新教學與實驗內容、加強教學梯隊建設與教材建設、改進教學方法和教學手段、加強素質教育、培養創新人才等方面不斷進行探索與實踐,已開始顯現初步成效。近年來,我校計算機專業學生在山東省軟件設計大賽、學生科研立項、考研錄取率、畢業生就業率等諸多方面的成績穩步攀升。總之,要讓學生學好“操作系統”、做好操作系統實驗、提高人才培養質量,還需要我們不斷在教學實踐中加以發現和總結。我們將不斷努力,逐步完善操作系統實驗教學體系,在改革中探索、提高,培養出更多適應社會需要的應用型人才。
參考文獻:
[1] 謝青松,范輝. 操作系統課程教學之我見[J]. 計算機教育,2004(9):75.
[2] 王國華.《操作系統》實驗課程的設置與實踐[J]. 山西財經大學學報:高等教育版,2006(4):108.
[3] 郭觀七,周細義,張舸. 應用型本科計算機專業實踐教學改革探索[J]. 計算機教育,2009(12):85-87.
第2篇：操作系統實驗報告范文
關鍵詞:操作系統;計算機專業師范生;課堂教學;實驗教學
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
1引言
2007年3月5日國務院總理在政府工作報告中指出,在教育部直屬師范大學實行師范生免費教育。這意味著,近代中國在相當長時間內實行的師范生免費教育制度,如今將重新返回大學校園。自2007年秋季入學起,教育部直屬6所師范大學:北京師范大學、東北師范大學、華東師范大學、華中師范大學、西南大學和陜西師范大學開始招收生免費師范生。華中師范大學計算機科學系已經招收了07級和08級2屆計算機專業的免費師范生,一共約200人,以后還會繼續招收。由于計算機專業不像中文、數學、英語等專業那樣原來就是師范專業,有現成的針對師范生的授課大綱和經驗,這些學生的課程如何設置成了一個亟待研究解決的問題。
“操作系統原理”課程是學習計算機科學的必修課程,又是一門理論性與實踐性都很強的課程,要求學生掌握計算機操作系統的基本原理、基本概念;了解操作系統的設計方法;學會使用常用的操作系統;而且要求學生能夠理解和實現簡單的相關算法。這門課程的內容和教學方法針對師范生如何調整,是本文要說明的主要內容。
2針對師范生的“操作系統”課程的問題
2.1課程的地位問題
毋庸置疑,在原來的教學體系中,“操作系統”課程處于專業課的核心地位,是極為重要的專業必修課,但是對于畢業后要從事中小學信息技術教學的師范生來說,這門課程的地位如何?這需要從分析中小學對信息技術教師的基本要求入手,為此筆者分析了國家制定的高中初中和小學的信息技術課程標準,并訪問了一些中小學的信息技術教師。
我國在中小學對學生信息技術教育的目標主要是激發和培養學生的興趣,使學生能掌握某些技術的運用,并鼓勵創新。
初中和小學的信息技術課程的基本要求有:
(1) 了解計算機的結構和工作原理。
(2) 能利用因特網有效獲取信息,解決實際問題。
(3) 能使用文字處理、繪畫、電子表格等簡單軟件表達想法。
(4) 能運用常用遠程通訊工具進行合作學習。
高中信息技術課程包括必修與選修兩個部分,共六個模塊。必修部分只有“信息技術基礎”一個模塊,選修部分包括“算法與程序設計”、“多媒體技術應用”、“網絡技術應用”、“數據管理技術”和“人工智能初步”五個模塊,信息技術課程各模塊之間的關系結構如圖1所示。
由此可見我國中小學的信息技術教育是以計算機的基礎知識和應用為主,在高中包括C或Java語言編程、Dreamware、Photoshop等多媒體工具的使用、Access數據庫的使用等,以使用工具為主,同時包含簡單的理論知識。
筆者還采訪了一些中小學的信息技術教師,他們普遍認為中小學信息技術教師由于學科的特殊性,不可能像其他專業的教師那樣只完成教學任務,而是要做很多與計算機有關的工作,如校園網絡的建設和維護、網站的制作;競賽培養如NOI競賽;為其他專業教師做教學比賽的課件;學校硬件維護,如功能教室、多媒體教室、電視臺、網絡教室等設備維護。這使中小學對信息技術的教師要求很高,要求教師知識面廣,有很強的應用能力,并有一定的專長。
據此可以了解“操作系統”課程雖然不是師范生以后要講授的課程,但仍然十分重要。在中小學的信息技術基礎課程中一般都要講解Windows系統的使用,師范生通過學習“操作系統”課程能夠更好地理解和運用Windows系統;師范生需要做學校各種設備的維護和網絡維護,了解各種操作系統的特點和管理方式對他們有所幫助;同時,師范生要有較好的程序設計能力,能為學校構建小的應用或演示系統,學習“操作系統”課程能使他們更好地理解系統調用,提高編程能力。因此,“操作系統”課程仍然是重要的專業必修課。
2.2課時的調整問題
由于“操作系統”課程的內容非常豐富,涉及理論和實驗,課時量較大,我系原來的課時是72學時/學期,即每周4節課。并且在下一個學期安排“操作系統課程設計”課程,使學生有時間完成幾個大的操作系統試驗,如進程的調度和演示、文件系統的模擬和演示等,使學生能夠通過編程模擬實現部分操作系統的功能從而進一步加深對操作系統原理的認識,提高動手編程的能力。即便如此還是有很多學生反映課時太少,授課時有些地方講解得不夠詳細,例子不夠多,編程時有很多困難等等。
由于師范生必須學習許多學校規定的師范類專修的課程,如教師口語(普通話),教師書法,心理學基礎,教育學基礎,現代教育技術等,計算機專業課程的學習時間有限,必須減少課程,壓縮課時。因此“操作系統”課程改成54學時/學期,即每周3節,增加了18個課時的上機試驗課時,但減掉了“操作系統課程設計”課程,這樣就把2門課程合在一起上了。考慮到“操作系統”課程開始就講授理論基礎,沒有涉及到實驗的內容,于是上機試驗課時間定在第9周之后開始,每周2節。
2.3課程內容的調整問題
我系原來使用的教材是陳向群主編的《操作系統原理(第二版)》一書,這是一本經典的操作系統教材,主要特點是對操作系統的基本原理闡述清楚,并能發反映一些較新的成果和發展方向,同時非常注重操作系統的課程實踐,在每一章中都加入了對Linux系統和Windows Server2003系統的分析。其中對Linux系統的分析非常詳細,如存儲管理一章分析Linux系統的內存管理,分析了Linux系統的內存數據結構、頁表管理、頁面的分配回收、地址映射等內容,配有相關的圖表和代碼,使學生很快從操作系統的理論進入到實際,并產生了閱讀相關的Linux代碼、通過修改部分代碼編譯自己的操作系統的興趣,學習效果很好。由于師范生在每一屆的人數不到一百人,筆者認為暫時沒有必要更換教材。但這本教材的內容很多,由于課時的壓縮,必須對授課內容有所刪減,具體修改如下:
(1) 減掉了第2章操作系統的硬件環境。因為之前開設的計算機組成原理課程已經講授了這些知識,不需要再作介紹。
(2) 減掉了第8章死鎖。死鎖是操作系統中一個很重要的概念,但一些基本概念可以放在進程管理中的進程的同步和互斥中介紹,這一章的內容比較深,學生不容易理解。
(3) 減掉了第9章操作系統設計。由于課程針對師范生,他們主要從事教學和簡單的編程、應用,一般不會從事操作系統的設計,故減掉了這一章。
(4) 減掉了第10章操作系統安全。這一章實際上內容很多,在幾個課時內講授沒有很好的效果,因此被刪除。
有些章節的內容還有一些調整,如在第6章文件系統中去掉了文件系統的性能問題和文件系統的可靠性小節,把文件系統的使用放在實驗課中等等。
3教學方法的改革
由于課時限制,必須在比原來更短的時間內教授“操作系統”課程的內容并使學生能很好地掌握,同時希望培養學生的興趣和創造性,為他們以后的教學工作做出表率,筆者研究改革了教學方法。
3.1對課堂教學的改革
課堂教學是教學中最重要的環節,傳統教學方發重演繹、推理、按部就班,教師花很長的時間講授,但學生不一定理解,束縛了學生的獨立思考能力和創造能力。筆者注重培養學生正確的學習方法和良好的自學能力,采用了以下方法。
(1) 注重案例教學方法。“操作系統”課程理論比較枯燥難懂,筆者摒棄了過去只注重書本內容的教授方式,采用分析案例的方法,促使學生從實際出發,運用理論知識分析問題。在授課中用Linux作為實例講解效果非常好,由于Linux的源代碼是公開的,并且用C語言和匯編語言實現,講解時可以把一部分源代碼拿出來進行分析。比如講進程時,PCB的概念很重要,但又比較抽象,這時可以把PCB的源代碼拿出來作為案例講解。學生通過分析源代碼,能很快理解PCB的概念,否則教師可能花費很長時間講解學生還是似懂非懂。對處理機調度、內存管理、系統調用、中斷處理等內容的講解也都可以先找好的案例進行分析,對學生幫助很大。
(2) 在課堂中穿插提問。提問是教師與學生交流的重要手段,但在大學授課中常常因為班上學生很多、課時緊、學生反應不積極等原因,教師很少提問。其實提問是學生對授課內容的反饋,也是學生參與教學的一種方式,能很好的提高教學效果。筆者把提問成績作為學生的平時成績,迫使學生認真思考所提問題,跟上課程進度,同時也鼓勵學生廣泛閱讀相關資料,深入思考,提出問題。對能提出有深度的問題的學生實行加分鼓勵,學生通過課程網站、電子郵件等提出和回答的問題也一樣計為平時成績,盡量使所有學生都至少有一次回答問題的成績,作為期末成績的重要參考。課堂提問雖然會占用時間,但好的問題能引起學生深入思考,又能使老師了解教學效果,及時調整進度,改進教學方法。
(3) 要求學生預習和復習。由于課時有限,課程進度較快,這需要學生課前預習,從而能更好的理解課堂內容。筆者在每次課前會提出一兩個小問題,答案都在課本中,以檢查學生的預習情況,在每次課后會展望下次課的內容,方便學生預習。在每一章上完還會提供一些參考資料,包括一些相關網站、原來學生的報告、相關論文等,需要學生課后復習,在后一次上課時隨機抽查學生介紹自己看過并感興趣的內容,上講臺做一個小報告,這種方式培養了學生的自學能力,調動了他們的積極性,活躍了課堂氣氛。
3.2對實驗教學的改革
實驗是“操作系統”課程教學中非常重要的環節,通過實踐學習操作系統是最佳的學習途徑,但由于課時原因不得不對原來的實驗內容有所壓縮。筆者開設的操作系統實驗內容和原因如下。
(1)Linux操作系統的使用。由于師范生工作后一般會做學校的校園網、實驗室等設備的維護工作,可能用于網絡服務器和一些設備中的Linux系統是學生應該掌握的。實驗要求學生熟練使用Linux系統的圖形界面和命令語句,了解系統的文件結構、用戶接口等。
(2) 分析Linux操作系統的源代碼。閱讀并理解操作系統的源代碼是學習操作系統設計的一種重要方法,學生可通過分析某個具體的系統較快地掌握操作系統的總體結構和設計思想。筆者選擇的教材的最大特點就是每一章中都在最后一節分析了Linux和Windows系統的相應管理方法,這部分內容很多,沒有時間全部在課堂上講授,因此安排在實驗中,要求學生分析其中的Linux代碼,總結出對應的模塊功能。
(3) 模擬實現操作系統的某些功能。學生通過為對操作系統中的一些典型算法的模擬實現,能更好地掌握操作系統的實現原理,使學到的理論知識形象化、具體化。筆者要求學生完成進程調度、作業調度、存儲器管理中的命中率問題和文件管理的算法的模擬演示。學生需要選擇其中的一個算法編程實現并提供良好的界面演示算法的運行過程,這使學生能更好的認識操作系統主要功能的實現機理。模擬所需的算法、主要數據結構和程序流程圖都由教師提供,涉及的軟硬件資源和數據結構都是自建的,這樣簡化了實驗,使學生能夠在較短的實驗時間內在教師的指導下完成編程實驗,而不是因為太難無從下手而放棄,能夠達到實驗效果。
3.3對考核方式的改革
考核方式是對學生學習效果的評價方式,是學生學習的主要參照物。在“操作系統”課程中,面對單調抽象的理論知識,上機試驗以提高學生的能力尤為重要。所以筆者改變了傳統的卷面考核辦法,將總評成績改為卷面成績占50%,實驗成績占50%。同時,實驗課的考核要詳細化、規范化。由于試驗是分組進行的,每組交一份實驗報告,給一個成績,應該對小組各個成員有所區分,實驗評分時要求小組提交實驗報告時按各人的貢獻排名,組長排在第1位有5%的加分,組員的成績按權值遞減,分別是100%,98%,95%。這樣避免了原來只是由個別能力強的組員完成整個實驗,有些組員沒有參與的問題,使評分更加合理。對于實驗的考核包括上機演示、上機時提問和實驗報告3部分,各占試驗成績的40%、30%和30%。每組都有10分鐘的提問時間,提出的問題包括整體的設計思想、對開發工具的了解、用到的一些函數或變量的意義、現場對某個功能的修改等等,這樣能檢查出學生是否是從別人或網上得到的試驗程序,得出充分客觀的評分。
3.4充分利用網絡資源
筆者所在課程組開發了操作系統精品課程網站,網站上有所有的教學課件、實驗指導書、教學視頻錄像等課程內容;提供其它好的操作系統課件、操作系統實驗的例子、Linux分析資料等很多有用的資源下載;還包括網上答疑、在線考試和提交作業等特色功能。學生可以在網站論壇上提問,教師能實時做出解答。在線考試系統能自動抽取教師定義的試題庫中的試題,組成一份試卷,并在學生答完后評分并給出正確的答案(目前試題庫中只有客觀題)。教師能夠在線布置作業、批改作業并統計成績。這種方式提高了學生的學習興趣和學習效率,加強了師生之間、學生之間的交流與合作,并能及時向教師反映學生的學習狀況,為課程教學提供了有力保障。
4結束語
計算機專業的師范生還是個新事物,這些學生該如何培養值得我們探討。我們培養的學生應該能滿足現在各地中小學對信息技術教師的要求,又要有一定的前瞻性,能滿足學生以后考研的需要。對學生的培養大綱和各門課程的教學計劃都要認真研究,使我們的學生有好的理論知識和應用技術,能盡量滿足社會各方面的需要。筆者根據自己的理解和實踐,談了自己對計算機專業師范生的“操作系統”課程的內容調整和對課程的授課、實驗、考核方式的調整。這門課程已經上過一輪,學生反應很好,在學時壓縮的情況下學生對理論知識的掌握情況和原來一致,達到了課程要求。并且學生能積極地提出自己的想法,關注相關的新技術新發展,這說明課程促進了學生的個性發展,培養了學生的自學和創新能力。
參考文獻:
[1] 賀穎. 我國部屬師范大學實行師范生免費教育政策的價值分析[J]. 長春理工大學學報:高教版,2008(4):92-94.
[2] 葉俊民,胡金柱,李蓉,等. 軟件工程案例教學研究[J]. 計算機教育,2007(6):19-21.
第3篇：操作系統實驗報告范文
關鍵詞: 操作系統教學改革創新人才
1.引言
操作系統是計算機系統的核心,是計算機科學與技術專業的一門理論性和實踐性并重的核心主干課程,其課程教學直接關系到計算機專業學生的創新能力的培養。現有的操作系統教材偏向于理論,內容抽象、過時,在操作系統的教學中存在偏理論輕實驗或局限于算法的模擬實驗,教學手段單一,因此難以調動學生的積極性,激發學生的學習熱情,培養學生的創新精神。針對現有教學的局限,筆者根據課程特點,從教材、教學內容、教學手段和實驗等幾方面進行教學改革,取得了一定的成效。
2.操作系統的發展與創新
操作系統是隨著計算機硬件與軟件的發展而發展的。從早期的控制程序到管理程序(初級操作系統),再從管理程序發展為操作系統;從作業到進程,再到線程;從單道獨占到多道并發;從查詢I/O到中斷,再從中斷到DMA,從DMA到通道,改革創新貫穿整個發展過程。
創新是民族進步的靈魂,創新性人才培養是人才培養的最高境界。大學作為創新人才培養的重要基地,在整個培養過程中,應始終堅持以創新為本。操作系統的發展過程就是一個創新的鮮活實例,因此,在操作系統的教學過程中教師應將創新能力的培養貫穿于整個課程的教學始終。
3.講義編寫的改革
針對當前教材過時、重理論輕實驗等局限,筆者采取了課程組自編講義,在教學過程中不斷更新完善,講義和參考教材并用的方法。
教師應在充分吸納現有教材精華的基礎上,結合教學實踐,學生的知識結構,最新的理論、技術和實驗環境,有重點、有選擇地編寫講義,以適應教師教和學生學。講義的編寫應做到:第一,內容新穎。教師應摒棄傳統操作系統教材中過時的知識,代之以現代操作系統中普遍采用的設計原理與實現技術。例如,摒棄作業和作業管理內容,強化進程、線程、進程管理和線程管理內容。學生所學的內容與實際使用的操作系統相一致,可調動學生的學習積極性和主動性,提高教學效果。第二,目標明確,重點突出。基于大學教育應努力實現知識、能力、素質三者辯證統一的目標,教師把編寫的重點放在基礎知識、基本技能和基本方法上,這樣才能提高學生的理論素養和分析問題、解決問題的能力。與此同時,教師應注重向學生介紹最新的技術和方法,以拓展學生的知識面,激發學生的學習積極性和創新意識。第三,科學性與通俗性相結合。教師對概念、原理與技術的闡述要力求準確、精煉;對抽象的理論要力求用生動形象的實例加以說明,盡量通俗易懂、深入淺出、圖文并茂,變抽象為具體,以便于學生理解。第四,精心設計習題。教師應根據教學內容,精心設計習題,既要有概念原理的理解與鞏固型習題,又要有設計型實驗習題,突出理論與實驗的結合,以培養學生的工程實踐能力和創新能力。第五,以講義為主線,參考教材為補充。在每一章的講義中,在突出重點的同時,教師應對相關知識點推薦相關閱讀材料,重點推薦1―2本中文教材和1―2本英文教材作為講義的必要補充。英文原版教材更新速度快,理論、技術和概念新,有些是由操作系統設計者直接撰寫的,教師應鼓勵學生直接閱讀英文原版教材,領悟操作系統真諦,提高學習興趣,激發創新熱情。
4.教學手段的改革
傳統的教學手段單一,理論與實際脫節,“灌輸式”教學方式強調“授魚”,而忽視了學生能力的培養和提高,難以調動學生的積極性,致使學生缺乏對操作系統課程的學習興趣,難以掌握操作系統原理的精髓,因此積極探索形式多樣的教學方式具有十分重要的意義。
教學手段改革的目的就是要轉變“授魚”為“授漁”,提高學生自身的綜合素質,培養學生的創新能力。圍繞教學大綱,教師應采用多元化的教學手段:傳統的課堂教學、多媒體教學、網絡教學、雙語教學、網上作業、網上答疑、BBS論壇、操作系統資源網站、工程研發等。
教師可采用以下教學方式提高學生的學習興趣,培養學生的創新能力。第一,啟發式與互動式教學。教師可根據課程內容,分別采用:教師主講、師生互動,學生報告、師生互動與教師總結;分組討論與師生互動,分組辯論及教師評判等方式。教師應增加學生參與互動的機會,變被動參與為主動參與,調動學生的積極性,激發學生的創新熱情。為了提高教學效率和教學效果,教師需要對教學內容精心挑選,有效地組織和充分地準備。第二,借助多媒體技術和網絡技術提高教學效果。教師應利用形式多樣的多媒體表現形式,將抽象的概念和原理以生動形象的圖形、動畫等形式展現出來,變抽象為具體,提高學生的學習興趣。教師可采用網絡輔助手段,利用網絡課件、網絡作業、網絡測驗、網絡答疑、電子郵件和案例設計等多種手段提高交流和互動的機會。第三,重視實驗教學,提高創新能力。教師應設計多層次實驗,包括基礎理論模擬實驗、設計性實驗和課程設計型綜合實驗。教師可將課內、課外結合,鼓勵學生組成興趣小組,激發學生的學習興趣和合作精神。第四,拓展課外教學,直接參與科研。教師可鼓勵和推薦學生參與教師的科研,或到企業參加操作系統設計和開發工作,提高學生的科研能力和創新能力。
5.改革實驗教學與提高學生的創新能力
在操作系統的教學中存在重視理論教學而輕視實踐教學的現象,這使很多學生誤以為操作系統的學習就是記憶知識點,缺乏學習興趣,不利于創新人才的培養。加強實驗教學可增強學生對操作系統原理的理解,提高學生的動手能力和創新能力,因此教師在操作系統課程教學過程中應采用分階段、分層次設計的實驗體系,全面培養學生的創新能力。
本課程的實踐教學分為三個階段、四種類型,即課程實驗、課程設計和專業設計三個階段,體驗型實驗、理論驗證型實驗、綜合設計型實驗和創新型實驗四種類型。筆者在教學過程中同步進行課程實驗與課程教學,以體驗型實驗和理論驗證型實驗為主。體驗型實驗的目的是讓學生熟悉目前的主流操作系統,如Unix、Linux和Windows等。筆者在體驗型實驗教學中設置了系統安裝、配置、命令使用和系統調用等實驗內容,激發了學生的學習興趣,增強了其對理論學習的熱情。理論驗證型實驗的目的是讓學生加深對課程中理論原理和算法的理解,主要包括處理器調度、虛擬存儲管理、磁盤驅動調度、文件管理、進程同步、死鎖檢測與解除等驗證型實驗。課程設計作為一門獨立的實踐性課程開設,筆者將其安排在操作系統課程結束后進行,以綜合設計型實驗為主,輔以創新型實驗。綜合設計型實驗的目的是培養學生對實際操作系統的綜合分析、方案設計和操作系統設計的能力。筆者重點分析開源Linux系統內核源代碼并設計出相關系統模塊,培養學生的綜合設計能力,激發學生的創新能力,為系統開發奠定基礎。對專業設計,筆者安排在四年級的第一學期,以創新型實驗為主,目的是培養學生的創新能力。實驗型實驗是結合教師的科研項目,以項目的方式下達和管理,沒有固定方法。筆者要求學生根據任務書的要求,利用軟件工程的設計方法,自行進行需求分析、擬定項目規劃設計方案并組織實施,從而體現了實驗過程的設計性和工程性,培養和鍛煉了學生的獨立工作能力和創造性思維能力。
為了達到預期的效果,教師需要對實驗內容、實驗環境、實驗步驟和考核內容及指標進行精心組織和準備,嚴格管理。對綜合型和創新型實驗,教師應鼓勵和引導學生積極討論,相互合作,培養學生的團隊精神、創新能力。在實驗中,教師應及時檢查學生的實驗成果,必要時引導學生尋找更好的實驗方案。實驗結束后,教師應要求學生撰寫實驗報告。教師應根據實驗過程中的討論,實驗結果的檢查,以及實驗報告質量和編程代碼質量評定學生的實驗成績。
6.結語
培養創新人才是大學的重要使命。以創新內容為核心的操作系統課程的教學理所當然地肩負著創新能力的培養。因此,教師通過教學內容、教學手段和實驗的改革,能達到培養創新能力的目的。根據上述改革思路,筆者經過多年的教學改革實踐取得了明顯效果,激發了學生的學習熱情,增強了學生的創新能力。在江蘇大學的操作系統課程的教學改革中,有多名學生發表了操作系統方面的學術論文,取得了相關的發明專利,多次在信息安全等全國性競賽中獲獎。
參考文獻:
[1]鞠時光.操作系統原理[M].武漢:武漢理工大學出版社,2004.8.
[2]何炎詳,熊前興.操作系統原理[M].武漢:華中科技大學出版社,2001.10.
[3]宋廣華,段健平,李善平.邊學邊干,教研結合[J].電氣電子教學學報,2006,28,(5):1-3.
[4]陸慶,蒲曉蓉.“計算機操作系統”實驗教學的改革與創新[J].計算機教育,2007,(11):61-63.
第4篇：操作系統實驗報告范文
關鍵詞：Linux內核 嵌入式操作系統 教學方法
文章編號：1672-5913(2011)18-0029-04 中圖分類號：G642 文獻標識碼：B
基金項目：北航研究生院精品課程項目(201010)；軟件開發環境國家重點實驗室開放課題(SKLSDE-2009KF-2-0X)。
隨著嵌入式系統中處理器性能和內存容量的快速提高，Linux在智能手機、網絡通信以及多媒體娛樂設備等領域得到了廣泛應用。國內外高校也對嵌入式相關課程進行了探索[1-2]。
針對軟件學院高層次工程化創新型人才的培養目標，結合國家Linux技術培訓與推廣中心的建設，我們在嵌入式操作系統的教學內容中融入Linux的新概念、新技術，以就業需求為導向，系統而全面地進行了課程的教改研究和建設。
當然，作為實用操作系統，將Linux系統應用到實際教學中，也有很多問題需要討論和探索，如龐大的代碼量，繁雜的基礎概念和應用工具等。針對這些困難，文獻[3-4]進行分析并給出了一些嘗試方案。
基于我們在相關課程中的知識和經驗積累，結合國內外針對Linux教學已經取得的成果，我們設計了一套具有自己特色的課程體系和實施方案。學生通過該課程的學習，不僅可采用實例方式對嵌入式操作系統和計算機組成原理等核心專業基礎課程進行深入系統地拔高，而且可強化C語言編程能力和UNIX平臺的系統開發能力，學會以“系統”的觀點來看待嵌入式系統的組成，理清軟件和硬件之間的相互依賴關系，為將來從事嵌入式軟件的研發奠定堅實的理論和實踐基礎。
1 課程群的發展歷程
北航軟件學院自2004年起為一年級研究生和高年級本科生開設“Linux內核分析與實踐”課程(該課程2009年得到教育部-英特爾精品課程項目支持)，最初強調對操作系統本身原理(即內核機制、進程管理、內存管理、文件系統和設備管理等部分)的理解。在經過一輪授課實踐后，相當部分學生反映對課程內容學習有相當困難。認真分析后，我們結合軟件學院承擔的北航“國家Linux技術培訓與推廣中心”的建設任務，引入了Novell公司的SUSE Linux的使用和系統管理課程，并另外增加了Linux環境下應用程序設計內容，用于解決學生Linux基礎知識不足的問題。我們發現根本原因是由于這些學生不具備Linux的相關基本概念和使用經驗，在直接學習操作系統相關知識時，出現了知識斷檔。課改的實施旨在改善課程的教學效果。
嵌入式操作系統是該專業一年級研究生第二學期的專業限選課程，該課程和上述兩門Linux相關的課程相互結合，強調嵌入式系統中的操作系統的實時性、可定制等特點，緊密結合實際就業需求，在課程中設置內核移植、硬件驅動和中斷并發內核機制等跟硬件平臺相關且實踐性較強的內容，并通過μCOSII原理的對比，來加強學生對嵌入式操作系統中相關概念的掌握和理解。
綜合以上課程群的內容，驅動程序與內核的學習是相互促進的，即先學習一些簡單的驅動程序的知識，有利于對內核相關原理的學習。反過來，對內核知識的深入學習，也是進行高級驅動程序開發的前提。這樣做的好處是，不僅強調驅動程序學習的重要性，而且重視相關的內核原理對驅動程序設計的相關性，將課程定位于培養高端的嵌入式系統實用人才，
結合以上教改內容，可以總結出自頂向下和自底向上相結合的課程學習路線圖，在自頂向下部分，通過對Linux基本使用和應用編程的學習，學生可由Linux外部使用特性對內核相關機制形成一些感性認識。在自底向上部分，通過首先學習一種硬件平臺，包括一些基本接口及其驅動，學生可對硬件提供的對內核的支撐機制有個初步了解。
在具備上下兩方面的基礎后，再逐步從應用需求和資源管理兩種角度引入操作系統內核的功能需求，通過內核相關實現將上層的應用接口和下層的硬件原理銜接起來。這種知識的組織結構既符合內核設計的原則，也有利于學生將平臺開發和計算機組成知識融合起來。
2 課程內容與實施
鑒于嵌入式操作系統相關知識點繁雜、涉及面廣、相互之間關聯性強從而造成學習時難于入門的特點，基于對實際開源操作系統具體實現方式的分析和對比，我們確定了“理論和實踐相結合，強調課程‘邊界’知識點，關注并及時融入新技術”的課程內容設置原則。
2.1 課堂講授內容
課程首先介紹嵌入式操作系統的基本功能和發展歷程，總結嵌入式操作系統特點。然后，講述實時系統的相關概念，包括臨界區、可重入、同步和任務切換等內容。
課程內容基于i386處理器，但在涉及硬件細節時一般會適當對比ARM平臺，并考慮64位結構對內核的影響。課堂講授的關鍵知識點還包括Linux的模塊編程、進程管理、內核機制(如中斷和下半部、時鐘和定時器、多處理器和內核同步等基礎機制)、內存管理、文件系統、設備管理和驅動開發等部分。各知識點相應的部分，通常都會與μCOSII的實現方式進行適當對比。由于內容和細節繁多，且相互之間關聯性強，所以在課堂上只選擇講授各大部分中關鍵和基礎性的知識點，而對于具體細節等需要深入學習的部分則通過實驗進行涵蓋。在具體內容組織時采用“理論與實踐”的組織方式，即首先針對各相關內容設計實驗(分為源代碼分析和動手編碼兩類)，然后再根據實驗內容確定課堂上的講授內容。
嵌入式操作系統處于硬件與應用程序之間，這決定了學習操作系統時存在一些“邊界”知識。比如，編譯鏈接時的地址重定位、硬件的支撐機制、內核的啟動過程等。盡管這些知識不屬于核心知識點，但它們是完整理解核心知識點的基礎，因此需要在課程講授時明確指出。
對于軟硬件領域出現的新技術，如虛擬化、多核等與操作系統內核密切相關的一些新技術，在課程中也會適當解釋。
2.2 實驗內容
為適應不同基礎和能力的學生，我們設計了分層次的實驗內容，形式上分為源代碼閱讀分析和上機實驗兩大類。
2.2.1 源代碼閱讀分析
源代碼閱讀分析實驗的主要目標是使學生深入理解Linux或μCOSII操作系統的核心工作機制，并熟悉內核代碼的組織方式和編程風格。這類實驗的主要內容涉及內核的啟動、內存映射、進程的創建、打開文件、信號量的實現等。
要求學生選擇2項以上的題目進行分析，并完成分析報告。報告的內容包括所選內容的技術背景和應用價值、所使用的算法和數據結構、具體實現時函數的調用關系，并對各函數的基本功能進行說明。報告最后還要求從操作系統原理的角度對所選擇技術的優缺點及可能存在的改進方法進行分析。
2.2.2 上機實驗
上機實驗的主要目的是培養學生C語言和系統平臺的編程能力，并對課堂和源代碼閱讀所學習的原理進行驗證式或創造式的動手技能訓練。這類實驗的主要內容包括內核的編譯與安裝、模塊編程與管理、為內核增加一種新的同步對象[5]、共享內存和內存映射文件、字符設備驅動程序以及復雜設備驅動程序等，內容的設置在涵蓋主要原理的同時，兼顧實際就業時的技能需求。
2.3 教學實施
作為以動手能力培養為目標的課程，強調以學生為主體，但同時也重視教師的引導作用。本課程綜合運用以下多種教學方法和手段，以達到高層次工程化創新型人才的培養目標。
1) 課堂專題討論。針對操作系統各部分知識相關性強，不易理清的特點，在課堂上給出一些引導性的問題，讓學生分組進行討論。老師根據各組的討論情況進行相應的引導，從而使學生在討論的過程中將各相關的知識點進行整理、組合，達到靈活應用的目的
2) 實驗指導教師引導小組討論。實驗指導老師定期組織其指導的學生小組進行討論，依據實驗報告和項目文檔對其中存在的難題進行解答并展開討論，對一些有爭議的話題進行引導，鼓勵學生進行發散型思考，以提高其創新能力。
3) 綜合考評方式。采用源代碼分析論文(25%)、實驗報告(25%)和期末筆試(50%)相結合的考核方式。源代碼分析論文強調學生從分析獲得的個人體會，實驗強調學生的動手能力和代碼規范性，而筆試則全部采用簡答題形式，注重對概念與具體實現方式的理解與對接。
4) 現代教學手段的運用。針對課程中的一些重要內容，制作相關的圖形、動畫或視頻，以增強教學效果。利用網絡環境展開教師與學生、學生與學生之間的及時溝通和交流，促進學生的學習主動性和自主性。
3 課程特色
1) 針對課程特點，合理組織教學內容。針對該課程相關知識點繁雜，涉及面廣，相互之間關聯性強從而造成學習時難于入門的特點，本課程采用兩種實際的軟件硬件平臺的具體實現技術相對比的方式進行教學，以場景的形式對進程創建和切換、虛存映射等操作系統核心知識進行組織，有利于學生對相關知識的理解。另外，為了使學生理解操作系統和應用程序運行的來龍去脈，增加了(動態)連接、系統的引導和啟動、可執行文件的格式和組成等“邊界”內容。
2) 明確課程目標，注意理清同時涉及軟硬件的概念之間的關系。作為軟硬件密切結合的嵌入式系統，嵌入式操作系統的深入學習離不開對硬件平臺的深入理解。但很多技術，比如中斷處理、地址綁定等概念，操作系統中的設計都需要依賴于處理器提供的支持才能實現。因此，在講述這類知識點時，強調哪些是硬件的技術，哪些是軟件的技術。這種做法非常有利于學生理解硬件中有哪些技術是為了操作系統的存在而設計的，操作系統中有哪些技術的實現是為了在多種硬件平臺上“通用”而設計的，從而達到培養創新型高級“系統”設計人才的目的。
3) 強調實用技能，采用源代碼分析和編程實驗相結合的實踐形式。為了達到高效運行的設計目的，操作系統的源代碼通常設計得非常“精美”，因此可作為編程能力培養的經典范例來使用。而上機編程實驗，則需學生綜合運用所學的相關原理和編程技術，設計并實現一種系統功能，因此強調實際動手技能的培養。這種代碼分析與上機實驗相結合，真正做到了理論與實踐相結合的培養模式。
4 結語
以上教改的實施顯著提高了學生的學習興趣和學習主動性，通過學生反饋的課程評估結果及其就業表現驗證了課程建設的有效性。
我們深知，課程的建設和改進沒有止境，教學內容和教學方法需要根據教學效果的反饋不斷地進行循環優化。希望能通過進一步借鑒國內外同行的寶貴經驗，把我們的教學水平提高到一個新的層面。
參考文獻：
[1] Ian McLoughlin, Anton Aendenroomer. Linux as a Teaching Aid for Embedded Systems[C]. Proceedings of the 13th International Conference on Parallel and Distributed Systems. Washington,DC,USA:IEEE Computer Society Press,2007,vol.2:1-8.
[2] Sung-Yuan Ko. On The Teaching of Embedded Linux System[C]. The First Asia-Pacific Workshop on Embedded System Education and Research (APESER),Washington,DC,USA:IEEE Computer Society Press,2007,vol.2:1-2.
[3] Oren Laadan,Jason Nieh,Nicolas Viennot. Teaching Operating Systems Using Virtual Appliances and Distributed Version Control[C]. Proceedings of the 41st ACM Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE 2010), Milwaukee,WI,USA,March 10-13,2010.
[4] Rob Hess,Paul Paulson. Linux Kernel Projects for an Undergraduate Operating Systems Course[C]. In Proc. 41st ACM Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE),Milwaukee,WI,USA. March 10-13,2010.
[5] 羅宇,陳燕暉,文艷軍,等. Linux操作系統實驗教程[M]. 北京:電子工業出版社,2009.
Application of Linux Kernel in Embedded Operating System Course Teaching
YUAN Cangzhou, LÜ Weifeng, KANG Yimei, SONG You, SHEN Xueping, WANG Huafeng, ZHAO Heng
(Software College, Beihang University, Beijing 100191, China )
第5篇：操作系統實驗報告范文
關鍵詞： 嵌入式系統 ARM μC/OS-Ⅲ
引言
嵌入式系統是一個很寬泛的概念，我們一般將以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統稱為嵌入式系統。近十年來，隨著當前各行各業對單片機能力的要求越來越高，如主頻高、功耗低、外設多、互連方便、支持操作系統等，嵌入式處理器市場正在32位化，ARM芯片以其高性價比取代51芯片成為嵌入式系統設計的新寵，同時μC/OS-Ⅲ嵌入式操作系統因源碼獲取方便成為嵌入式系統學習的首選對象。
在實際教學中發現：（1）學生拘泥于嵌入式軟硬件知識細節，不能從嵌入式產品的系統層面和設計過程中整體地動態地了解、理解和掌握嵌入式系統設計知識；（2）學生太過依賴學院實驗室現有的嵌入式實驗箱或自己購買的嵌入式開發板，不敢或很少嘗試設計并制作自己的嵌入式開發板；（3）學生對嵌入式操作系統了解有限，忽視相關開發工具的使用與掌握。
本文將從嵌入式系統課程實驗板DIY（Do It Yourself）開始，探索課程實驗板DIY自主實驗指導方法，嘗試通過適當的適度的DIY實驗操作指導，訓練學生在規定的時間內和有限的成本下制作自己的嵌入式系統實驗板，培養學生進一步自主探索學習嵌入式系統知識的興趣。
1.研究目標與關鍵問題
1.1研究目標
依據《嵌入式系統》課程教學內容，研究課程實驗板DIY教學方法，制定課程實驗板DIY指導手冊，指導學生逐步DIY自主制作自己的課程實驗板，讓學生在實踐課程實驗板DIY過程中親身領會并掌握嵌入式系統軟硬件設計方法，并最終基于ARM Cortex-M3微處理器和實時操作系統μC/OS-III搭建嵌入式系統的軟硬件平臺，完成課程實驗并定制特色功能。
1.2關鍵問題
（1）如何讓學生快速設計、投板、焊接并調試自己的ARM實驗板，并且時間和成本可控。
（2）如何讓學生在自己的ARM實驗板上主動探索來完成課程實驗，并且及時總結相關問題和對應的解決方案。
2.《嵌入式系統》DIY實踐
借助當前便利的電路板PCB制作與生產工藝，在課程實驗板DIY指導手冊幫助下，指導學生逐步完成課程實驗板DIY實踐。
值得一提的是，當前電路板PCB打樣雙面板價格50元/款起，尺寸大小10cm*10cm以內，完全滿足課程實驗板制作要求。
2.1實踐任務布置
在《嵌入式系統》授課之初，強調嵌入式系統課程實踐的重要性，引導學生思索如何動手實踐。然后課程設計任務，要求自己動手制作ARM最小系統板，運行μC/OS-III操作系統，滿足課程各項實驗要求，定制開發自己的特色功能。
說清楚兩個限制：（1）必須使用ARM Cortex-M3微處理器和μC/OS-Ⅲ實時操作系統；（2）必須在一學期內完成（大約3個月）并且成本可控（100元左右）。
2.2實驗板硬件制作
針對選定微處理器芯片（如ARM STM32F103），提供課程實驗板原理圖，僅涉及最小系統板硬件（包括ARM芯片、晶振、SWD調試、USB供電模塊）和課程實驗所需硬件支持（包括基于GPIO的LED和KEY，以及UART模塊）。芯片管腳全部基于排線引出，便于學生后續的擴展實驗。考慮到學生可能初次進行PCB制版，因此實驗板PCB圖提供半成品，完成最后的布線。
當然，學生完全可以部分或全部修改實驗板原理圖和PCB圖，前提是學生必須有電路板制版經歷。強烈建議初學者不要做太多的修改，而是完成剩下的PCB布線，并投板、焊板，進而編程與調試。
本階段計劃時間兩周，可階段驗收成果為：（1）絲印學生姓名的PCB空板；（2）焊接完成的ARM實驗板。
2.3實驗板程序練習
實驗板程序分為兩部分，本著簡單易學和循序漸進的學習原則，依據《嵌入式系統》課程教學內容，僅涉及LED、KEY和UART三個常見外設，訓練內容包括ARM裸板程序和操作系統程序兩部分，下表僅列舉部分實驗內容。
在此過程中，為了調動學生積極主動性，可以實行一定的獎勵措施，如通過額外的平時分鼓勵學生，將在硬件制作與軟件編程實踐過程中遇到的問題和對應的解決辦法記錄下來，并通過教師確認后集中給各位學生以參考。
本階段時間持續整個學期，可階段驗收成果為課后作業和實驗報告。
2.4特色功能實現
學生通過在ARM實驗板硬件基礎上擴展功能模塊，基于μC/OS-III任務程序實現自己的特色功能，如紅外測距、溫濕度采集、小車控制等，并完成課程設計報告。
課程設計報告內容包括：（1）課程設計簡述，闡述目的、內容和意義；（2）需求分析，闡述功能需求、技術指標、設計約束；（3）總體方案設計，涉及系統框圖、功能框圖、業務流程圖等；（4）硬件設計，涉及硬件框圖、器件選型、模塊電路圖等；（5）軟件設計，涉及軟件框圖、關鍵數據結構、核心模塊流程圖等；（6）系統測試，包括測試目的、測試步驟、測試結果、結果分析；（7）附錄，主要包括擴展的功能原理圖和關鍵代碼。
本階段時間為學期的最后兩周，可階段驗收成果為課程設計實物和報告。
結語
經過近三年的嵌入式系統課程教學實踐，初步形成一套比較完整的自主實驗指導方法和對應的實驗板DIY指導手冊，已成功指導百余名學生制作自己的ARM實驗板，并實現自己設計的特色功能。
參考文獻：
[1]石海貝，任秀峰.淺談嵌入式系統的應用與開發[J].信息與電腦：理論版，2010（2）.
[2]江維，桑楠.面向高等教育的嵌入式系統教學改革[J].計算機教育，2011（16）.
[3]王振華，劉慧芳.嵌入式軟件開發實踐教學改革與探索[J].教育教學論壇，2016（34）.
第6篇：操作系統實驗報告范文
本文將主要談論我們依托多媒體等教學手段和網絡教學網絡搭建的多元立體化教學平臺，在操作系統教學中的一些探索和體會及教學效果。
一、理論課講授：在建構主義理論指導下，引導學生成為學習的主體，化被動接受知識為主動探索未知
（一）多以實例剖析抽象概念和理論
操作系統的功能即為用戶程序提供抽象和管理計算機資源，因此《操作系統》課程的抽象概念是需要重點講解和分析的，是含混不清的一般性敘述？還是通過解析某個特定實例？我們在實踐中發現后一種方式效果要好。
（二）注意理論聯系實踐，循循善誘
在課程講授過程中，盡可能的用身邊的客觀問題做實例，讓學生更好的理解相關的概念和算法。例如：在介紹頁面置換算法時，以新進商品（頁面）要放入到超市貨架（內存）為例說明當貨架滿時將哪件商品換出合適。FIFO算法忽略了商品自身的重要性，因此FIFO算法并不合理。然后引導學生綜合考慮進入超市的先后和重要性（即最近是否有顧客瀏覽或者購買該商品）的置換算法（第二次機會頁面置換算法）會比較合理。接下來又拋出第二次機會算法經常要在鏈表中移動頁面降低了效率的問題，引導學生思考更好的辦法，也就是把頁面保存在循環鏈表中，即時鐘頁面置換算法。如此，從生活的例子入手，一步一步引導學生思考，既可以加深對頁面置換算法的理解又可以增加課堂氣氛的活躍。無形中學生成為知識獲取的主體，可以進一步引導其提出其它教材中未提到的頁面置換算法，從而為后續的設計性和綜合性實踐奠定理論基礎。
（三）善用比喻類比和動畫
操作系統課程中有一些晦澀的理論和算法，直接講解很容易停留在抽象層面。此時采用恰當的比喻、類比或形象的動畫，學生會比較容易理解和消化。而對于一些操作系統進行資源分配和管理的算法的描述則可以借助Flash動畫直觀而形象，學生表示很受用。此外，吸引學生參與到相關Flash動畫制作工作當中，將激發起極大學習興趣和積極性。
（四）習題講解同步，并引入實際操作系統平臺案例分析
每講完一個關鍵知識點就輔助一定習題，鼓勵學生大膽思考，勇敢出錯。然后針對學生出的典型錯誤，結合知識點剖析，讓學生對抽象理論有深刻的理解并學會拿來解決實際問題。對于核心知識點，引入具體操作系統平臺案例深入分析，讓學生可以觸及進程管理、內存分配機制等內核，使學生對研究開發嵌入式系統、交互系統等有了清晰認知。
二、實踐教學改革：強調實踐出真知，同時強調團隊協作的力量，實現知識和能力互長
實踐教學是培養學生創新能力的“切入點”。實踐教學的廣泛性和立體性使其在培養學生創新能力過程中具有不可替代的作用。我們在楊柳等采取“重基礎、重實踐、重創新的多方位教學模式”啟發下，根據獨立學院的實際學情，提出了以實驗（包括基礎性實驗、設計性實驗、綜合性實驗）和項目實戰為核心的實踐教學模式，確保實踐內容的可操作性和連貫性、漸進性。
（一）驗證性實驗：以一個具體的操作系統（Linux）為例進行與課程知識點直接相關的實驗，如基于Linux命令的進程創建，讓學生將學到的知識馬上進行實踐操作，有利于知識的鞏固和洞察操作系統的具體行為，進而深入理解操作系統的精髓。
（二）設計性仿真實驗：與具體平臺無關，如銀行家算法模擬，重點在于通過實驗掌握核心算法，并為后續的綜合性實驗和項目實戰做準備。
（三）綜合性實驗：引入開源的Linux系統內核分析，布置對內核進行修改的綜合性實驗，旨在激發學生學習操作系統的興趣和主動性，又訓練學生分析問題、解決問題的綜合能力。
（四）項目實戰：最后在畢業設計環節，鼓勵學生在開源代碼基礎上設計和實現一個完整的小型操作系統，從而大大提升應用實踐能力。
此外，實驗中設計了若干思考題，讓學生觀察實驗結果總結相關理論，以進一步提高學生理論聯系實際的能力。并針對學生基礎和能力的參差不齊，提出了分層次教學，對實驗的要求分為最高目標和最低要求，規定所有學生必須都完成最低要求內容，而對達到最高目標的學生有加分獎勵。為實現新形式下應用創新型人才培養目標，協同合作能力培養不可或缺，在實踐教學上體現在：在上機過程中，由于學生太多，在鼓勵同學們優勢互補的基礎上分了組，從而可以優先對組長指導，然后由組長指導學生；同組同學相互探討解決在實踐設計過程中遇到的各種問題和程序錯誤。當問題較普遍的時候，當堂或者下一次課的講授中集中說明講解。課后學生上交實驗報告（設置提交期限，超過期限將扣分甚至不得分）。在實踐教學中依然遵從了學生為主體，老師引導和協助的建構主義理念。
三、評價方式改革：過程性評價為主的多元一體評價方式，激發學生更大的積極性和進取心，化知識獲取為能力提升
改變傳統以單一的試卷形式進行的總結性、知識性考核方式，探索以能力為導向的過程性評價機制，淡化期末考試。采用平時考核與期終考核相結合、知識評價與能力評價相結合的課程學習評價方式。采取任務驅動模式，引導和推動學生循序漸進地完成教師設計的課程內容，促使學生從被動的知識接受者轉變為主動的知識探索者，構建各自的知識樹，并使學生在學習過程中逐步訓練和養成良好的紀律性、溝通合作的技能、多元思維方式等綜合素質和能力。
我們采用概念闡釋到位的經典外文教材及譯本，講述過程中注重采用實例分析，避免含混不清的一般性敘述；完整的實驗講義和明確的實驗目標，將實踐教學落到實處，真正實現了理論與實踐的緊密結合；教學內容由淺及深、層進式教學內容設計更好的貼合了我們實際學情。我們課程團隊通過多種教學手段相互補充，集課堂、實驗、網絡教學于一體，初步形成了多維立體化教學模式：“課內教師教學 + 課外學生小組學習+創新項目實踐”，“常規教學 + 實驗教學 + 網絡教學”，“課上多媒體教學為主/板書為輔 + 啟發引導為主/講授為輔 + 現場習題和案例集中剖析”及 “課后作業練習 + 上機實踐+ 畢業設計項目演練”。這些探索和改革顯著改善了教學效果。
參考文獻：
第7篇：操作系統實驗報告范文
關鍵詞 Seminar教學方法 嵌入式系統 實驗教學
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
0 引言
Seminar可以翻譯為研討課，是在歐美國家常見的一種教學模式。在Seminar教學模式中，學生針對某一要解決的課題組成小組，教師指導學生進行調查研究并且學生之間、教師和學生之間可以自由進行學術探討，從而達到“學有所獲、教學相長、日學日進”的教育目的。①Seminar教學方法的優點在于：一方面它可以調動學生學習的自覺性和主動性，培養學生團結合作的精神，提高學生分析和解決問題的能力；另一方面也有利于促進教師的教學水平、科研能力的提高和知識面的拓寬。
嵌入式系統課程涉及電子、計算機、自動控制等諸多專業知識，專業性強，包括操作系統、微機原理、編程語言程序設計、計算機網絡和單片機設計等課程內容。②要想比較牢固地掌握嵌入式系統的知識和技術，學生往往需要經歷基礎知識的學習、現場的觀摩演示以及親自動手操作等幾個過程。要想最終成為一名合格的嵌入式系統技術人才，還需要在此基礎上經過進一步的實踐鍛煉，掌握解決實際問題的技巧，并積累豐富的經驗。對于這樣一門綜合性很強的課程，實驗教學是整個教學過程中的一個重要環節。③在傳統的實驗課程中，一般都有詳細的實驗指導書，學生只需要根據指導書中給出的實驗步驟，利用教師給出的實驗設備，按部就班地操作就能獲得理想的實驗結果，這種傳統的實驗模式不能充分地激發學生的主觀能動性。為了能夠進一步拓寬了學生的思路，提高了學生分析問題和解決問題的能力，我們在傳統實驗課程的基礎上設計了若干綜合性實驗。同傳統驗證性實驗相比，綜合性實驗內容相對復雜，涉及到的知識點較多，一改過去傳統驗證性實驗墨守成規的實驗方法。并且我們在綜合性實驗教學中引入Seminar教學方法，讓學生針對某一綜合性實驗課題進行自由研討，培養學生從問題需求開始， 掌握如何獨立設計系統的方法，取得了良好的教學效果。
1 Seminar教學方法實施過程
1.1 Seminar題目的選擇
Seminar教學方法旨在對某一課題進行研究討論，因而選擇的題目不宜太過簡單，要具有一定的綜合性和適當的難度，同時也要考慮到學生的基礎和水平，題目的制定也要基于學生所學過的知識和已經完成了的基礎實驗。在進行綜合實驗之前，要求學生已經在理論課上學完了相關的基礎理論知識，并且完成了相關的基礎實驗。舉例來說，在嵌入式系統實驗教學中我們常做的基礎實驗有三個：（1）LCD接口應用實驗，實現在LCD上顯示某種色彩、繪制簡單圖形的編程；（2）觸摸屏應用實驗，掌握ARM處理器與觸摸屏的驅動控制器的接口電路和操作編程；（3）步進電機控制實驗，掌握步進電機控制原理，編寫步進電機相關函數，實現正反轉、停車、調速。基于這三個基礎實驗我們設計了一個綜合性實驗，要求用觸摸顯示屏實現對步進電機的控制和工作狀態顯示。該綜合實驗需要通過學生自己的分析研究，構建一個實用的系統，即用到了以前學到的基礎知識，又具有一定的綜合性，非常適合采用Seminar教學方法。
1.2 Seminar題目的布置
一般在上課前一周， 對實驗任務進行布置，主要包括對將要進行的實驗課的題目、人員和實驗進程進行簡要介紹和安排，提供給學生相關的科技文獻和資料，要求學生認真閱讀，指導學生對實驗方案的設計進行思考，每個學生都要準備至少一個可行方案，以備課堂上作為小組的備選方案進行討論。也可以給出幾個難度、類型近似的多個可選題目，供學生結合自己的實際進行選擇。在此階段教師可以安排一個統一的答疑時間對他們的疑問進行解答。
1.3 針對實驗題目進行研討
我們進行Seminar實驗教學的地點為嵌入式系統實驗室，總共有10套實驗平臺。對參加實驗的學生進行分組，一般3～4人一組，每組一套實驗平臺， 有利于相互探討并設計方案。該實驗室既可以進行小組討論，也可以在討論好方案后直接進行實施驗證。為了讓每個學生都能參與，在課程開始前小組成員要自行進行分工，做到各司其職。課程開始后，教師在課堂上隨時可以參與到學生們的研討過程中，可以和學生一起分析、解決問題。 教師如果發現有的學生不積極發言或不愿一起參與方案的設計時，可以對他們進行提醒或者向他們提出問題。教師如果發現有的小組討論離題，可以幫助他們回到原題。由于Seminar這種教學模式具有多向互動性，它可以全方位調動起一個小組里所有成員參與實驗課程的積極性，有利于將發散性思維轉換為現實，能夠促進學生獨創精神的形成。Seminar 教學模式和一般的課堂討論有很大的區別， 它致力于培養學生的獨立科研能力并將其落實到課堂的研討交流中，它在強調對學生的自學能力和科研能力的培養的同時，也注重激發學生的創造力和想象力。
1.4 研討結果的實施
Seminar討論好的實施方案正確與否，需要進行驗證，這也就是實驗操作過程。這一過程主要包括學生編寫、調試和運行程序并記錄實驗過程。教師對學生的實驗過程進行指導并掌握全班同學實驗操作的總體情況。在這個過程中，小組成員之間也在進行研討式學習：在小組內部如果發現同組同學出現錯誤操作，就會在小組內部討論并改正，遇到操作上的問題也可向同組的同學請教。實驗的最終順利完成需要每個小組成員相互配合和共同努力。在整個實驗的實施過程中，每個小組成員根據預先的分工，保證完成自己的實驗操作。由于小組成員在整個實驗操作過程中一直在交流和探討，所以研討結果的實施過程實際上是Seminar研討過程的繼續。
1.5 實驗結果匯報
實驗操作結束后，每組學生中要選出一名學生，代表本組向全班同學匯報本次的實驗情況。報告內容主要包括實驗方案的設計、程序的編寫、調試和運行以及實驗結果分析。無論報告任何主題，報告人首先要對所做的實驗內容進行簡單介紹，然后著重介紹自己小組的實驗設計思路、設計方案，最后對實驗結果進行分析總結。然后指導教師可以根據學生的發言，在課堂上引導全班同學針對某個或某幾個相關問題進行討論性的發言。教師的作用就是引導討論的進程，掌握和調控課堂有限的時間。在實驗結果匯報結束后學生需要上交一份有關本次實驗的報告。同傳統的實驗報告不同，該報告要求以小論文的形式進行撰寫。這種以小論文為形式的實驗報告主要包括以下內容： 論文的題目、前言部分、設計方案及方法、實驗結果與分析、結論。論文題目一般情況下就是實驗的題目。 前言部分一般介紹對題目的認識以及對題目的探討過程，類似于綜述。設計方案及方法一般是指學生們在實驗研討過程中所確定的實驗實施方案和具體方法。實驗結果與分析主要包括實驗數據、實驗現象的記錄以及實驗結果的分析說明。結論部分是學生們對整個實驗及研討過程所做的總結，主要歸納總結自己在實驗中的收獲和經驗。
1.6 Seminar成績的評定
一般情況下， “Seminar”模式實驗課的總成績可以通過以下4個分項成績加權求和獲得：（1）Seminar實驗前期準備得分。主要包括是否對實驗內容提前預習，對題目的理解是否正確，是否查閱了相關文獻等。（2）Seminar實驗研討得分。主要包括是否積極參與實驗方案的研討，對教師或同學的提問是否能夠準確回答，是否提出了關鍵性的問題以及是否提出了準確合理的解決方案。（3）Seminar實驗實施得分。主要包括實驗步驟是否準確無誤，實驗結果是否正確有效。（4）Seminar實驗報告得分。這部分分值取決于學生最終所提交的以小論文為形式的實驗報告的質量，具體可以根據實驗報告中方案是否合理，結果是否正確，分析是否透徹，以及是否有自己獨到的見解進行評分。
2 教學效果分析
與傳統驗證性實驗相比，綜合性實驗內容更復雜，涉及到更多知識點，對學生分析問題和解決問題的能力提出了更高的要求。Seminar 教學方法的引入，改變了嵌入式系統實驗教學由教師作為主導的傳統，將傳統教學上的“單向傳導模式”改變為“雙向互動模式”。 Seminar這種多向互動的交流方式，可以全方位調動所有參與者的學習熱情，有利于學生形成獨創性見解，提高學生學習的自主性和主動性。在Seminar實驗課程的教學中還要注重培養學生以口頭和書面形式對知識進行傳遞的能力，注重提高學生對知識進行歸納整理的能力以及展示成果和表述觀點的能力。另外，Seminar這種教學形式還為學生提供了合作交流的機會，通過在課堂引入合作精神，有利于提高學生的團隊合作能力。從最終實驗效果來看，將Seminar教學模式引入嵌入式系統的實驗課程既能夠優化學生的知識結構，又有助于提高學生分析和解決問題的能力以及協同學習的能力。同傳統的按部就班式的實驗教學相比，學生能夠獲得更大的收獲。
注釋
① 林培錦.Seminar在大學本科教學中的價值及應用[J].寧波大學學報，2010.32（1）：32-36.
第8篇：操作系統實驗報告范文
關鍵詞：操作系統；驗證性實驗；設計性實驗
中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)02-0368-02
Teaching Reform of Operating System Principles Course Combining with Experiment
ZHANG Jun
(Hulunbeir College, Hulunbeir 021008, China)
Abstract: To applied undergraduate college and academy, operating system principles course is a professional core course in computer sci? ence and technology major, which emphasizes that theory and practice should combine closely with each other. In this paper, replication experiment of operating system course is firstly discussed in order to improve students’ profound understanding of operating system knowl? edge. Then comprehensive design experiment teaching is carried out and implemented gradually. At last several typical examples of design experiment have been listed.
Key words: operating system; replication experiment; design experiment
操作系統是計算機系統中的一個系統軟件，位于裸機和其它系統軟件之間，它是這樣一些程序模塊的集合-----它們管理和控制著計算機系統中的軟硬件資源，合理地組織計算機系統的工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個功能強大、使用方便和可擴展的工作環境，在用戶和計算機之間起到接口的作用。操作系統是目前最復雜、技術含量最高的軟件，在計算機專業軟、硬件課程的設置上起著承上啟下的作用，其中的許多設計思想、技術和算法都可以推廣和應用到大型的、復雜的系統設計，以及其它領域。因此，其教學目標應重在培養學生理解和掌握計算機操作系統的基本工作原理、設計技術及設計方法，培養學生開發系統軟件和大型應用軟件的意識和能力，同時還要讓學生了解現代操作系統的新思想、新技術和發展研究動向。操作系統實驗部分的教學比較重要，對理解操作系統的理論知識和具體實現技術，體驗該課程的抽象思維方法，培養規范的系統程序設計能力，都具有十分重要的意義。本文就呼院操作系統實驗課程分析了從驗證性實驗到綜合設計性實驗的過度，并提出了解決操作系統課程實驗困難的一些設想。
1呼院操作系統實驗課程改革的必要性
1.1操作系統課程教學的特點
1）操作系統原理教學以課堂講授為主，形成了一種“灌輸式”的教學方法，對啟發式、討論式和研究式的教學方法采用的比較少，進而導致學生創新能力不強。
2）操作系統原理教學內容理論性過強，實踐性較弱，這樣的教學形式不利于對學生創新能力的培養。學生缺少自己動手分析具體操作系統實例的能力，課程設計和實現環節幾乎沒有，學生參與研究性學習的機會少，不能激發學生學習操作系統的興趣。
3）操作系統原理教學手段過于單一，僅局限于課程教學、多媒體教學、案例教學等少數教學手段，沒能充分利用實驗室環境的優勢，進而影響了學生的學習興趣。
1.2我校現狀
近幾年呼院計算機系都招收高職類的本科生，由于學生的類別是高職，所以操作系統課程的實驗只是開設一些驗證性的實驗和閱讀大量的現成源代碼。例如：了解Windows XP的系統信息與注冊表；winXP任務管理器的使用；FAT32與NTFS文件的區別等。隨著學生學習積極性的不斷提高和學生對專業知識需求的增加，只是開設這些簡單的驗證性實驗并不能滿足學生學習操作系統課程的需要，再加上操作系統課程理論教學本身的束縛，使得我們必須開設一些綜合設計性的實驗，利用學過的程序設計語言自己編一些程序，來配合完成操作系統理論課程和實驗課程的進一步強化。
2操作系統實驗課程改革與初步分析
2.1從課堂講授的“灌輸式”向實驗室的“互動式”轉變
“互動式”教學就是在教學過程中讓學生充分利用實驗室中的實驗環境而完成教學的方式。它培養了學生的參與意識、動手能力和思維能力，并能激發學生的學習興趣，也能對以前學過的語言進行鞏固和復習，是一種良好的教學方式。它符合素質教育所提倡的“教為主導，學為主體”的教學思想，使學生由被動變主動。
結合本校大學生自身的特點，采用“打比方-案例式-討論式”的模式，充分發揮其“學為主體”的作用。例如，在講授某個重點內容時，可讓同學先預習，再由老師通過案例提出一些問題，學生帶著這些問題去討論研究，然后在實驗室解決，從而將遺忘部分補足。而后，由老師就該內容做總結，提出重點部分和難點部分要求學生掌握，并請學生總結學習心得，寫出實驗報告，使其進一步透徹掌握該內容。最后，提出思考題和作業題給學生練習。經過這樣一套程序下來，盡管教師沒有逐條講授，但學生掌握的程度卻比平常高。同時還可以鼓勵學生參與課題研究。通過把與課程內容有關的科研課題進行分解，在授課過程中提出，讓學生自愿結成小組進行資料搜集和研究，充分發揮協作精神，促進教學相長。
2.2從以“理論”為中心向以“實踐”為中心的教學模式轉變
操作系統原理是一門理論性和實踐性都很強的課程，它來自于客觀需要，現正運行在各種不同類型的機器上。操作系統中的概念在實際操作系統中體現，操作系統的實現技術在實際操作系統中實施。因此，要加強該門課程的實踐教學環節。根據該門課程的特點，通過開拓思維、研究實例和實際實踐，培養學生從理論中來，到理論中去，再進一步升華為理論的創新能力。
1）建立“案例－原理－實踐”的教學模式。根據操作系統的特點，摒棄過去只注重書本內容的教學方法，引進實際工作的案例。通過案例分析，促使學生從實際出發，從現實的角度看待問題、分析問題、解決問題，不再局限于書本上的條條框框。而穿插于案例分析之中的原理介紹，使學生潛移默化地學會運用原理。對操作系統設計的親身實踐，使得學生把所學轉化為所用，并在所用中不斷加深與把握對操作系統的理解，避免高分低能的現象。
2）建立“與生活聯系起來”的深入淺出講解模式。由于操作系統的許多原理本來就來源于生活。如進程同步與生活中約會、乘車的類似性；緩沖區與超市、圖書館的類似性；層次結構與人類上層建筑、人際關系的類似性等。通過把這些人類生活中常見的機制引入到教學中進行類比分析，使枯燥的操作系統原理變得生動有趣，再結合著一些編程語言來實現，從而提高學生的學習興趣。
3）采用“模擬”教學法，為學生提供一個在仿真模擬環境中創新的機會。在實踐性教學環節上，可以通過和一些企業合作，使用最新的軟件工具，搭建項目實踐的先進實驗平臺。鼓勵學生在實踐環節上進行創新，提出自己的見解和設計，并在實驗室加以驗證，從根本上和底層次上深化對操作系統的理解和掌握。
4）以“趣味性”激起學習的興趣。通過第一線精英的現身說法，講解在設計過程中遇到的具體問題和采用的具體解決方法，將操作系統的原理在實踐中進行分析，促使學生從現實的角度分析和解決問題。穿插于案例分析之中的原理介紹，使學生潛移默化地學會運用原理、把握精髓、深入淺出，使學生真正清楚操作系統的奧妙，從而提高學生對操作系統的興趣。
2.3建立“驗證性”實驗到“綜合設計性”實驗的過度
作為普通本科院校，操作系統實驗課程按深度分為五個層次，即：使用級（指如何使用操作系統，包括對命令、系統調用和系統文件的使用）、觀察級（指通過使用級的接口，從外部觀察操作系統的內部工作過程和結構）、系統管理級（指系統或設備的安裝、配置和性能調整）、源碼閱讀級（指少量源代碼閱讀）和實現級（指實現一個操作系統某些模塊的子功能）。而我校由于知識體系的局限性只開設了前四個層次的實驗，對于實現級還沒真正落實和研究，而綜合設計性實驗必不可少，所以在此基礎上開設設計與實現的實驗迫在眉睫。開設綜合設計性的實驗要求學生具有很好的程序設計語言功底和邏輯思維能力，培養學生這方面的能力也是教師現在最主要的職責。
3科學地組織設計性實驗的教學內容
操作系統的功能分為處理機管理、存儲器管理、設備管理、文件管理和用戶接口五個模塊，由此設計的實驗教學內容如下：
3.1處理機管理模塊
該模塊包括進程調度、進程互斥、進程同步、進程通信、進程死鎖子模塊。其中比較典型的同步算法有生產者與消費者問題、讀者與寫者問題、哲學家進餐問題、司機與售票員問題、圖書館管理問題、父親分水果問題等等。還有進程的創建（fork）、進程撤銷、進程掛起、進程激活、進程阻塞、進程喚醒等原語的實現都可以作為設計和實現的實驗題目。
3.2存儲器管理模塊
該模塊包括分區、分頁、分段、段頁式存儲管理方式，而現代操作系統主要以動態存儲分配方式來實現虛擬存儲，讓學生模擬一些替換存儲空間的算法，對該算法編程來實現相關操作。其中經常使用的算法有FIFO，LRU等。
3.3設備管理模塊
該模塊包括緩沖區隊列的管理，磁盤設備的管理等。因為I/O設備的低速與CPU設備的高速之間的速度不匹配，使得CPU的大量時間處于等待狀態，降低了CPU的利用率，所以設置緩沖區可以很好的解決這個矛盾。在此知識結構中可以實現編寫一個簡單的鍵盤驅動程序模塊等。
3.4文件管理和用戶管理模塊
該模塊包括文件存儲空間的管理，文件的相關操作命令。用戶管理模塊包括命令接口和系統調用。這兩個模塊知識簡單，屬于操作類，所以在這就不用設置綜合設計性的實驗。
4結束語
隨著計算機應用向縱深方向進一步拓展，計算機操作系統課程的重要性日益凸顯，然而傳統的操作系統原理教學模式重視理論知識的教授、忽略實踐的重要性、教學手段單一等缺陷，致使學生無法深入掌握操作系統原理的精髓，因此積極探索操作系統原理教學模式的實驗改革具有十分重要而深遠的意義。本文從三個角度提出了相應的改革措施，即從“灌輸式”教學模式向“互動式”實驗模式轉變，增強學生的自學能力和編程能力；從以“理論”為中心向“理論與實踐并重”的教學模式轉變，增強學生的動手能力和創新能力；從“驗證性”實驗到“綜合設計性”實驗教學模式的轉變，以期對操作系統原理教學和實驗模式改革有所啟發，使學生充分利用所學知識和技能，認識到操作系統課程在計算機科學領域中的重要地位和作用。
參考文獻：
[1]范輝.操作系統原理與實訓教程[M].北京:高等教育出版社,2003.
[2]王振邦.高職操作系統原理課程教學改革初探[J].計算機教育,2007(18).
第9篇：操作系統實驗報告范文
關鍵詞：操作系統；實驗項目；實驗平臺
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B
文章編號：1672-5913 (2007) 22-0021-04
1引言
操作系統課程是一門內容豐富，包含許多概念、方法、算法的課程，解決好理論與實踐相結合的問題是提高操作系統教學質量的關鍵。例如，如果在講解同步機制前先指導學生設計并發運行的多線程程序，當他們直接觀察到由于缺乏同步機制導致程序結果出錯的情景，就會激發出對解決方案的學習熱情。國內外許多大學針對操作系統課的實踐環節提出了豐富的多層次的實驗方案，下面分別從實驗內容、實驗環境、考核方法與標準等方面進行分析介紹。
2實驗內容
對于操作系統課程實驗，實驗平臺在很大程度上決定了實驗的內容和難度以及效果，所以我們下面主要按照實驗平臺或實現層次劃分項目的類型。
1.1教學用操作系統
這類實驗又可以分為基于模擬器的和直接運行于裸機上的實際OS源代碼。基于模擬器的有伯克利的OPS、Toy、Nachos、MPX、OPS、上海交大開發的MOS操作系統等。直接運行于裸機上有MINIX、XINU等。基于模擬器的系統是面向實驗設計的，會設置一些便于的調試與項目管理的特征。例如，OPS系統允許學生周期地查看系統的狀態信息，包括設備表、PCB池、事件隊列等。學生也有機會修改模擬參數[1]。OPS的項目產生器能自動生成模板文件，包含過程頭和所需的數據結構聲明，只由學生完成過程體。
作為一個教學用操作系統，Nachos的目標不是展示一個成功的操作系統，而是提供一個便于擴展的框架。例如它的文件系統實現了所有必要的數據結構，只是在很多方面做了一定的限制，可將實驗項目內容設置為消除某些限制。
MINIX是一個雖小但完整的教學用操作系統，可運行于實際的機器硬件上。與基于模擬器上的系統比，它可以給學生更切實的感受。包含有3000行注釋的12000行源代碼使整個系統較為容易閱讀和理解，MINIX“小”到學生可以理解它的主體部分，“大”到足夠讓學生體會到一處小小的修改會影響到表面上看起來不相關的函數里。學生項目可以是修改調度器或增加新的文件系統等。但是從教學的角度看，上萬行的代碼仍過于龐大，并且MINIX的“完整”也限制它的擴展余地。所以近年來出現了面向“簡單、真實、容易理解的”的雛型操作系統，例如瑞士ETHZ大學的Topsy、美國馬里蘭大學的GeekOS，以及北京大學的PTOS等。
除了用于操作系統課的教學，近年來隨著嵌入式系統的興起，教學類操作系統正由于規模小而受到越來越多的關注。
1.2通用操作系統內核
由于Linux操作系統是開放源碼的，所以這類實驗通常以Linux作為目標平臺。此類實驗較早的提倡者是Gary Nutt［2］，他提出的一些實驗項目內容被許多學校沿用、發展，在美國有10多所大學采用修改Linux內核的實驗［3］。分析Linux源代碼能鍛煉學生分析大型軟件代碼的能力，對高質量代碼分析、理解的過程也同時是一個學習好的編程風格和設計思想的過程。所以雖然它們是操作系統類的實驗，但從某種程度上也是軟件工程類的實驗。
基于Linux的修改內核實驗通常包含如下幾類內容：
Linux內核編譯與配置方法
在分析閱讀源代碼基礎上修改調度算法
實現新的同步原語
增加系統調用
增加可動態加載模塊
驅動程序設計
1.3仿真實驗
這類項目通常采取仿真實現操作系統中的一些典型技術，如進程調度算法，但實現中涉及的資源和數據結構都是虛擬的，實現程序并不需要對實際資源進行真正的訪問。國內大多數高校都設置這類的實驗[2]。這類實驗不需特定的支撐平臺，教師避免了安裝和配置支撐平臺軟件的工作，學生避免了花在熟悉實驗平臺方面的時間，通常調試也更容易一些。而且教師可選擇更廣范圍的OS概念來分配項目。學生可以在任意計算機上使用任意程序設計語言來編程實現。
這類實驗最大的缺點是通常只要求實現一個孤立的模塊，無法體現操作系統系統各模塊之間復雜的聯系，只關注于某一個功能的實現，實際上相當于簡化了問題。設想一個實現進程調度算法的模塊，如果只是實現一個單獨的調度策略，而不是像一個實際的系統中那樣會綜合運用多個策略；如果簡化系統的狀態為只是運行與就緒；如果不考慮響應信號會影響狀態轉換；如果系統調度的時機只是運行完與時鐘中斷；如果不考慮實現定時喚醒機制；如果不考慮核心數據的保護等等；這樣的一個實現與實際系統中的復雜性不可同日而語，對輔助學習操作系統理論的效果很有限。
所以，為了能夠真切體會操作系統作為一個大型系統軟件的復雜性，仿真實驗項目內容的選擇與設計很重要。我們認為操作系統內核中的底層功能模塊不適合做這類實驗的題目，因為考慮到實現的效率，通常很難將它們孤立地設計。反之，高層功能模塊因為本來就設計為系統可靈活配置與擴展的部分，與其他部分處于較松散的連接方式。這樣既能體會操作系統針對某一功能的設計思想，又避免糾纏于硬件相關的細節。例如，用戶空間的文件管理器就是這樣的項目[4]，實驗內容的實現通過系統調用使用內核中文件物理組織和設備管理模塊，項目的內容聚焦在文件和目錄的管理方面。
1.4系統程序設計
系統程序設計是指編寫與操作系統緊密相關的程序，這些稱為系統軟件的模塊可看成是操作系統的部分。為了編制這些系統程序，需要詳細考察操作系統內核提供的相關資源和服務，所以此類編程實踐能促使學生對系統調用和相關數據結構的深入理解。為強調系統程序設計與操作系統教學的緊密聯系，美國斯坦福和加州伯克利大學沒有設置單獨的操作系統課，而是操作系統和系統程序設計課。UNIX類操作系統的命令解釋器的實現就是這類項目。在理論課程中只介紹命令解釋器所處的層次與功能，正好可以在實驗中講解它的實現方法，使學生進一步領會fork、exec、wait等系統調用設計上的精妙之處。
用戶空間的線程庫的實現也是這種實驗項目。在理論課程中通常只介紹用戶級線程與內核級線程的不同，而對用戶級線程怎樣在內核不察覺的情形下進行切換，學生往往感到困惑。通過這個實驗既可以幫助學生進一步理解線程的概念，內容本身也可以歸類為對內核調度機制的仿真。怎樣既不失去仿真的“真”，又能夠控制實現的難度，通過提供支持庫實現對CPU寄存器的處理是一個比較好的方案[6]。這樣學生在實現線程庫時就可以不用匯編語言，在沒有簡化問題的前提下，只采用高級語言就能完成項目。
1.5系統體驗
這類實驗是在指定的操作系統下進行，側重于系統的管理及應用程序設計。與仿真實驗一樣，項目內容局限在用戶空間，側重點在于操作系統的使用。這類項目的內容通常有shell命令、shell程序、進程通信、線程與同步等內容。這類項目的設計目標主要是開發特定操作系統之上的高級應用程序，這些應用程序會充分利用操作系統的各種支持，是運行效率高的應用程序。生產者消費者問題、讀者寫者問題等就是這類的項目。在教學中，指明這類典型問題與實際應用問題直接的聯系，才能使學生明了這些實驗的現實意義，是提高學生興趣的關鍵。
3課程設置以及輔助教學環境建設
近年來，許多大學加大了操作系統相關課程的教學力度，例如北京大學14周的“操作系統實習”課在2005年以前為選修課，2005年開始為本科生必修課。2007年起美國加州圣地亞哥大學新設置了“操作系統結構與實現”課，與“操作系統原理”和“操作系統實習”一起構成了系列課程。
現在，開放源碼的操作系統不僅僅是爭得了一席之地，而且成了商業產品的有力競爭者。所以操作系統的實驗對象也更多地轉向了此類能提供高質量產品級源碼的系統。此類系統由于功能的完整，導致系統龐大不適合在虛擬機上運行，所以許多大學都設置了專用的操作系統實驗室。但是由于修改操作系統內核的實驗有可能導致系統崩潰，為了避免系統崩潰，指導教師會專門指導編譯內核時相關設置的方法，但是這種預防的方法是無法保證一定不會發生系統崩潰，而且由于修改內核需要超級用戶的權限，這可能引起其他安全問題。例如機器上的所有文件的所有權和完整性都可能受到威脅。這意味著相應的實驗用計算機由于不穩定與公開性無法共享使用。當系統無意中受到破壞時，應當有快速修復的方法。一個超級用戶可能有意無意地以大量發送數據包的方式影響網絡通信，造成拒絕服務攻擊。所以有必要研究相應的管理方法。
一個比較全面的解決方案是這樣的[7]：
設置專人管理專用的操作系統實驗室，他同時是操作系統課的助教。
實驗用機通過一個服務器才能訪問網絡，服務器上設防火墻。服務器在WPI網上，實驗用機在內網里。
實驗用機的快速恢復系統腳本程序制成可啟動CD。恢復方式應有多種選項。
每一個實驗組指定一臺計算機，他們有root 權限。每個機器設三類賬戶：教師賬戶，本組賬戶和客人賬戶。
為防止有人用軟盤啟動其他組的計算機，設置BIOS使機器的啟動順序為硬盤、CD-ROM，并用密碼保護BIOS設置。
每個學生在服務器上設置一個賬戶，用于備份項目代碼以及在實驗室以外訪問實驗機。
為避免通過網絡竊取密碼，只允許安全的方式(SSH、slogin、scp)連接服務器。
每個學生都能在其他實驗用機上啟動所屬機器的X會話。這樣組中多人可同時工作。
因為相當部分的操作系統實驗項目難度大，所以師生之間、學生之間的討論、交流信息非常重要。許多課程建設了網絡互動教學環境以適應這種需要，通常以學習交流論壇(BBS論壇)和新聞組的方式。
4評分方法與標準
學生獨自完成較大的項目有困難，應當組織3~4人團隊共同完成。這樣既可以布置工作量大、難度大的項目，又可以鍛煉學生的團隊協作能力。團隊中，理論強與動手能力強的同學可以相互間學習交流，互取所長。這種“團隊協作”方式最主要的缺點是不容易保證評價的公正性，如果教師想鑒別出“搭車”的學生，只能通過平時的交流和設置答辯環節。有的學校采用類似民主評議的方式，讓學生相互評估對項目完成的貢獻大小。
這種當面評價的方式也許不適合國人愛照顧面子的習慣，所以有的大學不把自評的內容放在報告中，而是直接以郵件的形式發給教師。為實現評價的公正性和便于助教操作，應給出具體的評分標準。例如，可參考表1制作實驗評估表。
5結論
實驗對理解操作系統課的內容很重要，有豐富的各種層次的實驗項目與環境供教師依據學生的水平進行選擇。如果選擇做有可能使系統崩潰的實驗，應當有專門的實驗室并且采取可靠的管理措施。加強實驗過程中與學生的交流和對實驗報告的量化評價能夠督促學生重視實驗，獲得好的實驗效果。
參考文獻
[1] William Stallings. 操作系統―精髓與設計原理(第五版)[M]. 北京：電子工業出版社，2006.
[2] G. Nutt. Kernel Projects for Linux. Addison-Wesley, 2001.
[3] Charles L. Anderson,Minh Nguyen.A SURVEY OF CONTEMP-
ORARY INSTRUCTIONAL OPERATING SYSTEMS FOR USE IN UNDERGRADUATE COURSES.Journal of Computing Sciences in Colleges, Volume 21, Issue 1, Pages: 183 C 190,October 2005.
[4] Gary Nutt. 操作系統現代觀點(原書第2版?實驗更新版)[M]. 北京：機械工業出版社，2004.
[5] David Hovemeyer. GeekOS: An Instructional Operating System for Real Hardware[EB]. /docs/.
[6] Tom Bennet. A thread implementation project supporting an operating systems course，Journal of Computing Sciences in Colleges Volume 22 ,Issue 5May 2007.
[7] Mark Claypool, David Finkel, Craig Wills. An open source laboratory for operating systems projects. ACM SIGCSE Bulletin archive Volume 33 , Issue 3, September 2001.
作者簡介
劉曉燕(1963-)，女，博士，副研究員，主要研究方向： Linux 操作系統的研究和分析，知識工程，
張巖(1965-)，男，在職博士生，副教授。主要研究方向：生物信息學、信息集成。
通信地址：哈爾濱市南崗區西大直街92號哈爾濱工業大學318信箱150001
