時(shí)間：2023-03-07 15:20:07
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【關(guān)鍵詞】第三方物流 教學(xué)軟件 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 課程設(shè)計(jì)
【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674－4810（2012）03－0003－02
21世紀(jì)是信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，提高物流信息化的水平是我國物流企業(yè)參與國際競爭的戰(zhàn)略選擇，高職高專類學(xué)校必須順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，加大物流信息技術(shù)方面的教學(xué)力度，才能培養(yǎng)出現(xiàn)代物流人才。為提高物流技能教學(xué)質(zhì)量，廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院投資建設(shè)了物流軟件實(shí)訓(xùn)室，并開發(fā)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的物流教學(xué)軟件。要想有效地利用教學(xué)軟件，必須對(duì)課程進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，本文就第三方物流實(shí)訓(xùn)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。
一 實(shí)訓(xùn)性質(zhì)與目的
1．性質(zhì)
在專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中，本課程處于物流管理理論教學(xué)與專業(yè)實(shí)訓(xùn)之間，是學(xué)生通過物流軟件的學(xué)習(xí)接受物流管理職業(yè)技能訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。
2．目的
通過對(duì)第三方物流軟件的操作與學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)第三方物流的實(shí)際運(yùn)作流程有較深入的了解。將所學(xué)的物流知識(shí)與模擬實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力，為學(xué)生將來進(jìn)入社會(huì)和企業(yè)提供寶貴的實(shí)訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)合格的物流人才。
二 課程設(shè)計(jì)總體思路
本課程應(yīng)包括第三方物流企業(yè)的訂單處理、出入庫作業(yè)、倉儲(chǔ)管理、運(yùn)輸配送作業(yè)，讓學(xué)生掌握第三方物流企業(yè)的一般經(jīng)營方式和服務(wù)內(nèi)容。從訂單的接收開始，以實(shí)物流程為主線，兼顧資金流和信息流的處理，使系統(tǒng)使用者明晰地理清整個(gè)第三方物流企業(yè)的流程。
三 實(shí)訓(xùn)技能崗位設(shè)置
職能部門（技能崗位）：客服部（客服）、儲(chǔ)備部（理貨員、搬運(yùn)工、保管員、分揀員、補(bǔ)貨員、包裝員）、流通加工部（加工員）、送貨部（調(diào)度員、駕駛員）、綜合部、財(cái)務(wù)部（會(huì)計(jì)）、安全部。
四 課程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)
對(duì)第三方物流各技能點(diǎn)及第三方物流軟件進(jìn)行分析、梳理和歸納，設(shè)計(jì)相應(yīng)的情景實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。
1．基礎(chǔ)信息管理
項(xiàng)目1：資源（設(shè)備、人員、車輛）管理；項(xiàng)目2：路由管理；項(xiàng)目3：庫房管理。
2．客戶管理
項(xiàng)目4：客戶信息管理；項(xiàng)目5：項(xiàng)目客戶的貨品管理；項(xiàng)目6：客戶費(fèi)用管理。
3．供應(yīng)商管理
項(xiàng)目7：供應(yīng)商檔案管理；項(xiàng)目8：供應(yīng)商信用管理；項(xiàng)目9：供應(yīng)商費(fèi)用設(shè)置。
4．訂單管理
項(xiàng)目10：入庫訂單管理；項(xiàng)目11：出庫訂單管理；項(xiàng)目12：庫內(nèi)加工訂單管理；項(xiàng)目13：退貨入庫訂單管理；項(xiàng)目14：退貨出庫訂單管理；項(xiàng)目15：退貨加工訂單管理；項(xiàng)目16：運(yùn)輸訂單管理；項(xiàng)目17：配送訂單管理；項(xiàng)目18：訂單查詢。
5．倉儲(chǔ)作業(yè)
項(xiàng)目19：入庫作業(yè)；項(xiàng)目20：倉儲(chǔ)管理；項(xiàng)目21：移庫作業(yè)；項(xiàng)目22：流通加工作業(yè)；項(xiàng)目23：出庫作業(yè)。
6．運(yùn)輸與配送業(yè)務(wù)
項(xiàng)目24：運(yùn)輸出港的調(diào)度和場站作業(yè)；項(xiàng)目25：運(yùn)輸進(jìn)港的調(diào)度與場站作業(yè)；項(xiàng)目26：運(yùn)單補(bǔ)錄和運(yùn)費(fèi)復(fù)核；項(xiàng)目27：簽收與返單處理；項(xiàng)目28：運(yùn)單查詢；項(xiàng)目29：配送作業(yè)。
7．商務(wù)結(jié)算
項(xiàng)目30：應(yīng)收應(yīng)付管理；項(xiàng)目31：現(xiàn)結(jié)現(xiàn)付管理。
8．綜合業(yè)務(wù)實(shí)訓(xùn)
項(xiàng)目32：倉儲(chǔ)型配送中心作業(yè)流程實(shí)訓(xùn)；項(xiàng)目33：流通型配送中心作業(yè)流程實(shí)訓(xùn)；項(xiàng)目34：流通加工型配送中心作業(yè)流程實(shí)訓(xùn)；項(xiàng)目35：中轉(zhuǎn)型配送中心作業(yè)流程實(shí)訓(xùn)。
五 課時(shí)和內(nèi)容安排
總課時(shí)為112課時(shí)，分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，單個(gè)業(yè)務(wù)的模擬，72課時(shí)；第二階段，讓學(xué)生扮演不同的角色，進(jìn)行整個(gè)第三方物流企業(yè)業(yè)務(wù)流程的實(shí)訓(xùn)，40課時(shí)。
第一階段：學(xué)生以個(gè)人為單位，對(duì)第三方物流企業(yè)的各個(gè)業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行模擬。了解系統(tǒng)的功能、構(gòu)成及其之間的關(guān)系，進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容為：實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目1～實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目31。
第二階段：將實(shí)訓(xùn)學(xué)生分組，并分配不同角色模擬第三方物流公司的業(yè)務(wù)運(yùn)作，將實(shí)訓(xùn)崗位設(shè)置為：系統(tǒng)管理員、客服（訂單錄入）、搬運(yùn)工（出入庫反饋）和運(yùn)輸配送調(diào)度員。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容為：實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目32～實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目35。
六 實(shí)訓(xùn)成果要求
通過對(duì)第三方物流軟件的操作與學(xué)習(xí)，使學(xué)生深入了解第三方物流的實(shí)際運(yùn)作流程。將所學(xué)的物流知識(shí)與模擬實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力，為學(xué)生將來進(jìn)入社會(huì)和企業(yè)提供寶貴的實(shí)訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)合格的物流人才。
七 實(shí)訓(xùn)成績考核及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
第一，實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，學(xué)生將實(shí)訓(xùn)結(jié)果等內(nèi)容寫入實(shí)訓(xùn)報(bào)告，報(bào)告應(yīng)符合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的要求，并得到指導(dǎo)教師認(rèn)可。
第二，指導(dǎo)教師對(duì)每份實(shí)訓(xùn)報(bào)告進(jìn)行審閱、評(píng)分。
第三，根據(jù)軟件系統(tǒng)的測(cè)評(píng)分?jǐn)?shù)并結(jié)合實(shí)訓(xùn)報(bào)告的得分情況給出學(xué)生的實(shí)訓(xùn)成績。
第四，該實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容是對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用與驗(yàn)證，實(shí)訓(xùn)課的成績記入課程平時(shí)成績。
八 第三方物流實(shí)訓(xùn)情景項(xiàng)目設(shè)計(jì)范例
項(xiàng)目19：入庫作業(yè)。
1．實(shí)訓(xùn)任務(wù)
以倉儲(chǔ)調(diào)度員或信息管理員的身份，對(duì)入庫作業(yè)計(jì)劃指定儲(chǔ)位、作業(yè)資源，打印出儲(chǔ)位分配單、入庫單，能夠查詢作業(yè)明細(xì)。
2．實(shí)訓(xùn)步驟
第一，新增入庫單。在【訂單管理】【訂單錄入】【訂單錄入】下點(diǎn)擊【新增】；出現(xiàn)新界面后，選擇入庫訂單，點(diǎn)擊【確定】，分別對(duì)訂單信息、訂單入庫信息及訂單貨品進(jìn)行維護(hù)。在訂單信息界面，錄入如下信息。如：
客戶名稱：飛遠(yuǎn)運(yùn)達(dá)；緊急程度：一般；單來源：電話；下達(dá)時(shí)間：當(dāng)天。
在訂單入庫信息界面，錄入如下信息。如：
庫房：第一號(hào)庫；入庫方式：送貨；入庫類型：正常入庫；預(yù)計(jì)入庫時(shí)間：后天。
在訂單貨品界面，點(diǎn)擊【添加貨品】，數(shù)量是10臺(tái)。最后，點(diǎn)擊【保存訂單】即可。
第二，生成作業(yè)計(jì)劃。選中剛才新增的訂單，點(diǎn)擊【生成作業(yè)計(jì)劃】，在彈出的界面，點(diǎn)擊【確認(rèn)生成】。
第三，入庫調(diào)度。在【倉儲(chǔ)管理】【入庫作業(yè)】【入庫預(yù)處理】下，選中剛才的訂單，點(diǎn)擊【調(diào)度】。
在入庫預(yù)處理界面，在待上架貨品中，選中要上架的貨品及添寫上架的數(shù)量，在區(qū)和儲(chǔ)位編碼中選擇要上架貨品的儲(chǔ)位編碼。如：
貨品編碼：000050150；貨品名稱：輪胎；數(shù)量：10；區(qū)和儲(chǔ)位編碼：根據(jù)之前生成的編碼進(jìn)行選擇。
然后點(diǎn)擊【打印儲(chǔ)位分配單】，打印出儲(chǔ)位分配單，點(diǎn)擊【打印入庫單】，打印入庫單，交給理貨員。
另外，還可在【資源調(diào)度】界面，根據(jù)倉儲(chǔ)實(shí)際情況對(duì)作業(yè)資源進(jìn)行維護(hù)。
最后，點(diǎn)擊【調(diào)度完成】，完成作業(yè)的調(diào)度。
第四，入庫反饋。用戶選擇【倉儲(chǔ)管理】【入庫作業(yè)】【入庫反饋】，系統(tǒng)顯示已調(diào)度完成的單據(jù)，點(diǎn)擊【作業(yè)計(jì)劃單反饋】，分別對(duì)理貨、上架等進(jìn)行反饋，然后點(diǎn)擊【反饋完成】，完成入庫反饋?zhàn)鳂I(yè)。
3．實(shí)訓(xùn)總結(jié)
第一，明確實(shí)訓(xùn)任務(wù)的目的及要求。
第二，寫出實(shí)訓(xùn)的具體過程。
第三，根據(jù)實(shí)訓(xùn)步驟畫出實(shí)訓(xùn)流程圖，將實(shí)訓(xùn)結(jié)果等內(nèi)容寫入實(shí)訓(xùn)報(bào)告。
第四，總結(jié)實(shí)訓(xùn)體會(huì)，師生可提出改善建議進(jìn)行討論。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】電力調(diào)度與規(guī)劃；教學(xué)；研究
0 引言
《電力調(diào)度與規(guī)劃》是“電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)技術(shù)”專業(yè)的一門專業(yè)拓展領(lǐng)域課程，我們將《電力系統(tǒng)調(diào)度》與《電力系統(tǒng)規(guī)劃》兩門課程的內(nèi)容整合在一起，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度的認(rèn)識(shí)與規(guī)劃設(shè)計(jì)能力，本課程要以《電工基礎(chǔ)》、《電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《電氣一次部分安裝檢修與設(shè)計(jì)》、《電力系統(tǒng)分析》、《繼電保護(hù)》等課程為前導(dǎo)課程，其后續(xù)課程為《畢業(yè)設(shè)計(jì)》和《畢業(yè)頂崗實(shí)習(xí)》。
1 課程目標(biāo)
本課程是與現(xiàn)代電力生產(chǎn)運(yùn)行緊密聯(lián)系的一門課程，其目標(biāo)如表1：
表1 課程目標(biāo)表
2 課程內(nèi)容安排和要求
根據(jù)工作任務(wù)與職業(yè)能力分析及課程目標(biāo)，為使學(xué)生能做好調(diào)度與規(guī)劃工作，本課程設(shè)計(jì)了11個(gè)學(xué)習(xí)情境，各學(xué)習(xí)情境呈遞進(jìn)關(guān)系；在教學(xué)實(shí)施中，將其進(jìn)一步分解成49個(gè)學(xué)習(xí)型工作任務(wù)。課程內(nèi)容和要求見表2[1-2]。
表2 課程內(nèi)容和要求表
3 教學(xué)實(shí)施過程中存在的問題及解決方法
1）《電力調(diào)度與規(guī)劃》教學(xué)內(nèi)容包含電力系統(tǒng)調(diào)度與電力系統(tǒng)規(guī)劃兩方面的內(nèi)容，由于調(diào)度的內(nèi)容較少，多購買一本教材不太合理，教師只能在講課過程中對(duì)調(diào)度的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，詳細(xì)講解，督促學(xué)生做好筆記。
2）本課程的專業(yè)理論性和實(shí)踐性極強(qiáng)，除了要求學(xué)生具有足夠好的專業(yè)知識(shí)外，還要求學(xué)生具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)計(jì)算能力與計(jì)算機(jī)編程能力，所以用計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)施難度較大，學(xué)生難以理解和掌握，因此只給學(xué)生講解規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)例，并讓學(xué)生根據(jù)給出的原始資料進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。
3）由于綜合了多門課程的專業(yè)知識(shí)，對(duì)學(xué)生的整體素質(zhì)要求較高，屆時(shí)要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況有針對(duì)性的下發(fā)規(guī)劃項(xiàng)目的內(nèi)容加以練習(xí)。
4 總結(jié)
《電力調(diào)度與規(guī)劃》是開設(shè)在三年級(jí)第一期的課程，大多數(shù)學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)的調(diào)度與規(guī)劃并沒有一個(gè)完整的知識(shí)架構(gòu)，所學(xué)到的知識(shí)是有限且相互割裂的，本課程課構(gòu)建一個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制及其規(guī)劃等的較為完整的知識(shí)框架，并將《發(fā)電廠電氣部分》、《繼電保護(hù)》、《電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制》等專業(yè)課程聯(lián)系起來，使學(xué)生對(duì)電力系統(tǒng)的生產(chǎn)與運(yùn)行有了更全面的概念，為實(shí)現(xiàn)零距離上崗打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【參考文獻(xiàn)】
摘 要：深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)提高計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力具有重要意義。使學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要途徑之一就是面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)。本文主要介紹東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)，以供相關(guān)教學(xué)研究人員借鑒。
關(guān)鍵詞：面向系統(tǒng)；實(shí)踐教學(xué)；課程設(shè)計(jì)；系統(tǒng)綜合
隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生如何提高競爭力，是計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域一個(gè)非常重要的研究課題。對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)教育，一個(gè)非常重要的思路是分類培養(yǎng)[1]：培養(yǎng)將來計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究人員和應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)解決實(shí)際領(lǐng)域應(yīng)用問題的計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員。對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)研究人員，需要加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解，以更好地設(shè)計(jì)出新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用人員，若能對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)深入理解，則可在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的特性，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能。因此，讓學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)教育的重要內(nèi)容[2-3]。讓學(xué)生深入理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一個(gè)重要途徑就是探索面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。
1 東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件。對(duì)于硬件，其核心是CPU；對(duì)于軟件，主要包括操作系統(tǒng)(可延伸包含網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng))、編譯軟件和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
對(duì)面向系統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行建設(shè)，東南大學(xué)的目標(biāo)是加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的深入理解，希望學(xué)生在“做中學(xué)、學(xué)中研、研中創(chuàng)”，能設(shè)計(jì)自己的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；主要方法是強(qiáng)調(diào)三結(jié)合：理論與實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合。
根據(jù)“強(qiáng)化基礎(chǔ)、軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)、面向應(yīng)
用、加強(qiáng)實(shí)踐”教學(xué)理念，東南大學(xué)形成了如圖1所示的面向系統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。
該實(shí)踐教學(xué)體系以硬件系統(tǒng)綜合實(shí)踐和軟件系統(tǒng)綜合實(shí)踐為基礎(chǔ)，通過“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”課程加以綜合，通過學(xué)生科研實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)強(qiáng)化“面向系統(tǒng)”的理念。
硬件系統(tǒng)綜合實(shí)踐包括硬件實(shí)驗(yàn)和接口實(shí)驗(yàn)。硬件實(shí)驗(yàn)主要是讓學(xué)生運(yùn)用EDA技術(shù)、采用軟件設(shè)計(jì)一個(gè)指令集自定義的模型計(jì)算機(jī)，并下載到FPGA芯片，讓學(xué)生深入理解CPU結(jié)構(gòu)、會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)CPU。接口實(shí)驗(yàn)主要包括存儲(chǔ)器擴(kuò)展、定時(shí)器、串口、并口、中斷、A/D、D/A、DMA控制器、小型微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)與測(cè)試等實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠理解微機(jī)接口及其應(yīng)用技術(shù)。
軟件系統(tǒng)綜合實(shí)踐主要包括編譯原理課程設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。對(duì)編譯原理課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能設(shè)計(jì)可生成編譯程序的程序，也就是編譯程序生成工具程序(包括Lex和Yacc)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)語言本質(zhì)和編譯軟件的理解，進(jìn)一步提高程序設(shè)計(jì)能力、特別是大型軟件的設(shè)計(jì)能力。對(duì)于操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在閱讀Linux操作系統(tǒng)源代碼的基礎(chǔ)上添加新的系統(tǒng)調(diào)用，修改調(diào)度程序的代碼，擴(kuò)展一個(gè)新的調(diào)度算法；或者基于Java虛擬機(jī)，完成基于Java虛擬機(jī)的線程調(diào)度及請(qǐng)求頁式管理的Java實(shí)現(xiàn)，以加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，提高對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析與擴(kuò)展能力。對(duì)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)[4]，通過設(shè)計(jì)一個(gè)小型的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，為今后從事數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研究和開發(fā)、充分利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的各種特性解決實(shí)際問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、SQL語言解析與執(zhí)行以及索引優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度，通過對(duì)SOC(片上系統(tǒng))的硬、軟件設(shè)計(jì)，將學(xué)生帶進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件綜合開發(fā)的領(lǐng)域，讓學(xué)生初步理解軟件、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，給學(xué)生一次綜合的訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解。
2 典型實(shí)踐課程建設(shè)探索
這里主要介紹東南大學(xué)硬件實(shí)驗(yàn)、編譯原理課程設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)。
2.1 硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程
東南大學(xué)長期重視硬件教學(xué)。東南大學(xué)硬件課程群是江蘇省優(yōu)秀課程群。1985年，為了加強(qiáng)計(jì)算機(jī)組成原理的綜合實(shí)踐，我校開始獨(dú)立設(shè)置計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程。硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程內(nèi)容是學(xué)生自己設(shè)計(jì)一個(gè)簡易的CPU，可以完成七條基本指令。學(xué)生通過這樣的實(shí)驗(yàn)，初步改變了懼怕硬件的心理，在對(duì)課程充分理解的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計(jì)自己的CPU，不設(shè)條條框框，學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況令人滿意，改革初現(xiàn)成效。部分學(xué)生的課程設(shè)計(jì)在全國相關(guān)教學(xué)會(huì)議上被作為樣板，受到與會(huì)者的一致好評(píng)。由于課程建設(shè)成效顯著，“模型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”(硬件實(shí)驗(yàn))課程建設(shè)于1993年被評(píng)為東南大學(xué)教學(xué)改革成果二等獎(jiǎng)。從1999年開始，我們探索在原有CPU設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加接口部件，并將EDA技術(shù)引入到課程設(shè)計(jì)中，為開設(shè)“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”打下基礎(chǔ)。
經(jīng)過長期的建設(shè)，硬件實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程目前將著眼于CPU的組織和嚴(yán)格的時(shí)空安排，著眼于計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和基本電路的實(shí)現(xiàn)方法，由小型部件實(shí)驗(yàn)和大型課程設(shè)計(jì)組成。課程目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)，在理論與實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)上，加深學(xué)生的整機(jī)概念，進(jìn)一步弄清計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和時(shí)空關(guān)系，學(xué)會(huì)指令功能的電路實(shí)現(xiàn)方法和技巧，掌握運(yùn)用EDA技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試的工作方法，提高學(xué)生自行設(shè)計(jì)、調(diào)試分析的獨(dú)立工作能力。
小型部件實(shí)驗(yàn)用傳統(tǒng)的中小規(guī)模集成電路完成，使學(xué)生對(duì)運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)通路、總線等基本概念有感性認(rèn)識(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)流和控制流的關(guān)系、計(jì)算機(jī)主要部件的工作過程有較清楚的了解。
大型課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生運(yùn)用EDA技術(shù)，采用ALTERA公司的MAX+PLUSII軟件或Quartus II軟件，自己設(shè)計(jì)一臺(tái)指令功能完備的模型計(jì)算機(jī)，下載到本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的FLEX10K系列芯片上，并調(diào)試成功，最后通過檢查驗(yàn)收程序，寫出報(bào)告。對(duì)于模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，分為兩個(gè)層次：微程序控制的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試和復(fù)雜的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試。對(duì)于微程序控制的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試，可自行規(guī)定數(shù)據(jù)格式和指令格式，在所提供的條件范圍內(nèi)設(shè)計(jì)一臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)基本指令的微程序控制的模型計(jì)算機(jī)。對(duì)于復(fù)雜的模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與調(diào)試，要求具有多種尋址方式、中斷系統(tǒng)、16條以上指令，掌握用Verilog語言設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件的能力，掌握用軟件工程的思想設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件的工作方法及工作過程。
該課程不安排考試，學(xué)生成績以其學(xué)習(xí)態(tài)度、設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告情況評(píng)定。具體分配如下：學(xué)習(xí)態(tài)度10分，設(shè)計(jì)水平和實(shí)驗(yàn)結(jié)果
60分(設(shè)計(jì)方案30分、實(shí)驗(yàn)結(jié)果20分、創(chuàng)新10分)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告30分(方案和電路10分、文字表述10分、總結(jié)和分析等10分)?？偡职磧?yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)分。
2.2 編譯原理課程設(shè)計(jì)
編譯程序是重要的系統(tǒng)軟件，其設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)涉及形式語言與自動(dòng)機(jī)理論。編譯程序設(shè)計(jì)的簡單方法是按照特定的程序設(shè)計(jì)語言描述規(guī)范進(jìn)行相應(yīng)的詞法、語法分析和目標(biāo)代碼生成。主要不足是程序設(shè)計(jì)語言描述規(guī)范發(fā)生改變時(shí)不能做快速適應(yīng)。因此，在編譯程序設(shè)計(jì)時(shí)，一種新的方法是使用編譯程序生成工具生成編譯程序。典型編譯程序生成工具有Lex和Yacc。為了使學(xué)生對(duì)Lex和Yacc的實(shí)現(xiàn)機(jī)理有深入的理解，東南大學(xué)從2005年開始獨(dú)立設(shè)置編譯原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程。
該課程的設(shè)計(jì)目的就是通過設(shè)計(jì)一個(gè)通用的能夠自動(dòng)根據(jù)正規(guī)表達(dá)式生成詞法分析程序的工具程序SeuLex和一個(gè)通用的能夠根據(jù)上下文無關(guān)文法及其語義規(guī)則自動(dòng)生成語法分析程序的工具程序SeuYacc，使學(xué)生深入理解編譯原理，為在大型軟件系統(tǒng)實(shí)踐中設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的軟件系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。
SeuLex設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是給定一個(gè)語言的Lex完整描述，通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的正規(guī)表達(dá)式集分析、相應(yīng)非確定的有限自動(dòng)機(jī)構(gòu)造、確定化和最小化；根據(jù)最小化的確定有限自動(dòng)機(jī)生成對(duì)應(yīng)的詞法分析程序。對(duì)于SeuYacc設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容是給定一個(gè)語言的Yacc完整描述，通過程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的LALR(1)分析表構(gòu)造過程；輸出基于LALR(1)分析表、具有LALR(1)分析總控程序和LR(1)分析表查表程序的語法分析程序。
該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
學(xué)生普遍認(rèn)為，該課程設(shè)計(jì)對(duì)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)編譯理論的理解、提高大型程序的設(shè)計(jì)能力具有重要作用。
2.3 操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)
操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心軟件，對(duì)操作系統(tǒng)的深入理解，可幫助學(xué)生充分利用操作系統(tǒng)提供的功能，提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的效率，從而使學(xué)生能夠“做好應(yīng)用”，更進(jìn)一步設(shè)計(jì)自己的操作系統(tǒng)軟件。
為了加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，提高其對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析與擴(kuò)展能力，東南大學(xué)從2005年開始獨(dú)立設(shè)置操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程。
該課程主要是為學(xué)生將來在基于Linux的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)或在Java虛擬機(jī)上的軟件開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。
該課程提供兩類難度相當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)，學(xué)生可按照自己的興趣選做A類或者B類。
A類：本課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生在閱讀Linux操作系統(tǒng)源代碼的基礎(chǔ)上完成兩個(gè)主要項(xiàng)目：在Linux2.4的內(nèi)核中添加新的系統(tǒng)調(diào)用，以理解系統(tǒng)調(diào)用的工作機(jī)制，掌握擴(kuò)展內(nèi)核功能的技術(shù)；在Linux2.4中修改調(diào)度程序的代碼，擴(kuò)展一個(gè)新的調(diào)度算法。
B類：在Java虛擬機(jī)上完成兩個(gè)項(xiàng)目：基于Java虛擬機(jī)的線程調(diào)度；請(qǐng)求頁式管理的Java實(shí)現(xiàn)。
該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
學(xué)生普遍認(rèn)為，通過該課程設(shè)計(jì)，對(duì)操作系統(tǒng)的理解有一個(gè)較大的提升，對(duì)構(gòu)建自己的操作系統(tǒng)有了一定信心。
2.4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是信息處理的重要系統(tǒng)軟件，充分理解數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對(duì)提高信息處理應(yīng)用系統(tǒng)的性能和效率具有重要的作用。
為了為學(xué)生今后從事數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研究和開發(fā)、充分利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)提供的各種特性解決實(shí)際問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，東南大學(xué)利用在各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)方面的長期科研積累，從2005年開始獨(dú)立設(shè)置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程，安排學(xué)生3～4人一組，分配角色，不限機(jī)時(shí)，遵循軟件工程的要求自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)麻雀雖小、五臟俱全的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MyDBMS，通過實(shí)踐，使學(xué)生更加透徹地理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本原理和內(nèi)部實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
該課程實(shí)驗(yàn)將分為兩大部分：一是數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；二是SQL語言解析與執(zhí)行，以及索引優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，主要是實(shí)現(xiàn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的兩步提交事務(wù)處理系統(tǒng)；對(duì)于SQL語言解析與執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，主要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)SQL語言的解析，以及執(zhí)行控制模塊；對(duì)索引優(yōu)化技術(shù)實(shí)驗(yàn)，主要實(shí)現(xiàn)B+樹索引結(jié)構(gòu)并優(yōu)化。
該課程考核根據(jù)每個(gè)學(xué)生小組必做實(shí)驗(yàn)和選做完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性、選做實(shí)驗(yàn)的數(shù)量和完成情況進(jìn)行小組評(píng)分，作為該小組成員的最高得分；對(duì)小組內(nèi)各個(gè)成員評(píng)分，結(jié)合學(xué)生小組分工情況和組內(nèi)評(píng)價(jià)進(jìn)行評(píng)分。
從教學(xué)實(shí)際情況來看，絕大多數(shù)學(xué)生都能按要求完成任務(wù)，學(xué)生普遍反映雖然很辛苦，但收獲很大。該實(shí)踐課程所依據(jù)的理論課程“數(shù)據(jù)庫原理”于2010年成為國家精品課程建設(shè)項(xiàng)目。
2.5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)是軟件綜合實(shí)踐和硬件綜合實(shí)踐的集成，要求學(xué)生從CPU 設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)到BIOS設(shè)計(jì)、匯編器設(shè)計(jì)、編譯程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用示范程序設(shè)計(jì)，需要軟硬綜合。東南大學(xué)從2003年開始探索計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)實(shí)踐課程建設(shè)。
2003年，東南大學(xué)按照計(jì)算機(jī)專業(yè)課程群的總體大綱，以及“軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)”的教學(xué)指導(dǎo)思想，參考加州大學(xué)伯克力分校以及日本法政大學(xué)的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立設(shè)置了“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐課程，將“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)”定位在采用EDA、OO(面向?qū)ο?、SOPC等技術(shù)，綜合軟硬件實(shí)踐，形成小型嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。將學(xué)生5～6人分為一組，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括嵌入式CPU設(shè)計(jì)、接口電路設(shè)計(jì)、BIOS設(shè)計(jì)、編譯器設(shè)計(jì)、簡單應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等，真正將學(xué)生帶進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)領(lǐng)域，讓學(xué)生得到一次全面綜合的實(shí)踐訓(xùn)練。
該課程硬件部分實(shí)驗(yàn)是設(shè)計(jì)一個(gè)可運(yùn)行指定的31條MIPS指令的RISC型MIPS16微處理器，具有32位指令、16位地址線和數(shù)據(jù)線。實(shí)驗(yàn)要求包括處理器采用哈佛結(jié)構(gòu)，有獨(dú)立的2KB的指令存儲(chǔ)器和2KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；具有2個(gè)中斷源入口，兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)(可選)；具有2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；具有一個(gè)4×4鍵盤控制器和4位7段LED控制器；具有一個(gè)簡單UART串行通信控制器或一個(gè)SCI串行通信控制器；具有看門狗功能(可選)；用不同的方法實(shí)現(xiàn)移位指令，并分析對(duì)主頻和功耗上的影響(可選)；增加乘法器、除法器、標(biāo)志寄存器等(可選)。
該課程軟件部分實(shí)驗(yàn)包括含有編輯功能的MIPS16匯編(編譯)程序；含有基本輸入輸出系統(tǒng)BIOS(可選)；含有硬件各部件測(cè)試程序；MiniC編譯器(可選)；集成開發(fā)環(huán)境IDE的設(shè)計(jì)(可選)；含有一個(gè)應(yīng)用程序范例(可選)。
在多年的課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生們不僅完成了簡單的SoC設(shè)計(jì)，更不斷進(jìn)取，分別完成了流水型、超標(biāo)量型、帶分支預(yù)測(cè)的流水、帶指令預(yù)取的流水、雙核等多種先進(jìn)的設(shè)計(jì)。2005級(jí)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成果MiniSys IDE已作為東南大學(xué)硬件基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)工具。2006級(jí)學(xué)生嘗試了增加鼠標(biāo)、黑白液晶屏、彩色液晶屏、步進(jìn)電機(jī)、點(diǎn)陣LED等外部設(shè)備的接口電路、并初步嘗試了3核處理器的設(shè)計(jì)。該課程于2009年成為教育部―Intel精品課程。
3 保證實(shí)踐教學(xué)效果的建議
實(shí)踐教學(xué)對(duì)提高學(xué)生的能力和素質(zhì)具有重要作用，但教學(xué)工作量較大，需要教師有很大的投入，才能保證教學(xué)效果。東南大學(xué)為了保證實(shí)踐教學(xué)效果，首先從實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)考核政策上予以傾斜，學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)與技術(shù)崗位編制中，充分考慮實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的需要，重點(diǎn)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)中心，改革與建設(shè)編制崗位數(shù)所占的比例可以達(dá)到中心實(shí)驗(yàn)技術(shù)崗位的20%以上。
另外，針對(duì)獨(dú)立設(shè)置的課程設(shè)計(jì)[5-6]，有如下建議。
1) 任務(wù)布置階段，因人而異，避免一刀切：對(duì)基礎(chǔ)較差的學(xué)生――給出基本任務(wù)要求，鼓勵(lì)學(xué)生向更高目標(biāo)走，絕不降低基本要求；對(duì)于大多數(shù)學(xué)生――給出的任務(wù)比基本要求略高，鼓勵(lì)他們多進(jìn)行討論，讓這部分學(xué)生能“吃飽吃好”；對(duì)于能力強(qiáng)的學(xué)生――讓他們自行組織討論，充分發(fā)揮能動(dòng)性，提出自己的方案，可以四個(gè)不限定(不限定學(xué)生設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)，不限定學(xué)生具體實(shí)施設(shè)計(jì)的步驟，不限定最終的目標(biāo)與驗(yàn)證方法，不限定學(xué)生實(shí)施自己設(shè)計(jì)的時(shí)間和地點(diǎn))，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
2) 任務(wù)執(zhí)行階段，做到教師全程跟蹤：對(duì)于基礎(chǔ)差的學(xué)生――講清楚基本原理和設(shè)計(jì)中要注意的關(guān)鍵問題，必要時(shí)給這部分學(xué)生補(bǔ)一點(diǎn)基礎(chǔ)的知識(shí)；大多數(shù)學(xué)生――引導(dǎo)學(xué)生能夠更為完善地完成設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)中或多或少地表現(xiàn)出一些自己的特色，這部分學(xué)生要多做一些啟發(fā)性的工作；能力強(qiáng)的學(xué)生――放手讓他們?nèi)プ龈鞣N探索性實(shí)驗(yàn)，要經(jīng)常參加他們的討論，聽取他們的思路，并及時(shí)為他們提供有關(guān)的資料。
3) 任務(wù)驗(yàn)收階段，采用招標(biāo)式課程設(shè)計(jì)驗(yàn)收方案：各組展示本組的設(shè)計(jì)，組長做總體性介紹；成員展示自己設(shè)計(jì)的特色；各組之間展開競爭和互評(píng)，用自己的最優(yōu)秀部分贏取驗(yàn)收教師和其他組成員的好評(píng)。
4) 嚴(yán)把設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)：杜絕抄襲現(xiàn)象；規(guī)范設(shè)計(jì)報(bào)告格式，提高設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量。
4 結(jié)語
提高學(xué)生系統(tǒng)認(rèn)識(shí)能力對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生具有重要意義。東南大學(xué)面向系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)探索經(jīng)驗(yàn)表明，面向系統(tǒng)的綜合實(shí)踐很有必要，學(xué)生不僅加深了對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解，而且提高了分析問題、解決問題能力，提高了學(xué)生的專業(yè)興趣，為今后走上工作崗位，能夠很快適應(yīng)新環(huán)境奠定了較好的基礎(chǔ)。
當(dāng)然，面向系統(tǒng)的綜合實(shí)踐對(duì)理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)的學(xué)生還具有較大難度。如何使所有學(xué)生均有很大的收獲，還需要不斷地探索。希望本文對(duì)相關(guān)教學(xué)研究人員有借鑒作用。
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System-oriented Practice Training Curriculum for Students Major in Computer
ZHAI Yuqing, YANG Quansheng, WANG Xiaowei
(School of Computer Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China)
[關(guān)鍵詞]嵌入式 教學(xué)改革 課程設(shè)置
[中圖分類號(hào)]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
一、引言
在上個(gè)世紀(jì)七十年代前后，出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的概念，當(dāng)時(shí)，還沒有出現(xiàn)操作系統(tǒng)（OS），僅有監(jiān)控系統(tǒng)及匯編語言，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用需求，將OS引入了嵌入式系統(tǒng)，嵌入式的編程以C語言為主，并有了強(qiáng)大的嵌入式開發(fā)平臺(tái)。我國嵌入式軟件應(yīng)用規(guī)模為世界第三，在中國軟件前10家企業(yè)中，嵌入式軟件產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)占了6家。數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)將使傳統(tǒng)設(shè)備逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍度胧皆O(shè)備，因此嵌入式軟件對(duì)改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)有重大作用。 中國工程院院士倪光南強(qiáng)調(diào)，我國IT行業(yè)應(yīng)大力發(fā)展嵌入式軟件，提升我國IT產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，其軟硬件可配置，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格約束的一種專用系統(tǒng)。所使用的計(jì)算機(jī)為嵌入式計(jì)算機(jī)。嵌入式系統(tǒng)一般可由嵌入式微處理器、硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序四部分組成，嵌入式系統(tǒng)一般嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中[1]。
廣義而言，可將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為一種技術(shù)，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)技術(shù)又經(jīng)常是一種核心技術(shù)。對(duì)一般用戶而言，嵌入式系統(tǒng)是透明的。
對(duì)于處于高速發(fā)展時(shí)期的嵌入式技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時(shí)代，嵌入式系列課程的教學(xué)也在各大院校中開展起來。要設(shè)置適應(yīng)社會(huì)需求的嵌入式技術(shù)人才，在設(shè)置嵌入式系列課程時(shí)，需要解決以下問題：
1.課程體系設(shè)置
嵌入式課程目前開展最多的還是在研究生階段，但隨著嵌入式市場需求的增加，一些高校在本科階段開始設(shè)置嵌入式方向體系課程。那么怎樣設(shè)置適合本科在校生學(xué)習(xí)的課程是現(xiàn)在亟需解決的問題。
2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置
嵌入式技術(shù)對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力要求很高，而且嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結(jié)合的產(chǎn)物，對(duì)學(xué)生能力要求很高，既要會(huì)硬件設(shè)計(jì)又要會(huì)軟件設(shè)計(jì)。
二、嵌入式系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)
1.嵌入式處理器
（1）嵌入式微處理器：對(duì)應(yīng)通用計(jì)算機(jī)CPU。
（2）嵌入式微控制器：對(duì)應(yīng)用單片計(jì)算機(jī)。
（3）嵌入式DSP：應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理，數(shù)字濾波，F(xiàn)FT譜分析，圖象處理等領(lǐng)域。
2.微內(nèi)核結(jié)構(gòu)
微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是指僅提供基本的功能，任務(wù)調(diào)度，通信及同步，內(nèi)存管理，對(duì)外管理等。嵌入式系統(tǒng)一般配有操作系統(tǒng)。OS分為內(nèi)核層與應(yīng)用層兩個(gè)層次。內(nèi)核僅提供基本功能，建立及管理進(jìn)程，I/O、文件系統(tǒng)由應(yīng)用層完成。其它屬于應(yīng)用組件，如網(wǎng)絡(luò)功能，文件系統(tǒng)，GUI等，工作在用戶，系統(tǒng)可裁剪，即用戶可選擇需要的組件。
3.任務(wù)調(diào)度
在嵌入式系統(tǒng)中，任務(wù)即線程，大多數(shù)嵌入式OS支持多任務(wù)。
多任務(wù)運(yùn)行是指靠CPU在多個(gè)任務(wù)之間切換、調(diào)度，每個(gè)任務(wù)有優(yōu)先級(jí)。不同任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同，調(diào)度方式可分為三種方式：
（1）不可搶占式調(diào)度：一旦某個(gè)任務(wù)獲得CPU，就獨(dú)占CPU，除非某種原因（任務(wù)完成、等待資源），它才放棄CPU。
（2）可搶占式調(diào)度：基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)，當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)，隨時(shí)可讓位于優(yōu)先級(jí)更高的處于就緒態(tài)的任務(wù)。
（3）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度：當(dāng)兩個(gè)以上的任務(wù)，優(yōu)先級(jí)相同，一個(gè)進(jìn)程在用完自已的時(shí)間片，就將cpu讓位于同優(yōu)先級(jí)的另一個(gè)進(jìn)程。
嵌入式系統(tǒng)大多數(shù)OS采用優(yōu)先級(jí)不同時(shí)用搶占式和優(yōu)先級(jí)相同時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法。
4.硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)與軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)
一般嵌入式系統(tǒng)對(duì)時(shí)間要求較高，即要求在較短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)提交的任務(wù)作出響應(yīng)，稱之為實(shí)時(shí)系統(tǒng)（μS級(jí)）。
硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求，軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)可在較寬時(shí)間范圍內(nèi)完成。
5.內(nèi)存管理
用MMU，使用虛擬存儲(chǔ)器概念，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)MMU，從而采用實(shí)地址管理模式，這樣，存儲(chǔ)保護(hù)技術(shù)也相應(yīng)降低。然而，隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展及需求的牽引，近來不少嵌入式系統(tǒng)中也在加強(qiáng)存儲(chǔ)管理，引入虛擬存儲(chǔ)器概念，引入MMU，同時(shí)也在加強(qiáng)存儲(chǔ)保護(hù)。
6.內(nèi)核加載方式
OS內(nèi)核既可在FLASH中運(yùn)行，也可在片內(nèi)RAM中運(yùn)行，一般而言，在片內(nèi)RAM中運(yùn)行，可獲得更快的速度，但RAM是易失性的，故無論內(nèi)核還是應(yīng)用程序，都應(yīng)放在FLASH中，以免揮發(fā)。故在實(shí)際加載時(shí)，就存在兩種方式，一是在FLASH中直接運(yùn)行；另一是運(yùn)行在@FLASH中的加載程序，將內(nèi)核裝入片內(nèi)RAM，然后再運(yùn)行裝入RAM的內(nèi)核。
7.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的有關(guān)技術(shù)
嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)，比一般在Windows下開發(fā)要復(fù)雜一些，它與硬件平臺(tái)有關(guān)。
開發(fā)平臺(tái)分為宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)。
（1）宿主機(jī)（一般用通用PC機(jī)）：主要功能是編譯、鏈接、定址，還進(jìn)行調(diào)試期間的運(yùn)行控制。
目標(biāo)機(jī)（硬件平臺(tái)-目標(biāo)板）：運(yùn)行嵌入式軟件。
第一過程：用交叉編譯器。所謂交叉，是在一個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)，為另一個(gè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)產(chǎn)生代碼的編譯器。
第二過程：鏈接，將所有目標(biāo)程序鏈接為一個(gè)目標(biāo)文件。
第三過程：定址，將目標(biāo)文件分配到物理存儲(chǔ)器的相應(yīng)地址。
這一過程與目標(biāo)機(jī)硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)，即與各存儲(chǔ)器的起始地址有關(guān)。
（2）宿主機(jī)的調(diào)試功能
宿主機(jī)的第二個(gè)功能為支持調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用程序。應(yīng)用交叉調(diào)試器，采用宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)聯(lián)合調(diào)試。首先下載，將宿主機(jī)中的內(nèi)核及應(yīng)用程序下載至目標(biāo)板；然后，分別對(duì)目標(biāo)板源碼級(jí)、匯編級(jí)進(jìn)行調(diào)試。
目標(biāo)監(jiān)控器是對(duì)目標(biāo)機(jī)上的應(yīng)用程序進(jìn)行控制的，它事先被固化在FLASH中，宿主機(jī)與目標(biāo)監(jiān)控器相聯(lián)接，完成調(diào)試控制過程，其步驟為：下載程序至目標(biāo)板，控制其運(yùn)行，并隨時(shí)檢測(cè)返回狀態(tài)[2]。
三、嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)
嵌入式技術(shù)在中國的發(fā)展已經(jīng)有十幾年的歷史，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，其涵蓋的課程非常廣泛，有《嵌入式操作系統(tǒng)》、《嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用》、《嵌入式組件設(shè)計(jì)》，《嵌入式Linux設(shè)計(jì)》等，目前這些課程基本是各大院校電子類相關(guān)專業(yè)的必修或選修課程。通過這些課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠獨(dú)立完成嵌入式系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
《嵌入式操作系統(tǒng)》主要介紹實(shí)時(shí)內(nèi)核原理、多個(gè)常用OS（UCOS、UCLinux、WIN CE、VXWorks、Nucleus）的比較、實(shí)時(shí)時(shí)效的分析與提高、實(shí)時(shí)OS的設(shè)計(jì)方案。
《嵌入式軟件設(shè)計(jì)》主要結(jié)合匯編、C（C++）、JAVA等語言的嵌入式實(shí)現(xiàn)精華，體現(xiàn)實(shí)時(shí)OS的移植，低、高級(jí)語言的集成應(yīng)用。
《嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用》講解嵌入式系統(tǒng)的定義、發(fā)展、分類、組成、特點(diǎn)、開發(fā)調(diào)試方法、嵌入式處理器等概念性的介紹，幫助建立系統(tǒng)的概念和特征，完成應(yīng)用層編程。
《嵌入式Linux設(shè)計(jì)》涉及嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，包括I/O口、CAN總線、觸摸屏、IIC、PS/2、異步串口、音頻、顯示、USB、以太網(wǎng)及Flash的使用及驅(qū)動(dòng)程序的編寫。在ARM Linux的中斷處理、BootLoader和內(nèi)核上電啟動(dòng)過程。
為了更好的體現(xiàn)嵌入式門課的實(shí)用性，在課程之后配有一個(gè)為期兩周的課程設(shè)計(jì)《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》。在前面實(shí)踐能力基礎(chǔ)上，面向某一領(lǐng)域的應(yīng)用，以嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能系統(tǒng)。提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力與綜合能力。學(xué)生要將嵌入式操作系統(tǒng)移植到智能手機(jī)中，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，完善智能手機(jī)的功能。包括電話簿、記事本、日程、計(jì)算器、日歷和時(shí)間顯示、游戲軟件（包括俄羅斯方塊、五子棋、拼圖、高爾夫球、沙壺球等）、音頻功能（包括播放MP3等歌曲）、手機(jī)攝像頭以及手機(jī)通訊功能（包括GPS通訊、GPRS通訊、紅外通訊、藍(lán)牙無線通訊等）。我校電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)嵌入式方向自2002年創(chuàng)建至今，已有六屆畢業(yè)生。由于創(chuàng)建之初嵌入式還是個(gè)新興的技術(shù)，所以無論從課程內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)順序設(shè)置以及教學(xué)環(huán)節(jié)的配合都很不成熟，師資和實(shí)驗(yàn)設(shè)備嚴(yán)重短缺。但在不斷探索和調(diào)整中我們總結(jié)出一套嵌入式課程體系建設(shè)的方案，科學(xué)合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容、從實(shí)際出發(fā)調(diào)整教學(xué)順序、各教學(xué)環(huán)節(jié)相互配合。
由于嵌入式相關(guān)課程涉及的范圍甚廣，尤其隨著現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)及許多新技術(shù)的興起，針對(duì)嵌入式課程體系的建設(shè)，包括教學(xué)內(nèi)容的體系化建設(shè)和教學(xué)環(huán)節(jié)的體系化建設(shè)，是教學(xué)過程中需要解決的問題，需要提出相應(yīng)的解決方案[3]。
由于嵌入式系統(tǒng)面向應(yīng)用的主要特點(diǎn)，在課程設(shè)置別強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力。以教師科研環(huán)境和專業(yè)實(shí)驗(yàn)室為基地，開展課外學(xué)習(xí)方式培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力；知識(shí)講解與主流嵌入式系統(tǒng)實(shí)例結(jié)合，搞好課程教材體系的配套建設(shè)；配有課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)學(xué)時(shí)在工程設(shè)計(jì)方面的能力；多位教師授課，充分發(fā)揮每位教師優(yōu)勢(shì)，使新技術(shù)能貫穿在教學(xué)中；與學(xué)生實(shí)際相結(jié)合，對(duì)學(xué)生畢業(yè)找工作和再學(xué)習(xí)有很大幫助；設(shè)計(jì)了多種等級(jí)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)能提高綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
基于嵌入式系列課程的教學(xué)改革與探索能解決好課程間的聯(lián)系、銜接問題。從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)到課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)統(tǒng)籌安排，形成一個(gè)整體，使學(xué)生的學(xué)習(xí)層次化、階梯化。建立嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提高學(xué)生參加相關(guān)競賽的積極性，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)嵌入式相關(guān)課程的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生自學(xué)能力和解決問題能力的提高，突出學(xué)生的能力建設(shè)、知識(shí)探究和人格養(yǎng)成。
四、嵌入式系統(tǒng)研究方向
嵌入式系統(tǒng)有著廣泛的市場前景。市場需求方面：中國具有世界最大嵌入式技術(shù)市場。手持儀器設(shè)備、信息家電、城市建設(shè)、工業(yè)控制、軍事應(yīng)用等，嵌入式技術(shù)無處不在。企業(yè)人才需求方面：軟硬件設(shè)計(jì)人才，應(yīng)用開發(fā)人才，綜合性人才，培訓(xùn)增加，工資待遇逐漸上升。技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)要求方面：8位單片機(jī)到16位單片機(jī)主要用于不需要操作系統(tǒng)的只需要處理簡單任務(wù)的控制系統(tǒng)，但現(xiàn)在的手機(jī)、智能家居等系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足于簡單的控制了，多個(gè)任務(wù)并發(fā)出現(xiàn)時(shí)，需要具有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的32位嵌入式微控制器的解決。圖1概況了現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)的主要研究方向。
圖1 嵌入式系統(tǒng)研究方向
五、總結(jié)
未來幾年，市場對(duì)嵌入式人才尤其是嵌入式Linux人才的需求旺盛。而目前熟練的嵌入式Linux應(yīng)用人才只有幾千名。這意味著各大跨國公司及國內(nèi)消費(fèi)類電子巨頭企業(yè)都面臨著人才嚴(yán)重短缺的挑戰(zhàn)。所以設(shè)置好嵌入式系列課程，培養(yǎng)出優(yōu)秀的具有嵌入式技術(shù)人才是迫在眉睫的事情，希望我們的努力能對(duì)我國嵌入式市場帶來新的生機(jī)與活力。
基金項(xiàng)目：本文系“北京市教委科技發(fā)展計(jì)劃面上項(xiàng)目”（項(xiàng)目編號(hào)：KM201110772018）的研究成果。
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關(guān)鍵字：操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)；考核體系；考核環(huán)節(jié)；考核指標(biāo)
中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
文章編號(hào)：1672-5913（2007）08-0045-04
計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是與硬件直接相關(guān)的系統(tǒng)軟件，計(jì)算機(jī)中的關(guān)鍵性技術(shù)，它的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)與軟件工程的精髓[1]。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的核心課程之一，對(duì)理論與實(shí)踐要求都很高，歷來為計(jì)算機(jī)及信息學(xué)科所重視。操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)正是該課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的集中表現(xiàn)，不僅可使學(xué)生鞏固理論學(xué)習(xí)的概念、原理、設(shè)計(jì)、算法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)培養(yǎng)開發(fā)大型軟件所應(yīng)擁有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟件工程素養(yǎng)。對(duì)該課程考核體系的構(gòu)建可以促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)的全面提升。
1 操作系統(tǒng)課程實(shí)踐現(xiàn)狀分析
國內(nèi)外高校對(duì)操作系統(tǒng)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)極為重視[1]。北大、清華、西電、國防科大等院校均分兩個(gè)學(xué)期，設(shè)立理論、實(shí)踐環(huán)節(jié)來共同完成該課程的教學(xué)工作。實(shí)踐內(nèi)容主要分為模擬仿真型、解剖型或設(shè)計(jì)型。由于操作系統(tǒng)課程內(nèi)容的抽象性、復(fù)雜性，決定了許多學(xué)生在學(xué)完理論以后，對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)感到束手無策；同時(shí)該課程內(nèi)容承上啟下，涉及以前學(xué)習(xí)的許多課程，如C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理等，要求學(xué)生有較強(qiáng)的綜合分析問題和設(shè)計(jì)的能力。課程的難度阻礙該課程的考核，實(shí)踐考核往往成為程序設(shè)計(jì)考核或算法編程考核，沒能成為有效促進(jìn)操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)的有力工具。一些院校在此方面進(jìn)行了有益的改革與嘗試。北京大學(xué)根據(jù)MIT的開放課程經(jīng)驗(yàn)和自己學(xué)生的特點(diǎn)，建立操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，提出了一套自己的試驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)體系，包括實(shí)習(xí)授課、進(jìn)程控制、實(shí)習(xí)反饋等環(huán)節(jié)控制教學(xué)質(zhì)量[2]?？己四Ｊ街性黾映晒菔竞推谀┐疝q環(huán)節(jié)，借助交流開發(fā)心得、壓力測(cè)試等方法檢查進(jìn)度控制好壞，達(dá)到促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的。南開大學(xué)提倡使用系統(tǒng)仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境加強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，降低試卷考試的壓力，建立多元化考核體系，使用“彈性考核制度”培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力[3]。
我校是農(nóng)業(yè)類院校，操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是緊接操作系統(tǒng)原理課程的實(shí)驗(yàn)型必修課，安排在上完理論課的下一學(xué)期。過去兩三年里，借鑒其他院校的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)自己學(xué)生的生源特征和課程特點(diǎn)，本著“承上啟下、提高綜合能力”的宗旨，為提高學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手編程能力，摸索與總結(jié)了一些控制實(shí)踐課程質(zhì)量的方法。但也暴露出一些問題。（1）無法將操作系統(tǒng)理論與實(shí)踐結(jié)合起來。一些同學(xué)只為完成表面上的功能進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)，沒有借鑒前人成果；（2）同學(xué)之間依賴性嚴(yán)重，加之Internet網(wǎng)提供的便利功能，一些同學(xué)出現(xiàn)網(wǎng)上拷貝，不勞而獲、渾水摸魚的現(xiàn)象；（3）缺少考核體系與測(cè)試環(huán)節(jié)。對(duì)原理課程的認(rèn)識(shí)不足，缺少軟件工程的思想指導(dǎo)。實(shí)踐環(huán)節(jié)的軟件開發(fā)等同于以前的算法設(shè)計(jì)或編程，沒能突出該課程系統(tǒng)性的特點(diǎn)；（4）缺少分組協(xié)作能力、口頭表達(dá)能力、進(jìn)程控制能力等方面的訓(xùn)練，許多同學(xué)會(huì)做不會(huì)說、不會(huì)寫；能單獨(dú)開發(fā)，不會(huì)小組共同協(xié)作。
2操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)考核體系構(gòu)建思路
學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)是課程學(xué)習(xí)的一部分，能夠有效地促進(jìn)課程學(xué)習(xí)。一個(gè)完整的課程考核體系應(yīng)該有過程性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和終結(jié)性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)兩部分。針對(duì)本課程的現(xiàn)狀，考核體系應(yīng)具體解決如下問題：（1）量化考核指標(biāo)；（2）量化考核每位同學(xué)的協(xié)作能力、分析解決問題能力。由于分組協(xié)作完成設(shè)計(jì)任務(wù)，給老師有效地分辨出每位同學(xué)具體完成的工作量及工作質(zhì)量帶來困難，需要考核環(huán)節(jié)中具體的量化措施來保證。（3）體會(huì)軟件開發(fā)全過程。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中管理軟硬件資源的系統(tǒng)軟件，其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的著眼點(diǎn)均是“一切為了用戶”的系統(tǒng)觀點(diǎn)。通過考核環(huán)節(jié)的設(shè)定，使沒出過校門，沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，在校期間體會(huì)到軟件的開發(fā)過程。
與理論考核模式相比，實(shí)踐考核不僅注重結(jié)果，更加注重過程、技術(shù)和素質(zhì)考核。分析操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐現(xiàn)狀，結(jié)合具體的考核量化問題，本著過程與結(jié)果并重的原則，提出如下指導(dǎo)原則：
（1）堅(jiān)持多樣化考核與多次考核機(jī)會(huì)相結(jié)合的考核方法。建立以考察專業(yè)技術(shù)和職業(yè)素質(zhì)為基礎(chǔ)的考核體系。考核內(nèi)容的選擇，既要體現(xiàn)和課程培養(yǎng)目標(biāo)，又要有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技術(shù)分析問題和解決問題的能力。真正做到既考知識(shí)，又考能力（技能）和素質(zhì)。
（2）強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合。課程設(shè)計(jì)從題目的選擇到設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，均應(yīng)借鑒前人成功的設(shè)計(jì)理念，采用或擴(kuò)展已學(xué)過的算法和策略，考察將抽象的理論知識(shí)滲透到實(shí)踐設(shè)計(jì)的能力。
（3）根據(jù)課程設(shè)計(jì)考核改革模式，設(shè)計(jì)考核評(píng)測(cè)體系及考核評(píng)價(jià)指標(biāo)。過程考核、技術(shù)考核及結(jié)果考核相結(jié)合，最終得出綜合成績。同時(shí)，注重每一考核環(huán)節(jié)的交流與指導(dǎo)。
（4）將軟件工程的思想融入課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生分工協(xié)作能力，進(jìn)度控制能力。
本研究在總結(jié)我校前三屆學(xué)生課程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)借鑒其他高校的成功經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)農(nóng)業(yè)院校學(xué)生的特點(diǎn)，突出內(nèi)容的系統(tǒng)性、設(shè)計(jì)性和可操作性的同時(shí)，本著綜合能力提高的宗旨，通過協(xié)作學(xué)習(xí)與模擬性學(xué)習(xí)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一套適合本校學(xué)生特點(diǎn)的學(xué)習(xí)考核模式，采用過程考核、技術(shù)考核、結(jié)果考核等多種形式建立實(shí)踐教學(xué)的考核評(píng)價(jià)體系（圖1），提高實(shí)踐環(huán)節(jié)的質(zhì)量，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，“以考促學(xué)”，培養(yǎng)學(xué)生多元能力，為農(nóng)林類院校操作系統(tǒng)課程實(shí)踐考核趟出有益的道路。
3 考核評(píng)測(cè)體系的構(gòu)建
操作系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的考核目標(biāo)是在軟件工程思想指導(dǎo)下，提高大型軟件的分析設(shè)計(jì)能力，小組成員的分工協(xié)作能力，設(shè)計(jì)結(jié)果的分析測(cè)試能力。因此，考核體系的制定既要考慮理論知識(shí)與技能提高，又要加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)精神與素質(zhì)培養(yǎng)。本研究按照該課程實(shí)施過程中的五個(gè)步驟：明確目標(biāo)――小組計(jì)劃――協(xié)作研究――分組測(cè)試――最終評(píng)價(jià)設(shè)立考核環(huán)節(jié)。
3.1 考核評(píng)測(cè)環(huán)節(jié)的建立
操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)考核體系根據(jù)課程考核的指導(dǎo)原則和課程設(shè)計(jì)流程，本著科學(xué)合理，重理論、重技能、重素質(zhì)的原則，設(shè)定為五大考核環(huán)節(jié)，分別是設(shè)計(jì)考核、算法考核、測(cè)試考核、能力考核和提優(yōu)考核，最終考核成績是五部分乘權(quán)重之和。表1，體現(xiàn)各考試環(huán)節(jié)的考核內(nèi)容與方法。其中，設(shè)計(jì)考核針對(duì)課程設(shè)計(jì)的開始部分，檢查學(xué)生整體規(guī)劃和協(xié)作分工能力；算法考核主要考核每位學(xué)生的參與程度，具體實(shí)現(xiàn)措施；測(cè)試考核屬于對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的檢查，是以往實(shí)踐考核的薄弱環(huán)節(jié)。該考核體系中強(qiáng)調(diào)測(cè)試，通過制訂組內(nèi)測(cè)試、組間測(cè)試和教師測(cè)試制度完成整體測(cè)試。具體測(cè)試過程是教師提供測(cè)試報(bào)告書格式及考核項(xiàng)目，組間成員按照對(duì)方提供的操作說明對(duì)軟件作品進(jìn)行相互測(cè)試，并填寫測(cè)試報(bào)告，然后由教師組成的測(cè)試小組進(jìn)行綜合性測(cè)試，給出測(cè)試評(píng)語。能力考核貫穿實(shí)踐的每個(gè)環(huán)節(jié)，通過學(xué)生制作PPT、口頭匯報(bào)并回答問題，考察語言表達(dá)能力、進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況及工作匯報(bào)能力。提優(yōu)考核是在課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，針對(duì)部分優(yōu)秀的學(xué)生主動(dòng)申請(qǐng)，通過撰寫小論文的形式體現(xiàn)。
3.2 考核評(píng)價(jià)指標(biāo)的建設(shè)
考核測(cè)評(píng)環(huán)節(jié)是指導(dǎo)實(shí)踐考核的基礎(chǔ)，考核評(píng)價(jià)指標(biāo)具體量化考核環(huán)節(jié)，是成績?cè)u(píng)定的依據(jù)，它的構(gòu)建必須有系統(tǒng)和全局的眼光。我校操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是停課一周進(jìn)行，時(shí)間安排在三年級(jí)下學(xué)期開學(xué)第一周。三年級(jí)上學(xué)期理論課結(jié)束后學(xué)生分組、選題，利用寒假時(shí)間準(zhǔn)備資料，開學(xué)后完成具體實(shí)踐工作。課程設(shè)計(jì)的好壞很大程度取決于假期準(zhǔn)備工作的好壞。為了有效考核學(xué)生準(zhǔn)備工作和實(shí)踐情況，針對(duì)考核環(huán)節(jié)設(shè)定具體的匯報(bào)考核指標(biāo)和測(cè)試報(bào)告考核指標(biāo)。由教師和四年級(jí)優(yōu)秀學(xué)生組成考核小組，按照匯報(bào)考核指標(biāo)打分，存檔源碼程序、可運(yùn)行程序、測(cè)試報(bào)告和課程實(shí)踐報(bào)告，綜合測(cè)試報(bào)告考核指標(biāo)給出課程設(shè)計(jì)的綜合成績。
（1）匯報(bào)考核指標(biāo)
匯報(bào)考核如表2，屬于過程性考核，主要考查學(xué)生整體計(jì)劃，分工協(xié)作與進(jìn)程控制能力，語言表達(dá)能力和幻燈匯報(bào)能力，有利于提高理工科學(xué)生的綜合素養(yǎng)。采用PPT幻燈形式，匯報(bào)時(shí)間穿插在實(shí)踐設(shè)計(jì)的過程中，是量化設(shè)計(jì)考核、算法考核和綜合能力的主要手段之一。同時(shí)，總結(jié)性匯報(bào)促進(jìn)同學(xué)之間彼此交流成果與心得。
（2）測(cè)試報(bào)告考核指標(biāo)
軟件測(cè)試是保證軟件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，測(cè)試考核指標(biāo)的設(shè)立有助于建立良好的軟件測(cè)試觀，養(yǎng)成良好的測(cè)試習(xí)慣，為后續(xù)軟件工程課程的開設(shè)積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。測(cè)試考核以測(cè)試報(bào)告的形式存檔，考核指標(biāo)既要體現(xiàn)整體構(gòu)思，又要能夠促進(jìn)被測(cè)試軟件的完善，有助于錯(cuò)誤的發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)；同時(shí)，該項(xiàng)工作的開展是同學(xué)之間交流與學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。核心測(cè)試指標(biāo)如下：
理論依據(jù)是否充分。
功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、是否考慮充分。
算法正確性及容錯(cuò)程度、算法性能情況，要求評(píng)測(cè)人用具體的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。
用戶界面友好性、直觀性、易用性，并要求具體列舉。
總結(jié)評(píng)價(jià)該設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，具體描述特色與創(chuàng)新，并提出改進(jìn)建議。
4 實(shí)踐與效果分析
4.1 操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐
2005~2006學(xué)年第二學(xué)期，在我院院級(jí)實(shí)踐教學(xué)改革項(xiàng)目的資助下，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系02級(jí)共63位同學(xué)分成20個(gè)小組，按照操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)考核體系進(jìn)行實(shí)踐。教師提供20道參考題目供學(xué)生選擇，同學(xué)也可根據(jù)自己的興趣愛好自定與操作系統(tǒng)相關(guān)的題目。有模擬內(nèi)存可變分區(qū)的系統(tǒng)，有模擬Linux 2.6內(nèi)核的進(jìn)程調(diào)度系統(tǒng)，也有圖形化動(dòng)態(tài)模擬磁盤調(diào)度各種算法的系統(tǒng)。兩名教師和兩名四年級(jí)同學(xué)組成考核小組，經(jīng)過三階段的匯報(bào)考核，組間測(cè)試考核，實(shí)踐報(bào)告考核，作品測(cè)試等考核，順利通過課程設(shè)計(jì)課程實(shí)踐。每組同學(xué)鞏固理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，加強(qiáng)軟件設(shè)計(jì)與編程能力，整體素質(zhì)得到鍛煉與提高。每個(gè)小組提交軟件作品，其中5個(gè)小組提交提優(yōu)論文。圖2和圖3分別是課程設(shè)計(jì)學(xué)生作品樣例。
4.2 實(shí)踐效果
經(jīng)過一周的停課實(shí)踐，學(xué)生們普遍感覺加強(qiáng)了對(duì)操作系統(tǒng)理論的認(rèn)識(shí)，同學(xué)之間的協(xié)作能力提高，自身的編程能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力及表達(dá)能力得到鍛煉和改善。通過課程設(shè)計(jì)考核體系的實(shí)施，使廣大學(xué)生在如下幾個(gè)方面得到了提升：
（1）協(xié)作學(xué)習(xí)能力普遍提高。每個(gè)小組非常重視三個(gè)階段的匯報(bào)，從查閱資料到幻燈結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和色彩都經(jīng)過仔細(xì)琢磨；小組內(nèi)討論氣氛熱烈，有些小組甚至在宿舍熄燈后仍在探討問題；還有的小組到處尋找通宵教室，加班加點(diǎn)工作。
（2）真實(shí)能力明顯提高。量化課程設(shè)計(jì)過程和考核指標(biāo)，完善了過程監(jiān)督，有效地防止了學(xué)生實(shí)踐“做弊”現(xiàn)象，使所有學(xué)生的能力都得到一定鍛煉。
（3）提升綜合應(yīng)用知識(shí)的能力。操作系統(tǒng)模擬的許多題目，不僅涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)要求活學(xué)活用操作系統(tǒng)理論中的概念與方法。如，模擬內(nèi)存管理的設(shè)計(jì)中，為突出并發(fā)和共享特征，一些小組使用了多線程實(shí)現(xiàn)并發(fā)。另外，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中樹、鏈表以及Hash表的知識(shí)得到鞏固。
（4）計(jì)劃表達(dá)與交流能力提高。課程設(shè)計(jì)三個(gè)考核環(huán)節(jié)，將自己的成果展現(xiàn)給同學(xué)和老師，并且解答老師的提問，有助于老師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間交流。老師可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)設(shè)計(jì)方案；學(xué)生也可在匯報(bào)過程展現(xiàn)自己，鍛煉語言表達(dá)能力，對(duì)于不善表達(dá)的理工科生來說是很好的鍛煉。此外，該考核方法使學(xué)生不敢懈怠，按時(shí)完成任務(wù)。
（5）學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新性得到激發(fā)。課程設(shè)計(jì)的所有考核環(huán)節(jié)均開放式進(jìn)行，學(xué)生在考核過程中可以相互對(duì)比，有效促進(jìn)了比學(xué)趕超的學(xué)習(xí)熱情；考核壓力促進(jìn)基礎(chǔ)薄弱的同學(xué)在基礎(chǔ)較好的同學(xué)帶動(dòng)下進(jìn)行主動(dòng)學(xué)習(xí)。學(xué)生潛力得到很大發(fā)揮，不再局限于教學(xué)過程中所學(xué)知識(shí)，自學(xué)相關(guān)內(nèi)容，力圖將設(shè)計(jì)做到最好。
5 結(jié)束語
該套考核環(huán)節(jié)、方法和考核指標(biāo)的建立，強(qiáng)化了操作系統(tǒng)原理的掌握，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高了實(shí)際軟件設(shè)計(jì)、編程能力，培養(yǎng)了組織協(xié)作與團(tuán)隊(duì)精神，為抽象理論課的實(shí)踐環(huán)節(jié)的理論提升探索出一條有益的道路。由于該考核體系處于實(shí)驗(yàn)階段，有待于進(jìn)一步發(fā)展和完善。
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收稿日期：2006-9-14
資助項(xiàng)目：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院院級(jí)教改項(xiàng)目的資助
作者簡介：姜海燕（1967-），女，浙江臨安人，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)、軟件工程。
通信地址：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，郵編：210095
關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);教學(xué)實(shí)踐
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
“操作系統(tǒng)”課程內(nèi)容豐富,既要講授關(guān)于操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論,又要讓學(xué)生了解實(shí)際操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)正是該課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的集中表現(xiàn),不僅使學(xué)生鞏固理論學(xué)習(xí)的概念和原理,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生 的工程實(shí)踐能力。國內(nèi)很多大學(xué)都非常重視操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),北京大學(xué)根據(jù)MIT課程,建立了自己的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)體系;清華大學(xué)專門設(shè)置了操作系統(tǒng)專題訓(xùn)練課程,以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力;南開大學(xué)提倡使用系統(tǒng)仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境加強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力;浙江大學(xué)提出了“邊學(xué)邊干”的操作系統(tǒng)教學(xué)理念。
北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院在2006年將“操作系統(tǒng)”課程分成了兩門課程:一門講授“操作系統(tǒng)”原理,一門“操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”專門進(jìn)行操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。本文將以MIT的操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),介紹在操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中,讓學(xué)生自主開發(fā)一個(gè)小型教學(xué)操作系統(tǒng)。由于開發(fā)一個(gè)實(shí)際的操作系統(tǒng)難度和工作量很多,為了保證教學(xué)效果,我們首先為學(xué)生提供一個(gè)基礎(chǔ)系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)中最基本的部分。在此基礎(chǔ)上,學(xué)生可以再進(jìn)一步擴(kuò)充,實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的操作系統(tǒng)。將來可以與硬件課程進(jìn)一步集成,將教學(xué)操作系統(tǒng)移植到學(xué)生自己開發(fā)的硬件平臺(tái)中。我們?cè)噲D通過操作系統(tǒng)作為紐帶,將計(jì)算機(jī)硬件與軟件結(jié)合起來,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體認(rèn)識(shí)。
1 目前存在的問題
在前幾年的教學(xué)實(shí)踐中,我們嘗試過Nachos、Minix、Linux和Windows四種不同類型的實(shí)驗(yàn),目前保留了Linux和Windows兩組實(shí)驗(yàn)。每類實(shí)驗(yàn)包含4組實(shí)驗(yàn),每個(gè)(組)同學(xué)選做一類實(shí)驗(yàn),并完成該類中全部4組實(shí)驗(yàn)。Linux實(shí)驗(yàn)包括“Yalnix Shell”、“虛擬存儲(chǔ)”、“作業(yè)控制系統(tǒng)”、“文件系統(tǒng)操作”或“模擬文件系統(tǒng)”(后面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)選做一個(gè))。Windows2000/XP實(shí)驗(yàn)包括“生產(chǎn)者消費(fèi)者問題”、“Windows虛擬存儲(chǔ)器管理”、“NDIS協(xié)議驅(qū)動(dòng)程序的分析與改進(jìn)”、“虛擬磁盤的文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)”。
這兩組實(shí)驗(yàn)與主流操作系統(tǒng)結(jié)合緊密,極大地提高了學(xué)生的專業(yè)技能。雖然這些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在國內(nèi)一流院校中廣泛使用,但是仔細(xì)分析我們可以發(fā)現(xiàn),這些實(shí)驗(yàn)大部分還是停留在系統(tǒng)編程的水平。因此為提高操作系統(tǒng)教學(xué)水平,我們必須向國外研究型大學(xué)看齊,改進(jìn)操作系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)。
2 國外主要研究性大學(xué)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
我們選擇了四所大學(xué)的操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行重點(diǎn)介紹。
Brown University
課程名稱cs167/cs169 operating system Fall 2006
cs167課程介紹操作系統(tǒng)的基本原理
cs169課程:學(xué)生每人用 C編寫一個(gè)簡單的、單內(nèi)核操作系統(tǒng)。所寫的操作系統(tǒng)在技術(shù)上等價(jià)現(xiàn)代的操作系統(tǒng)
實(shí)習(xí)項(xiàng)目:Kernel 1,Kernel 2,虛擬文件系統(tǒng),文件系統(tǒng),虛擬存儲(chǔ)
基礎(chǔ)系統(tǒng):Weenix
Princeton University
課程名稱:Operating Systems Fall 2006
實(shí)習(xí)項(xiàng)目:項(xiàng)目1:引導(dǎo)機(jī)制;項(xiàng)目2:非搶占式調(diào)度;項(xiàng)目3:搶占式調(diào)度;項(xiàng)目4:進(jìn)程間通信與進(jìn)程調(diào)度;項(xiàng)目5:虛存;項(xiàng)目6:文件系統(tǒng)
University of California at Berkeley
課程名稱:Operating Systems and System Programming Spring 2006
實(shí)習(xí)項(xiàng)目:工程為仿真MIPS平臺(tái)構(gòu)造操作系統(tǒng)有4個(gè)工程。工程1:線程管理;工程2:多道程序設(shè)計(jì);工程3:高速緩存和虛擬存儲(chǔ);工程4:網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)
Harvard University
課程名稱:CS161: Operating Systems Spring 2006
實(shí)習(xí)項(xiàng)目:工程0:熟悉OS/161以及其運(yùn)行環(huán)境System/161;工程1: 同步;工程2:系統(tǒng)調(diào)用和進(jìn)程;工程3:虛擬內(nèi)存;工程4:文件系統(tǒng)
MIT
課程名稱:6.828: Operating System Engineering - Fall 2003 (for graduate student)
實(shí)習(xí)項(xiàng)目:工程1:啟動(dòng)裝載過程;工程2:內(nèi)存管理;工程3:進(jìn)程和上下文切換;工程4:Fork和進(jìn)程間通信;工程5:簡單的文件系統(tǒng);工程6:編寫一個(gè)Shell
從上面的分析可以看出,這幾所大學(xué)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、難度大。這些大學(xué)都有同一個(gè)理念:要想學(xué)好操作系統(tǒng),最好的辦法就是自己編寫一個(gè)操作系統(tǒng)。因此,我們希望借鑒這些大學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,提高北航操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難度。
3 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)思路
隨著學(xué)校對(duì)課程建設(shè)的重視,很多課程,例如“程序設(shè)計(jì)”、“編譯原理”等課程的實(shí)驗(yàn)有了很大改善,學(xué)生的動(dòng)手能力也得到了進(jìn)一步提高。在此基礎(chǔ)上,我們已經(jīng)具備了嘗試難度更高的操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的條件。因此,在操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)上,可以讓學(xué)生自主開發(fā)一個(gè)實(shí)際的小操作系統(tǒng)。
由于開發(fā)一個(gè)實(shí)際的操作系統(tǒng)難度和工作量很多,為了保證教學(xué)效果,我們準(zhǔn)備采取循序漸進(jìn)的、分層設(shè)計(jì)的方式,首先為學(xué)生提供一個(gè)基礎(chǔ)系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)中最重要、最基本的部分。在此基礎(chǔ)上,學(xué)生可以再進(jìn)一步擴(kuò)充,實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的操作系統(tǒng)。這種新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆诒ＷC教學(xué)效果的基礎(chǔ)上,有利于充分發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新潛能。
4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
4.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
我們調(diào)研了MIT、CMU等幾所著名高校的課程設(shè)計(jì),決定以MIT的課程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),在操作系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)上,讓學(xué)生自主開發(fā)一個(gè)實(shí)際的小操作系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)包含6個(gè)部分,各個(gè)部分的相互關(guān)系如圖1所示,具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下。
(1) 啟動(dòng)和系統(tǒng)初始化:通過PC啟動(dòng)的實(shí)驗(yàn),掌握硬件的啟動(dòng)過程,理解鏈接地址、加載地址和重定位的概念,學(xué)習(xí)如何編寫位置無關(guān)代碼;通過實(shí)現(xiàn)setjmp和longjmp兩個(gè)函數(shù),掌握GCC的調(diào)用規(guī)范和硬件堆棧結(jié)構(gòu)。
(2) 內(nèi)存管理實(shí)驗(yàn):理解虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存的管理,實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)對(duì)虛擬內(nèi)存空間的管理。
(3) 進(jìn)程管理:通過設(shè)置進(jìn)程控制塊和編寫進(jìn)程創(chuàng)建、進(jìn)程中止和進(jìn)程調(diào)度程序,實(shí)現(xiàn)進(jìn)程管理;編寫通用中斷分派程序和時(shí)鐘中斷例程,實(shí)現(xiàn)中斷管理。
(4) 系統(tǒng)調(diào)用:掌握系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)方法,理解系統(tǒng)調(diào)用的處理流程,實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)所需的系統(tǒng)調(diào)用。
(5) 文件系統(tǒng):通過實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的基于磁盤的微內(nèi)核方式的文件系統(tǒng),掌握文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法和層次結(jié)構(gòu)。
(6) 命令解釋程序:實(shí)現(xiàn)具有管道,重定向功能的shell,能夠執(zhí)行一些簡單的命令。最后通過調(diào)試將六部分鏈接起來,使之成為一個(gè)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的操作系統(tǒng)。
4.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
選擇一個(gè)完整硬件仿真環(huán)境。我們準(zhǔn)備根據(jù)當(dāng)前流行的主流硬件,選擇開放源代碼項(xiàng)目bochs和GXemul作為仿真環(huán)境。另外建立一個(gè)完善的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,將操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)用到的各種軟件安裝在一個(gè)服務(wù)器上,為每個(gè)學(xué)生建立一個(gè)獨(dú)立的帳戶,學(xué)生可以在任意機(jī)器上遠(yuǎn)程登錄到我們的服務(wù)器,完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
另外,操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)需要與硬件課程實(shí)驗(yàn)和編譯實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步集成,學(xué)生可以將教學(xué)操作系統(tǒng)移植到學(xué)生自己開發(fā)的硬件平臺(tái),并且運(yùn)行學(xué)生自己開發(fā)的編譯器所編譯的程序。圖2描述了操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各個(gè)部分與硬件的關(guān)系(該硬件環(huán)境詳見參考文獻(xiàn))。圖3描述了操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與編譯實(shí)驗(yàn)和硬件實(shí)驗(yàn)的關(guān)系。
4.3 目前已完成工作
目前已完成的工作:
(1) 建立了一個(gè)以GXemul為基礎(chǔ)的仿真環(huán)境,可以運(yùn)行操作系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的調(diào)試。
(2) 建立了一個(gè)以GCC為基礎(chǔ)的MIPS交叉編譯環(huán)境,可以用于編譯操作系統(tǒng)以及其他應(yīng)用程序。
(3) 六個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)可以在仿真器上運(yùn)行(見圖4)。
5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與下一步工作
2006年,我選了一個(gè)學(xué)生以這個(gè)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目,硬件平臺(tái)為x86,他當(dāng)時(shí)完成了4個(gè)實(shí)驗(yàn)。2007年在計(jì)算機(jī)學(xué)院組織下我們選了6名學(xué)生將該實(shí)驗(yàn)在一學(xué)期內(nèi)移植到了MIPS仿真平臺(tái)。通過這些實(shí)踐,我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于本科生這些實(shí)驗(yàn)難度還是太大,很難完成6個(gè)實(shí)驗(yàn)。因此,我們下一步需要采取循序漸進(jìn)、分層設(shè)計(jì)的方式,進(jìn)一步簡化實(shí)驗(yàn),多給學(xué)生提供一些示例代碼,編寫詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)文檔和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)。
參考文獻(xiàn):
[1] 陳向群. 操作系統(tǒng)實(shí)習(xí)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[R]. 全國第八屆操作系統(tǒng)課程教學(xué)研討會(huì),2005.
1 引言
輸油管線課是油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)的主干課。管線設(shè)計(jì)和輸送工藝是該課程的核心內(nèi)容，要求學(xué)生掌握輸油管線的設(shè)計(jì)方法，具備基本的設(shè)計(jì)能力；掌握管線運(yùn)行的基本知識(shí)，具備判斷并處置各種工況的能力。
輸油管線課的內(nèi)容包括固定管線和機(jī)動(dòng)管線兩部分，二者既有相同之處，也有所區(qū)別。對(duì)于機(jī)動(dòng)輸油管線來說，輸油時(shí)臨時(shí)地面鋪設(shè)，輸油任務(wù)完成后撤收。因此，它具有線路狀況的不確定性、工藝設(shè)計(jì)的快速性、輸送設(shè)備的通用性以及意外工況處置的特殊性等特點(diǎn)[1]。課程的理論課教學(xué)，精講管線輸油的基本原理、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、各種工況的分析判斷方法等內(nèi)容，通過課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)鞏固所學(xué)的理論知識(shí)、分析方法，并探討研究尚無定論的問題。幾年的實(shí)踐表明，課程理論教學(xué)與課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)相結(jié)合，是提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。
2 實(shí)踐教學(xué)分析
輸油管線課實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容比較豐富，包括針對(duì)管線工藝的課程設(shè)計(jì)、管線輸送的各種實(shí)驗(yàn)（沿程摩阻實(shí)驗(yàn)、水擊實(shí)驗(yàn)、輸送工況實(shí)驗(yàn)、排空實(shí)驗(yàn)、不滿流實(shí)驗(yàn)等）、輸油設(shè)備的操作實(shí)習(xí)、管線輸送的綜合實(shí)驗(yàn)等。
課程設(shè)計(jì)是由教師給學(xué)生提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)過的知識(shí)，獨(dú)立完成一條機(jī)動(dòng)管線的設(shè)計(jì)計(jì)算，提交設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算說明書。各種實(shí)驗(yàn)的組織方式依實(shí)驗(yàn)本身的性質(zhì)不同而異，有所不同，有些安排在課程教學(xué)中進(jìn)行，有些則安排專門的實(shí)驗(yàn)課。設(shè)備操作實(shí)習(xí)、管線輸送綜合實(shí)驗(yàn)安排集中周實(shí)施。
本課程實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容多，學(xué)時(shí)較少。2008年之前，實(shí)驗(yàn)條件主要是實(shí)際設(shè)備和屬于物理模擬的管線系統(tǒng)，實(shí)踐教學(xué)的效果不夠理想。屬于驗(yàn)證性、演示性的實(shí)驗(yàn)（比如管線沿程摩阻、不滿流實(shí)驗(yàn)），能夠達(dá)到教學(xué)的要求；對(duì)于設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作多、時(shí)間長，實(shí)驗(yàn)的效果難以完全達(dá)到要求；用實(shí)際管線設(shè)備進(jìn)行的綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分布在不同的崗位，許多實(shí)驗(yàn)過程沒有實(shí)際體會(huì)，能力的鍛煉有局限性；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)只是極少數(shù)學(xué)生有可能在課外進(jìn)行。
分析實(shí)踐教學(xué)狀況，可以看出：驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)在實(shí)踐教學(xué)中扮演主要角色；設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)沒有得到足夠的重視，停留在傳統(tǒng)的方法上；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)還不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力；綜合性實(shí)驗(yàn)更多的是形式，研究得不夠。
3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)[2-5]
按照“虛實(shí)結(jié)合、互為補(bǔ)充、綜合運(yùn)用、注重創(chuàng)新”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，經(jīng)過多年的建設(shè)，構(gòu)建了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)（圖1）。
一是采用物理模擬的手段，建設(shè)了一條長度為3.2 km的小口徑管線系統(tǒng)，設(shè)置多個(gè)調(diào)速泵站，工藝流程與實(shí)際管線相同。既可用水代油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、便于管理、確保安全，又能用實(shí)際油品實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行輸油工況特別是不同油品的順序輸送研究。建設(shè)了一個(gè)供油裝備性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，能夠進(jìn)行各種輸油設(shè)備、器材、儀表的性能實(shí)驗(yàn)。
二是運(yùn)用模擬仿真技術(shù)，構(gòu)建機(jī)動(dòng)管線模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。將管輸動(dòng)態(tài)分析運(yùn)用于輸油模擬實(shí)驗(yàn)，真實(shí)反映管線系統(tǒng)流動(dòng)狀態(tài)變化的全過程，開發(fā)了工藝設(shè)計(jì)、輸油仿真、調(diào)度指揮、泵站監(jiān)控等軟件。可以根據(jù)需要設(shè)置不同長度、不同起伏狀況的虛擬管線，進(jìn)行各種工況的模擬實(shí)驗(yàn)。建設(shè)了油料器材、設(shè)備仿真實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建了仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)了軟件，為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)、研究和創(chuàng)新的環(huán)境。
三是研制了以機(jī)動(dòng)管線制式輸油設(shè)備為原型的輸油泵機(jī)組、供油泵機(jī)組半實(shí)物模擬器。模擬器儀表、指示燈、操作手柄的布局與實(shí)物相同，所有操作與實(shí)物一致，既能夠進(jìn)行輸油泵機(jī)組、供油泵機(jī)組的使用操作訓(xùn)練，又能與模擬軟件構(gòu)成完整的模擬實(shí)驗(yàn)管線系統(tǒng)，進(jìn)行輸油調(diào)度、情況處置的實(shí)驗(yàn)。
四是配齊了能夠鋪設(shè)10 km管線，開設(shè)四個(gè)泵站、兩個(gè)計(jì)量站的機(jī)動(dòng)管線管子、器材和設(shè)備，為學(xué)生進(jìn)行綜合輸油實(shí)踐提供了物資基礎(chǔ)。
4 教學(xué)實(shí)踐
2009年以來，在教學(xué)實(shí)踐中運(yùn)用已建成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)輸油管線系列課程的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革與探索，取得較好的效果。
用虛擬管線對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化 課程設(shè)計(jì)階段，學(xué)生分成若干個(gè)小組，3～5人為一組，教師給學(xué)生提供課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。先由學(xué)生獨(dú)立完成一條機(jī)動(dòng)管線的有關(guān)計(jì)算、流程設(shè)計(jì)、泵站布置、排空設(shè)計(jì)等，形成初步設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)說明書；再分組將每人所設(shè)計(jì)的機(jī)動(dòng)管線系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)參數(shù)構(gòu)建虛擬管線，進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證和設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，討論并找出設(shè)計(jì)中存在的不足和問題；第三步是每位學(xué)生修改完善自己的課程設(shè)計(jì)。此做法既加深了學(xué)生對(duì)管線設(shè)計(jì)內(nèi)容的理解，熟練掌握設(shè)計(jì)方法，又學(xué)會(huì)了利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輸油管線設(shè)計(jì)的方法。
用物理模擬系統(tǒng)進(jìn)行輸油設(shè)備性能實(shí)驗(yàn)
一是結(jié)合理論課的教學(xué)進(jìn)度，分別進(jìn)行管線輸油的有關(guān)單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。比如利用小口徑管線系統(tǒng)進(jìn)行管線沿程摩阻、開式和閉式輸送方式等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，長陡下坡線路不滿流、氣頂液排空等演示性實(shí)驗(yàn)等。利用供油裝備性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行閥門流通能力、流量計(jì)檢測(cè)精度等實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)的過程中，使學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器的使用，熟練掌握實(shí)驗(yàn)方法，能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。
二是進(jìn)行管線輸送的綜合實(shí)驗(yàn)。綜合實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，8～10人為一組，學(xué)生擔(dān)任不同的角色、崗位輪換進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。按照管線輸送的程序，主要進(jìn)行管線充油、輸送、典型工況變化、停輸、排空的實(shí)驗(yàn)，人為造成輸送過程中管線水擊、位置固定的線路泄漏等實(shí)驗(yàn)。每組學(xué)生實(shí)驗(yàn)前提出實(shí)驗(yàn)方案，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
用模擬器進(jìn)行輸油設(shè)備的操作訓(xùn)練 機(jī)動(dòng)管線泵機(jī)組由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸油中采用改變泵轉(zhuǎn)速的方法進(jìn)行輸油壓力調(diào)節(jié)，泵機(jī)組的操作水平直接影響管線輸送的穩(wěn)定性和安全性，因此，學(xué)生應(yīng)當(dāng)熟練掌握泵機(jī)組的操作。實(shí)物操作練習(xí)的效果好，但準(zhǔn)備時(shí)間長、油耗高、易損壞設(shè)備和儀表，且受天氣、場地等條件限制，訓(xùn)練效益較低。泵機(jī)組模擬器（圖2）研制成功后，在教學(xué)實(shí)施時(shí)，先讓每個(gè)學(xué)生在模擬器上進(jìn)行操作練習(xí)，操作熟練后再動(dòng)用實(shí)物練習(xí)。這種虛實(shí)結(jié)合的操作訓(xùn)練，有效地增強(qiáng)了訓(xùn)練效果，節(jié)省了經(jīng)費(fèi)。
用管線模擬系統(tǒng)進(jìn)行輸送工況實(shí)驗(yàn) 利用小口徑管線系統(tǒng)進(jìn)行管線輸送實(shí) 驗(yàn)，雖然可以使學(xué)生掌握管線輸送的基本情況，鞏固理論課學(xué)過的知識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，但是該管線系統(tǒng)站距較短，遠(yuǎn)小于實(shí)際管線，所輸送的液體不可壓縮，壓力波沿管線傳播的時(shí)間與實(shí)際管線相差較大，因此，管線輸送中的特殊工況（比如最常見的線路任意位置泄漏）在物理模擬系統(tǒng)中難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
構(gòu)建包括泵站監(jiān)控、輸油調(diào)度、系統(tǒng)仿真、訓(xùn)練考核等軟件和泵機(jī)組模擬器的機(jī)動(dòng)管線模擬訓(xùn)練系統(tǒng)（見圖3），采用真實(shí)的數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬管線，設(shè)置虛擬情況進(jìn)行與實(shí)際相同的輸送作業(yè)，進(jìn)行各種輸送工況的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生8～10人為一組，其中兩人擔(dān)任輸油調(diào)度，負(fù)責(zé)設(shè)置實(shí)驗(yàn)工況，其他人在不同崗位進(jìn)行操作，學(xué)生崗位輪換。學(xué)生也可以利用軟件，獨(dú)立進(jìn)行管線輸送的計(jì)算機(jī)模擬訓(xùn)練。學(xué)生可以應(yīng)用管線模擬系統(tǒng)，探討所感興趣的問題，驗(yàn)證學(xué)過的輸油工況變化規(guī)律、運(yùn)行自己編寫的有關(guān)計(jì)算機(jī)程序。
實(shí)物實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)互為補(bǔ)充，克服了以短管線代替長管線實(shí)驗(yàn)所造成的數(shù)據(jù)失真問題，泵站操作和輸油調(diào)度緊密結(jié)合，訓(xùn)練與實(shí)操無縫銜接，提高了實(shí)驗(yàn)的針對(duì)性、有效性。
用機(jī)動(dòng)管線輸油裝備進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)物綜合實(shí)驗(yàn)單獨(dú)安排，集中一周的時(shí)間進(jìn)行，重點(diǎn)練習(xí)管線各種地形的鋪設(shè)、穿跨越障礙、泵站開設(shè)和輸送中的配合作業(yè)；檢驗(yàn)課程理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)的學(xué)習(xí)情況，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；研究、探討管線輸送中出現(xiàn)的新情況、新問題；學(xué)習(xí)新研裝備、新開發(fā)軟件的使用。
用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，始終注意培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。在理論教學(xué)中，把不同的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)介紹給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題；實(shí)踐教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生在完成必須完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)的基礎(chǔ)上，利用各種實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行探索實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新研究，并取得明顯的成效。比如，利用供油裝備性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，填補(bǔ)了多項(xiàng)國外引進(jìn)油料器材的性能參數(shù)；進(jìn)行了新研輸油器材的探索實(shí)驗(yàn)，為確定其技術(shù)指標(biāo)提供了數(shù)據(jù)支撐。利用油料器材、設(shè)備仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)閥門的現(xiàn)場維修，提出了改進(jìn)方案；對(duì)水底裸管鋪設(shè)穿越河流進(jìn)行模擬仿真，提出了新的穩(wěn)管方法，獲國家發(fā)明專利；利用管線模擬仿真系統(tǒng)，提出了不同口徑機(jī)動(dòng)管線配合使用的技術(shù)方案。
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)除了在課內(nèi)安排一些學(xué)時(shí)外，更多的是學(xué)生利用課外時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在教師的指導(dǎo)下，單個(gè)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)或興趣小組專題實(shí)驗(yàn)，課外實(shí)驗(yàn)要提前預(yù)約。幾年的教學(xué)實(shí)踐表明，這種實(shí)踐教學(xué)方法對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情、探索的欲望，提升創(chuàng)新的信心和勇氣，培養(yǎng)嚴(yán)肅的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，提高創(chuàng)新能力有顯著的作用。
5 結(jié)語
虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，將流體機(jī)械、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬仿真等融為一體，充分發(fā)揮實(shí)物實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)各自的特點(diǎn)和優(yōu)長，互為補(bǔ)充，為實(shí)踐教學(xué)提供了豐富的手段，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的問題，對(duì)培養(yǎng)和提高學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?chuàng)新能力發(fā)揮了重要作用，幾年的教學(xué)實(shí)踐充分證明這一點(diǎn)。隨著教學(xué)改革的不斷深入，應(yīng)進(jìn)一步深入開展實(shí)踐教學(xué)的研究，探索規(guī)律，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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