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【關(guān)鍵詞】第三方物流 教學軟件 實訓項目 課程設(shè)計
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674－4810（2012）03－0003－02
21世紀是信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，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，高職高專類學校必須順應(yīng)時代的發(fā)展，加大物流信息技術(shù)方面的教學力度，才能培養(yǎng)出現(xiàn)代物流人才。為提高物流技能教學質(zhì)量，廣州科技職業(yè)技術(shù)學院投資建設(shè)了物流軟件實訓室，并開發(fā)出適應(yīng)社會發(fā)展的物流教學軟件。要想有效地利用教學軟件，必須對課程進行合理的設(shè)計，本文就第三方物流實訓課程設(shè)計進行闡述。
一 實訓性質(zhì)與目的
1．性質(zhì)
在專業(yè)教學計劃中，本課程處于物流管理理論教學與專業(yè)實訓之間，是學生通過物流軟件的學習接受物流管理職業(yè)技能訓練的重要環(huán)節(jié)。
2．目的
通過對第三方物流軟件的操作與學習，使學生對第三方物流的實際運作流程有較深入的了解。將所學的物流知識與模擬實踐相結(jié)合，提高學生動手解決實際問題的能力，為學生將來進入社會和企業(yè)提供寶貴的實訓經(jīng)驗，培養(yǎng)合格的物流人才。
二 課程設(shè)計總體思路
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)、倉儲管理、運輸配送作業(yè)，讓學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第三方物流企業(yè)的流程。
三 實訓技能崗位設(shè)置
職能部門（技能崗位）：客服部（客服）、儲備部（理貨員、搬運工、保管員、分揀員、補貨員、包裝員）、流通加工部（加工員）、送貨部（調(diào)度員、駕駛員）、綜合部、財務(wù)部（會計）、安全部。
四 課程實訓項目設(shè)計
對第三方物流各技能點及第三方物流軟件進行分析、梳理和歸納，設(shè)計相應(yīng)的情景實訓項目。
1．基礎(chǔ)信息管理
項目1：資源（設(shè)備、人員、車輛）管理；項目2：路由管理；項目3：庫房管理。
2．客戶管理
項目4：客戶信息管理；項目5：項目客戶的貨品管理；項目6：客戶費用管理。
3．供應(yīng)商管理
項目7：供應(yīng)商檔案管理；項目8：供應(yīng)商信用管理；項目9：供應(yīng)商費用設(shè)置。
4．訂單管理
項目10：入庫訂單管理；項目11：出庫訂單管理；項目12：庫內(nèi)加工訂單管理；項目13：退貨入庫訂單管理；項目14：退貨出庫訂單管理；項目15：退貨加工訂單管理；項目16：運輸訂單管理；項目17：配送訂單管理；項目18：訂單查詢。
5．倉儲作業(yè)
項目19：入庫作業(yè)；項目20：倉儲管理；項目21：移庫作業(yè)；項目22：流通加工作業(yè)；項目23：出庫作業(yè)。
6．運輸與配送業(yè)務(wù)
項目24：運輸出港的調(diào)度和場站作業(yè)；項目25：運輸進港的調(diào)度與場站作業(yè)；項目26：運單補錄和運費復(fù)核；項目27：簽收與返單處理；項目28：運單查詢；項目29：配送作業(yè)。
7．商務(wù)結(jié)算
項目30：應(yīng)收應(yīng)付管理；項目31：現(xiàn)結(jié)現(xiàn)付管理。
8．綜合業(yè)務(wù)實訓
項目32：倉儲型配送中心作業(yè)流程實訓；項目33：流通型配送中心作業(yè)流程實訓；項目34：流通加工型配送中心作業(yè)流程實訓；項目35：中轉(zhuǎn)型配送中心作業(yè)流程實訓。
五 課時和內(nèi)容安排
總課時為112課時，分兩個階段進行。第一階段，單個業(yè)務(wù)的模擬，72課時；第二階段，讓學生扮演不同的角色，進行整個第三方物流企業(yè)業(yè)務(wù)流程的實訓，40課時。
第一階段：學生以個人為單位，對第三方物流企業(yè)的各個業(yè)務(wù)模塊進行模擬。了解系統(tǒng)的功能、構(gòu)成及其之間的關(guān)系，進行實際操作練習。實訓內(nèi)容為：實訓項目1～實訓項目31。
第二階段：將實訓學生分組，并分配不同角色模擬第三方物流公司的業(yè)務(wù)運作，將實訓崗位設(shè)置為：系統(tǒng)管理員、客服（訂單錄入）、搬運工（出入庫反饋）和運輸配送調(diào)度員。實訓內(nèi)容為：實訓項目32～實訓項目35。
六 實訓成果要求
通過對第三方物流軟件的操作與學習，使學生深入了解第三方物流的實際運作流程。將所學的物流知識與模擬實踐相結(jié)合，提高學生動手解決實際問題的能力，為學生將來進入社會和企業(yè)提供寶貴的實訓經(jīng)驗，培養(yǎng)合格的物流人才。
七 實訓成績考核及評定標準
第一，實訓結(jié)束后，學生將實訓結(jié)果等內(nèi)容寫入實訓報告，報告應(yīng)符合實訓教學的要求，并得到指導(dǎo)教師認可。
第二，指導(dǎo)教師對每份實訓報告進行審閱、評分。
第三，根據(jù)軟件系統(tǒng)的測評分數(shù)并結(jié)合實訓報告的得分情況給出學生的實訓成績。
第四，該實訓課程內(nèi)容是對理論教學內(nèi)容的應(yīng)用與驗證，實訓課的成績記入課程平時成績。
八 第三方物流實訓情景項目設(shè)計范例
項目19：入庫作業(yè)。
1．實訓任務(wù)
以倉儲調(diào)度員或信息管理員的身份，對入庫作業(yè)計劃指定儲位、作業(yè)資源，打印出儲位分配單、入庫單，能夠查詢作業(yè)明細。
2．實訓步驟
第一，新增入庫單。在【訂單管理】【訂單錄入】【訂單錄入】下點擊【新增】；出現(xiàn)新界面后，選擇入庫訂單，點擊【確定】，分別對訂單信息、訂單入庫信息及訂單貨品進行維護。在訂單信息界面，錄入如下信息。如：
客戶名稱：飛遠運達；緊急程度：一般；單來源：電話；下達時間：當天。
在訂單入庫信息界面，錄入如下信息。如：
庫房：第一號庫；入庫方式：送貨；入庫類型：正常入庫；預(yù)計入庫時間：后天。
在訂單貨品界面，點擊【添加貨品】，數(shù)量是10臺。最后，點擊【保存訂單】即可。
第二，生成作業(yè)計劃。選中剛才新增的訂單，點擊【生成作業(yè)計劃】，在彈出的界面，點擊【確認生成】。
第三，入庫調(diào)度。在【倉儲管理】【入庫作業(yè)】【入庫預(yù)處理】下，選中剛才的訂單，點擊【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)和儲位編碼中選擇要上架貨品的儲位編碼。如：
貨品編碼：000050150；貨品名稱：輪胎；數(shù)量：10；區(qū)和儲位編碼：根據(jù)之前生成的編碼進行選擇。
然后點擊【打印儲位分配單】，打印出儲位分配單，點擊【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)倉儲實際情況對作業(yè)資源進行維護。
最后，點擊【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)，點擊【作業(yè)計劃單反饋】，分別對理貨、上架等進行反饋，然后點擊【反饋完成】，完成入庫反饋作業(yè)。
3．實訓總結(jié)
第一，明確實訓任務(wù)的目的及要求。
第二，寫出實訓的具體過程。
第三，根據(jù)實訓步驟畫出實訓流程圖，將實訓結(jié)果等內(nèi)容寫入實訓報告。
第四，總結(jié)實訓體會，師生可提出改善建議進行討論。
參考文獻
【關(guān)鍵詞】電力調(diào)度與規(guī)劃；教學；研究
0 引言
《電力調(diào)度與規(guī)劃》是“電力系統(tǒng)自動化技術(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)學生對電力系統(tǒng)調(diào)度的認識與規(guī)劃設(shè)計能力，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》、《電力系統(tǒng)分析》、《繼電保護》等課程為前導(dǎo)課程，其后續(xù)課程為《畢業(yè)設(shè)計》和《畢業(yè)頂崗實習》。
1 課程目標
本課程是與現(xiàn)代電力生產(chǎn)運行緊密聯(lián)系的一門課程，其目標如表1：
表1 課程目標表
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，為使學生能做好調(diào)度與規(guī)劃工作，本課程設(shè)計了11個學習情境，各學習情境呈遞進關(guān)系；在教學實施中，將其進一步分解成49個學習型工作任務(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 教學實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調(diào)度的內(nèi)容進行補充，詳細講解，督促學生做好筆記。
2）本課程的專業(yè)理論性和實踐性極強，除了要求學生具有足夠好的專業(yè)知識外，還要求學生具有很強的數(shù)學計算能力與計算機編程能力，所以用計算機模擬仿真實施難度較大，學生難以理解和掌握，因此只給學生講解規(guī)劃設(shè)計的實例，并讓學生根據(jù)給出的原始資料進行規(guī)劃設(shè)計。
3）由于綜合了多門課程的專業(yè)知識，對學生的整體素質(zhì)要求較高，屆時要根據(jù)學生的實際情況有針對性的下發(fā)規(guī)劃項目的內(nèi)容加以練習。
4 總結(jié)
《電力調(diào)度與規(guī)劃》是開設(shè)在三年級第一期的課程，大多數(shù)學生對電力系統(tǒng)的調(diào)度與規(guī)劃并沒有一個完整的知識架構(gòu)，所學到的知識是有限且相互割裂的，本課程課構(gòu)建一個電力系統(tǒng)的運行與控制及其規(guī)劃等的較為完整的知識框架，并將《發(fā)電廠電氣部分》、《繼電保護》、《電力系統(tǒng)運行與控制》等專業(yè)課程聯(lián)系起來，使學生對電力系統(tǒng)的生產(chǎn)與運行有了更全面的概念，為實現(xiàn)零距離上崗打下堅實的基礎(chǔ)。
【參考文獻】
摘 要：深入理解計算機系統(tǒng)對提高計算機專業(yè)學生計算機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計能力具有重要意義。使學生深入理解計算機系統(tǒng)的重要途徑之一就是面向系統(tǒng)的計算機專業(yè)實踐教學體系建設(shè)。本文主要介紹東南大學面向系統(tǒng)的計算機專業(yè)實踐教學體系建設(shè)探索經(jīng)驗，以供相關(guān)教學研究人員借鑒。
關(guān)鍵詞：面向系統(tǒng)；實踐教學；課程設(shè)計；系統(tǒng)綜合
隨著計算機科學技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，計算機專業(yè)的學生如何提高競爭力，是計算機教育領(lǐng)域一個非常重要的研究課題。對計算機專業(yè)教育，一個非常重要的思路是分類培養(yǎng)[1]：培養(yǎng)將來計算機科學技術(shù)的研究人員和應(yīng)用計算機科學技術(shù)解決實際領(lǐng)域應(yīng)用問題的計算機應(yīng)用人員。對計算機科學技術(shù)研究人員，需要加強對計算機系統(tǒng)的理解，以更好地設(shè)計出新型計算機系統(tǒng)。對計算機應(yīng)用人員，若能對計算機系統(tǒng)深入理解，則可在計算機應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)時，充分利用計算機系統(tǒng)本身的特性，提高計算機應(yīng)用系統(tǒng)的性能。因此，讓學生深入理解計算機系統(tǒng)是計算機教育的重要內(nèi)容[2-3]。讓學生深入理解計算機系統(tǒng)，一個重要途徑就是探索面向系統(tǒng)的計算機專業(yè)實踐教學體系。
1 東南大學面向系統(tǒng)的計算機專業(yè)實踐教學體系
計算機系統(tǒng)包括硬件和軟件。對于硬件，其核心是CPU；對于軟件，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)。
對面向系統(tǒng)的專業(yè)實踐教學體系進行建設(shè)，東南大學的目標是加深學生對計算機系統(tǒng)的深入理解，希望學生在“做中學、學中研、研中創(chuàng)”，能設(shè)計自己的計算機系統(tǒng)；主要方法是強調(diào)三結(jié)合：理論與實踐相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、教學與科研相結(jié)合。
根據(jù)“強化基礎(chǔ)、軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)、面向應(yīng)
用、加強實踐”教學理念，東南大學形成了如圖1所示的面向系統(tǒng)的專業(yè)實踐教學體系。
該實踐教學體系以硬件系統(tǒng)綜合實踐和軟件系統(tǒng)綜合實踐為基礎(chǔ)，通過“計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計”課程加以綜合，通過學生科研實踐和畢業(yè)設(shè)計強化“面向系統(tǒng)”的理念。
硬件系統(tǒng)綜合實踐包括硬件實驗和接口實驗。硬件實驗主要是讓學生運用EDA技術(shù)、采用軟件設(shè)計一個指令集自定義的模型計算機，并下載到FPGA芯片，讓學生深入理解CPU結(jié)構(gòu)、會設(shè)計一個CPU。接口實驗主要包括存儲器擴展、定時器、串口、并口、中斷、A/D、D/A、DMA控制器、小型微機應(yīng)用系統(tǒng)的綜合設(shè)計與測試等實驗，通過實驗，學生能夠理解微機接口及其應(yīng)用技術(shù)。
軟件系統(tǒng)綜合實踐主要包括編譯原理課程設(shè)計、操作系統(tǒng)課程設(shè)計和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計。對編譯原理課程設(shè)計，要求學生能設(shè)計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)，加強學生對程序設(shè)計語言本質(zhì)和編譯軟件的理解，進一步提高程序設(shè)計能力、特別是大型軟件的設(shè)計能力。對于操作系統(tǒng)課程設(shè)計，要求學生在閱讀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，擴展一個新的調(diào)度算法；或者基于Java虛擬機，完成基于Java虛擬機的線程調(diào)度及請求頁式管理的Java實現(xiàn)，以加深學生對計算機操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，提高對操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析與擴展能力。對于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計[4]，通過設(shè)計一個小型的數(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際問題打下堅實的基礎(chǔ)，實驗內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、SQL語言解析與執(zhí)行以及索引優(yōu)化技術(shù)的實現(xiàn)。
對于計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計，從系統(tǒng)設(shè)計的角度，通過對SOC(片上系統(tǒng))的硬、軟件設(shè)計，將學生帶進計算機系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件綜合開發(fā)的領(lǐng)域，讓學生初步理解軟件、硬件協(xié)同設(shè)計，給學生一次綜合的訓練的機會，加深學生對計算機系統(tǒng)的理解。
2 典型實踐課程建設(shè)探索
這里主要介紹東南大學硬件實驗、編譯原理課程設(shè)計、操作系統(tǒng)課程設(shè)計、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計和計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計建設(shè)探索經(jīng)驗。
2.1 硬件實驗實踐課程
東南大學長期重視硬件教學。東南大學硬件課程群是江蘇省優(yōu)秀課程群。1985年，為了加強計算機組成原理的綜合實踐，我校開始獨立設(shè)置計算機硬件實驗實踐課程。硬件實驗實踐課程內(nèi)容是學生自己設(shè)計一個簡易的CPU，可以完成七條基本指令。學生通過這樣的實驗，初步改變了懼怕硬件的心理，在對課程充分理解的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計自己的CPU，不設(shè)條條框框，學生實驗完成情況令人滿意，改革初現(xiàn)成效。部分學生的課程設(shè)計在全國相關(guān)教學會議上被作為樣板，受到與會者的一致好評。由于課程建設(shè)成效顯著，“模型計算機系統(tǒng)課程設(shè)計”(硬件實驗)課程建設(shè)于1993年被評為東南大學教學改革成果二等獎。從1999年開始，我們探索在原有CPU設(shè)計基礎(chǔ)上增加接口部件，并將EDA技術(shù)引入到課程設(shè)計中，為開設(shè)“計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計”打下基礎(chǔ)。
經(jīng)過長期的建設(shè)，硬件實驗實踐課程目前將著眼于CPU的組織和嚴格的時空安排，著眼于計算機硬件系統(tǒng)的設(shè)計方法和基本電路的實現(xiàn)方法，由小型部件實驗和大型課程設(shè)計組成。課程目標是通過實驗，在理論與實踐相結(jié)合的基礎(chǔ)上，加深學生的整機概念，進一步弄清計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和時空關(guān)系，學會指令功能的電路實現(xiàn)方法和技巧，掌握運用EDA技術(shù)進行設(shè)計和調(diào)試的工作方法，提高學生自行設(shè)計、調(diào)試分析的獨立工作能力。
小型部件實驗用傳統(tǒng)的中小規(guī)模集成電路完成，使學生對運算器、存儲器、數(shù)據(jù)通路、總線等基本概念有感性認識，對數(shù)據(jù)流和控制流的關(guān)系、計算機主要部件的工作過程有較清楚的了解。
大型課程設(shè)計要求學生運用EDA技術(shù)，采用ALTERA公司的MAX+PLUSII軟件或Quartus II軟件，自己設(shè)計一臺指令功能完備的模型計算機，下載到本實驗系統(tǒng)提供的FLEX10K系列芯片上，并調(diào)試成功，最后通過檢查驗收程序，寫出報告。對于模型計算機設(shè)計，分為兩個層次：微程序控制的模型計算機設(shè)計與調(diào)試和復(fù)雜的模型計算機設(shè)計與調(diào)試。對于微程序控制的模型計算機設(shè)計與調(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)計一臺能夠?qū)崿F(xiàn)基本指令的微程序控制的模型計算機。對于復(fù)雜的模型計算機設(shè)計與調(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)計計算機硬件的能力，掌握用軟件工程的思想設(shè)計計算機硬件的工作方法及工作過程。
該課程不安排考試，學生成績以其學習態(tài)度、設(shè)計能力、實驗結(jié)果以及實驗報告情況評定。具體分配如下：學習態(tài)度10分，設(shè)計水平和實驗結(jié)果
60分(設(shè)計方案30分、實驗結(jié)果20分、創(chuàng)新10分)，實驗報告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、不及格評分。
2.2 編譯原理課程設(shè)計
編譯程序是重要的系統(tǒng)軟件，其設(shè)計理論基礎(chǔ)涉及形式語言與自動機理論。編譯程序設(shè)計的簡單方法是按照特定的程序設(shè)計語言描述規(guī)范進行相應(yīng)的詞法、語法分析和目標代碼生成。主要不足是程序設(shè)計語言描述規(guī)范發(fā)生改變時不能做快速適應(yīng)。因此，在編譯程序設(shè)計時，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。為了使學生對Lex和Yacc的實現(xiàn)機理有深入的理解，東南大學從2005年開始獨立設(shè)置編譯原理課程設(shè)計實踐課程。
該課程的設(shè)計目的就是通過設(shè)計一個通用的能夠自動根據(jù)正規(guī)表達式生成詞法分析程序的工具程序SeuLex和一個通用的能夠根據(jù)上下文無關(guān)文法及其語義規(guī)則自動生成語法分析程序的工具程序SeuYacc，使學生深入理解編譯原理，為在大型軟件系統(tǒng)實踐中設(shè)計性能優(yōu)良的軟件系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。
SeuLex設(shè)計的主要內(nèi)容是給定一個語言的Lex完整描述，通過程序?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的正規(guī)表達式集分析、相應(yīng)非確定的有限自動機構(gòu)造、確定化和最小化；根據(jù)最小化的確定有限自動機生成對應(yīng)的詞法分析程序。對于SeuYacc設(shè)計，主要內(nèi)容是給定一個語言的Yacc完整描述，通過程序?qū)崿F(xiàn)對應(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)每個學生小組必做實驗和選做完成情況、實驗結(jié)果的正確性、選做實驗的數(shù)量和完成情況進行小組評分，作為該小組成員的最高得分；對小組內(nèi)各個成員評分，結(jié)合學生小組分工情況和組內(nèi)評價進行評分。
學生普遍認為，該課程設(shè)計對加強學生對編譯理論的理解、提高大型程序的設(shè)計能力具有重要作用。
2.3 操作系統(tǒng)課程設(shè)計
操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心軟件，對操作系統(tǒng)的深入理解，可幫助學生充分利用操作系統(tǒng)提供的功能，提高計算機應(yīng)用系統(tǒng)的效率，從而使學生能夠“做好應(yīng)用”，更進一步設(shè)計自己的操作系統(tǒng)軟件。
為了加深學生對計算機操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解，提高其對操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析與擴展能力，東南大學從2005年開始獨立設(shè)置操作系統(tǒng)課程設(shè)計實踐課程。
該課程主要是為學生將來在基于Linux的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)或在Java虛擬機上的軟件開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。
該課程提供兩類難度相當?shù)膶嶒?，學生可按照自己的興趣選做A類或者B類。
A類：本課程設(shè)計要求學生在閱讀Linux操作系統(tǒng)源代碼的基礎(chǔ)上完成兩個主要項目：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)用的工作機制，掌握擴展內(nèi)核功能的技術(shù)；在Linux2.4中修改調(diào)度程序的代碼，擴展一個新的調(diào)度算法。
B類：在Java虛擬機上完成兩個項目：基于Java虛擬機的線程調(diào)度；請求頁式管理的Java實現(xiàn)。
該課程考核根據(jù)每個學生小組必做實驗和選做完成情況、實驗結(jié)果的正確性、選做實驗的數(shù)量和完成情況進行小組評分，作為該小組成員的最高得分；對小組內(nèi)各個成員評分，結(jié)合學生小組分工情況和組內(nèi)評價進行評分。
學生普遍認為，通過該課程設(shè)計，對操作系統(tǒng)的理解有一個較大的提升，對構(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
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際問題打下堅實的基礎(chǔ)，東南大學利用在各種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)方面的長期科研積累，從2005年開始獨立設(shè)置數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)課程設(shè)計實踐課程，安排學生3～4人一組，分配角色，不限機時，遵循軟件工程的要求自行設(shè)計并實現(xiàn)一個麻雀雖小、五臟俱全的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MyDBMS，通過實踐，使學生更加透徹地理解數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本原理和內(nèi)部實現(xiàn)技術(shù)。
該課程實驗將分為兩大部分：一是數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)；二是SQL語言解析與執(zhí)行，以及索引優(yōu)化技術(shù)的實現(xiàn)。對于數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理系統(tǒng)實驗，主要是實現(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)；對于SQL語言解析與執(zhí)行實驗，主要實現(xiàn)標準SQL語言的解析，以及執(zhí)行控制模塊；對索引優(yōu)化技術(shù)實驗，主要實現(xiàn)B+樹索引結(jié)構(gòu)并優(yōu)化。
該課程考核根據(jù)每個學生小組必做實驗和選做完成情況、實驗結(jié)果的正確性、選做實驗的數(shù)量和完成情況進行小組評分，作為該小組成員的最高得分；對小組內(nèi)各個成員評分，結(jié)合學生小組分工情況和組內(nèi)評價進行評分。
從教學實際情況來看，絕大多數(shù)學生都能按要求完成任務(wù)，學生普遍反映雖然很辛苦，但收獲很大。該實踐課程所依據(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)項目。
2.5 計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計
計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計是軟件綜合實踐和硬件綜合實踐的集成，要求學生從CPU 設(shè)計、接口設(shè)計到BIOS設(shè)計、匯編器設(shè)計、編譯程序設(shè)計和應(yīng)用示范程序設(shè)計，需要軟硬綜合。東南大學從2003年開始探索計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計實踐課程建設(shè)。
2003年，東南大學按照計算機專業(yè)課程群的總體大綱，以及“軟硬結(jié)合、立足系統(tǒng)”的教學指導(dǎo)思想，參考加州大學伯克力分校以及日本法政大學的課程設(shè)計實踐的經(jīng)驗，獨立設(shè)置了“計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計”實踐課程，將“計算機系統(tǒng)綜合課程設(shè)計”定位在采用EDA、OO(面向?qū)ο?、SOPC等技術(shù)，綜合軟硬件實踐，形成小型嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計目標。將學生5～6人分為一組，設(shè)計內(nèi)容包括嵌入式CPU設(shè)計、接口電路設(shè)計、BIOS設(shè)計、編譯器設(shè)計、簡單應(yīng)用程序設(shè)計等，真正將學生帶進計算機系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計與開發(fā)領(lǐng)域，讓學生得到一次全面綜合的實踐訓練。
該課程硬件部分實驗是設(shè)計一個可運行指定的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。實驗要求包括處理器采用哈佛結(jié)構(gòu)，有獨立的2KB的指令存儲器和2KB的數(shù)據(jù)存儲器；具有2個中斷源入口，兩級中斷優(yōu)先級(可選)；具有2個16位定時/計數(shù)器；具有一個4×4鍵盤控制器和4位7段LED控制器；具有一個簡單UART串行通信控制器或一個SCI串行通信控制器；具有看門狗功能(可選)；用不同的方法實現(xiàn)移位指令，并分析對主頻和功耗上的影響(可選)；增加乘法器、除法器、標志寄存器等(可選)。
該課程軟件部分實驗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)；含有硬件各部件測試程序；MiniC編譯器(可選)；集成開發(fā)環(huán)境IDE的設(shè)計(可選)；含有一個應(yīng)用程序范例(可選)。
在多年的課程設(shè)計中，學生們不僅完成了簡單的SoC設(shè)計，更不斷進取，分別完成了流水型、超標量型、帶分支預(yù)測的流水、帶指令預(yù)取的流水、雙核等多種先進的設(shè)計。2005級學生的課程設(shè)計成果MiniSys IDE已作為東南大學硬件基礎(chǔ)課的實驗工具。2006級學生嘗試了增加鼠標、黑白液晶屏、彩色液晶屏、步進電機、點陣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。該課程于2009年成為教育部―Intel精品課程。
3 保證實踐教學效果的建議
實踐教學對提高學生的能力和素質(zhì)具有重要作用，但教學工作量較大，需要教師有很大的投入，才能保證教學效果。東南大學為了保證實踐教學效果，首先從實驗實踐教學考核政策上予以傾斜，學校實驗教學與技術(shù)崗位編制中，充分考慮實驗室建設(shè)與實驗教學改革的需要，重點建設(shè)的實驗中心，改革與建設(shè)編制崗位數(shù)所占的比例可以達到中心實驗技術(shù)崗位的20%以上。
另外，針對獨立設(shè)置的課程設(shè)計[5-6]，有如下建議。
1) 任務(wù)布置階段，因人而異，避免一刀切：對基礎(chǔ)較差的學生――給出基本任務(wù)要求，鼓勵學生向更高目標走，絕不降低基本要求；對于大多數(shù)學生――給出的任務(wù)比基本要求略高，鼓勵他們多進行討論，讓這部分學生能“吃飽吃好”；對于能力強的學生――讓他們自行組織討論，充分發(fā)揮能動性，提出自己的方案，可以四個不限定(不限定學生設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)，不限定學生具體實施設(shè)計的步驟，不限定最終的目標與驗證方法，不限定學生實施自己設(shè)計的時間和地點)，大大提高學生的學習興趣。
2) 任務(wù)執(zhí)行階段，做到教師全程跟蹤：對于基礎(chǔ)差的學生――講清楚基本原理和設(shè)計中要注意的關(guān)鍵問題，必要時給這部分學生補一點基礎(chǔ)的知識；大多數(shù)學生――引導(dǎo)學生能夠更為完善地完成設(shè)計，并在設(shè)計中或多或少地表現(xiàn)出一些自己的特色，這部分學生要多做一些啟發(fā)性的工作；能力強的學生――放手讓他們?nèi)プ龈鞣N探索性實驗，要經(jīng)常參加他們的討論，聽取他們的思路，并及時為他們提供有關(guān)的資料。
3) 任務(wù)驗收階段，采用招標式課程設(shè)計驗收方案：各組展示本組的設(shè)計，組長做總體性介紹；成員展示自己設(shè)計的特色；各組之間展開競爭和互評，用自己的最優(yōu)秀部分贏取驗收教師和其他組成員的好評。
4) 嚴把設(shè)計質(zhì)量關(guān)：杜絕抄襲現(xiàn)象；規(guī)范設(shè)計報告格式，提高設(shè)計報告質(zhì)量。
4 結(jié)語
提高學生系統(tǒng)認識能力對計算機專業(yè)學生具有重要意義。東南大學面向系統(tǒng)的計算機專業(yè)實踐教學體系建設(shè)探索經(jīng)驗表明，面向系統(tǒng)的綜合實踐很有必要，學生不僅加深了對計算機系統(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)。
當然，面向系統(tǒng)的綜合實踐對理論基礎(chǔ)不夠扎實的學生還具有較大難度。如何使所有學生均有很大的收獲，還需要不斷地探索。希望本文對相關(guān)教學研究人員有借鑒作用。
參考文獻：
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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 教學改革 課程設(shè)置
[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A
一、引言
在上個世紀七十年代前后，出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的概念，當時，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，隨著計算機技術(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，并有了強大的嵌入式開發(fā)平臺。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，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，其軟硬件可配置，對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格約束的一種專用系統(tǒng)。所使用的計算機為嵌入式計算機。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，可將計算機技術(shù)作為一種技術(shù)，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，計算機技術(shù)又經(jīng)常是一種核心技術(shù)。對一般用戶而言，嵌入式系統(tǒng)是透明的。
對于處于高速發(fā)展時期的嵌入式技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時代，嵌入式系列課程的教學也在各大院校中開展起來。要設(shè)置適應(yīng)社會需求的嵌入式技術(shù)人才，在設(shè)置嵌入式系列課程時，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習的課程是現(xiàn)在亟需解決的問題。
2.實驗教學環(huán)節(jié)設(shè)置
嵌入式技術(shù)對學生動手能力要求很高，而且嵌入式系統(tǒng)是軟硬件結(jié)合的產(chǎn)物，對學生能力要求很高，既要會硬件設(shè)計又要會軟件設(shè)計。
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：對應(yīng)通用計算機CPU。
（2）嵌入式微控制器：對應(yīng)用單片計算機。
（3）嵌入式DSP：應(yīng)用于數(shù)字信號處理，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)用層兩個層次。內(nèi)核僅提供基本功能，建立及管理進程，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)運行是指靠CPU在多個任務(wù)之間切換、調(diào)度，每個任務(wù)有優(yōu)先級。不同任務(wù)的優(yōu)先級不同，調(diào)度方式可分為三種方式：
（1）不可搶占式調(diào)度：一旦某個任務(wù)獲得CPU，就獨占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，當前運行的任務(wù)，隨時可讓位于優(yōu)先級更高的處于就緒態(tài)的任務(wù)。
（3）時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度：當兩個以上的任務(wù)，優(yōu)先級相同，一個進程在用完自已的時間片，就將cpu讓位于同優(yōu)先級的另一個進程。
嵌入式系統(tǒng)大多數(shù)OS采用優(yōu)先級不同時用搶占式和優(yōu)先級相同時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法。
4.硬實時系統(tǒng)與軟實時系統(tǒng)
一般嵌入式系統(tǒng)對時間要求較高，即要求在較短的時間內(nèi)，對提交的任務(wù)作出響應(yīng)，稱之為實時系統(tǒng)（μS級）。
硬實時系統(tǒng)對響應(yīng)時間有嚴格要求，軟實時系統(tǒng)可在較寬時間范圍內(nèi)完成。
5.內(nèi)存管理
用MMU，使用虛擬存儲器概念，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)MMU，從而采用實地址管理模式，這樣，存儲保護技術(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)中也在加強存儲管理，引入虛擬存儲器概念，引入MMU，同時也在加強存儲保護。
6.內(nèi)核加載方式
OS內(nèi)核既可在FLASH中運行，也可在片內(nèi)RAM中運行，一般而言，在片內(nèi)RAM中運行，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)。故在實際加載時，就存在兩種方式，一是在FLASH中直接運行；另一是運行在@FLASH中的加載程序，將內(nèi)核裝入片內(nèi)RAM，然后再運行裝入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，它與硬件平臺有關(guān)。
開發(fā)平臺分為宿主機與目標機。
（1）宿主機（一般用通用PC機）：主要功能是編譯、鏈接、定址，還進行調(diào)試期間的運行控制。
目標機（硬件平臺-目標板）：運行嵌入式軟件。
第一過程：用交叉編譯器。所謂交叉，是在一個計算機平臺，為另一個計算機平臺產(chǎn)生代碼的編譯器。
第二過程：鏈接，將所有目標程序鏈接為一個目標文件。
第三過程：定址，將目標文件分配到物理存儲器的相應(yīng)地址。
這一過程與目標機硬件結(jié)構(gòu)有關(guān)，即與各存儲器的起始地址有關(guān)。
（2）宿主機的調(diào)試功能
宿主機的第二個功能為支持調(diào)試目標機上的應(yīng)用程序。應(yīng)用交叉調(diào)試器，采用宿主機與目標機聯(lián)合調(diào)試。首先下載，將宿主機中的內(nèi)核及應(yīng)用程序下載至目標板；然后，分別對目標板源碼級、匯編級進行調(diào)試。
目標監(jiān)控器是對目標機上的應(yīng)用程序進行控制的，它事先被固化在FLASH中，宿主機與目標監(jiān)控器相聯(lián)接，完成調(diào)試控制過程，其步驟為：下載程序至目標板，控制其運行，并隨時檢測返回狀態(tài)[2]。
三、嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計
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》，《嵌入式Linux設(shè)計》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。通過這些課程的學習，使學生能夠獨立完成嵌入式系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件設(shè)計。
《嵌入式操作系統(tǒng)》主要介紹實時內(nèi)核原理、多個常用OS（UCOS、UCLinux、WIN CE、VXWorks、Nucleus）的比較、實時時效的分析與提高、實時OS的設(shè)計方案。
《嵌入式軟件設(shè)計》主要結(jié)合匯編、C（C++）、JAVA等語言的嵌入式實現(xiàn)精華，體現(xiàn)實時OS的移植，低、高級語言的集成應(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、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》涉及嵌入式Linux驅(qū)動程序的設(shè)計，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)動程序的編寫。在ARM Linux的中斷處理、BootLoader和內(nèi)核上電啟動過程。
為了更好的體現(xiàn)嵌入式門課的實用性，在課程之后配有一個為期兩周的課程設(shè)計《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程設(shè)計》。在前面實踐能力基礎(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)計實現(xiàn)相應(yīng)功能系統(tǒng)。提高了學生的實際動手能力與綜合能力。學生要將嵌入式操作系統(tǒng)移植到智能手機中，并在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，完善智能手機的功能。包括電話簿、記事本、日程、計算器、日歷和時間顯示、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）、手機攝像頭以及手機通訊功能（包括GPS通訊、GPRS通訊、紅外通訊、藍牙無線通訊等）。我校電子信息科學與技術(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新興的技術(shù)，所以無論從課程內(nèi)容設(shè)置、教學順序設(shè)置以及教學環(huán)節(jié)的配合都很不成熟，師資和實驗設(shè)備嚴重短缺。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，科學合理設(shè)置教學內(nèi)容、從實際出發(fā)調(diào)整教學順序、各教學環(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，針對嵌入式課程體系的建設(shè)，包括教學內(nèi)容的體系化建設(shè)和教學環(huán)節(jié)的體系化建設(shè)，是教學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，在課程設(shè)置別強調(diào)培養(yǎng)學生動手實踐的能力。以教師科研環(huán)境和專業(yè)實驗室為基地，開展課外學習方式培養(yǎng)學生的綜合實踐能力；知識講解與主流嵌入式系統(tǒng)實例結(jié)合，搞好課程教材體系的配套建設(shè)；配有課程設(shè)計，加強學時在工程設(shè)計方面的能力；多位教師授課，充分發(fā)揮每位教師優(yōu)勢，使新技術(shù)能貫穿在教學中；與學生實際相結(jié)合，對學生畢業(yè)找工作和再學習有很大幫助；設(shè)計了多種等級實驗，學生通過循序漸進設(shè)計能提高綜合設(shè)計實驗?zāi)芰Α?/p>
基于嵌入式系列課程的教學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、實驗教學到課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計統(tǒng)籌安排，形成一個整體，使學生的學習層次化、階梯化。建立嵌入式實驗平臺，提高學生參加相關(guān)競賽的積極性，培養(yǎng)學生對嵌入式相關(guān)課程的學習興趣，促進學生自學能力和解決問題能力的提高，突出學生的能力建設(shè)、知識探究和人格養(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)計人才，應(yīng)用開發(fā)人才，綜合性人才，培訓增加，工資待遇逐漸上升。技術(shù)發(fā)展趨勢要求方面：8位單片機到16位單片機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、智能家居等系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足于簡單的控制了，多個任務(wù)并發(fā)出現(xiàn)時，需要具有實時操作系統(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)消費類電子巨頭企業(yè)都面臨著人才嚴重短缺的挑戰(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我國嵌入式市場帶來新的生機與活力。
基金項目：本文系“北京市教委科技發(fā)展計劃面上項目”（項目編號：KM201110772018）的研究成果。
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關(guān)鍵字：操作系統(tǒng)課程設(shè)計；考核體系；考核環(huán)節(jié)；考核指標
中圖分類號：G642.0文獻標識碼：B
文章編號：1672-5913（2007）08-0045-04
計算機操作系統(tǒng)是與硬件直接相關(guān)的系統(tǒng)軟件，計算機中的關(guān)鍵性技術(shù)，它的設(shè)計與實現(xiàn)體現(xiàn)了程序設(shè)計與軟件工程的精髓[1]。計算機操作系統(tǒng)原理課程是計算機科學與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的核心課程之一，對理論與實踐要求都很高，歷來為計算機及信息學科所重視。操作系統(tǒng)課程設(shè)計正是該課程實踐環(huán)節(jié)的集中表現(xiàn)，不僅可使學生鞏固理論學習的概念、原理、設(shè)計、算法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時培養(yǎng)開發(fā)大型軟件所應(yīng)擁有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和軟件工程素養(yǎng)。對該課程考核體系的構(gòu)建可以促進學生設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)的全面提升。
1 操作系統(tǒng)課程實踐現(xiàn)狀分析
國內(nèi)外高校對操作系統(tǒng)課程的實踐環(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學期，設(shè)立理論、實踐環(huán)節(jié)來共同完成該課程的教學工作。實踐內(nèi)容主要分為模擬仿真型、解剖型或設(shè)計型。由于操作系統(tǒng)課程內(nèi)容的抽象性、復(fù)雜性，決定了許多學生在學完理論以后，對實踐環(huán)節(jié)感到束手無策；同時該課程內(nèi)容承上啟下，涉及以前學習的許多課程，如C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機組成原理等，要求學生有較強的綜合分析問題和設(shè)計的能力。課程的難度阻礙該課程的考核，實踐考核往往成為程序設(shè)計考核或算法編程考核，沒能成為有效促進操作系統(tǒng)學習的有力工具。一些院校在此方面進行了有益的改革與嘗試。北京大學根據(jù)MIT的開放課程經(jīng)驗和自己學生的特點，建立操作系統(tǒng)實驗室，提出了一套自己的試驗平臺和實驗體系，包括實習授課、進程控制、實習反饋等環(huán)節(jié)控制教學質(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、壓力測試等方法檢查進度控制好壞，達到促進學生學習的目的。南開大學提倡使用系統(tǒng)仿真的實驗環(huán)境加強學生理論聯(lián)系實際的能力，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)計是緊接操作系統(tǒng)原理課程的實驗型必修課，安排在上完理論課的下一學期。過去兩三年里，借鑒其他院校的經(jīng)驗，根據(jù)自己學生的生源特征和課程特點，本著“承上啟下、提高綜合能力”的宗旨，為提高學生的軟件設(shè)計能力、動手編程能力，摸索與總結(jié)了一些控制實踐課程質(zhì)量的方法。但也暴露出一些問題。（1）無法將操作系統(tǒng)理論與實踐結(jié)合起來。一些同學只為完成表面上的功能進行軟件設(shè)計與開發(fā)，沒有借鑒前人成果；（2）同學之間依賴性嚴重，加之Internet網(wǎng)提供的便利功能，一些同學出現(xiàn)網(wǎng)上拷貝，不勞而獲、渾水摸魚的現(xiàn)象；（3）缺少考核體系與測試環(huán)節(jié)。對原理課程的認識不足，缺少軟件工程的思想指導(dǎo)。實踐環(huán)節(jié)的軟件開發(fā)等同于以前的算法設(shè)計或編程，沒能突出該課程系統(tǒng)性的特點；（4）缺少分組協(xié)作能力、口頭表達能力、進程控制能力等方面的訓練，許多同學會做不會說、不會寫；能單獨開發(fā)，不會小組共同協(xié)作。
2操作系統(tǒng)課程設(shè)計考核體系構(gòu)建思路
學習評價是課程學習的一部分，能夠有效地促進課程學習。一個完整的課程考核體系應(yīng)該有過程性學習評價和終結(jié)性學習評價兩部分。針對本課程的現(xiàn)狀，考核體系應(yīng)具體解決如下問題：（1）量化考核指標；（2）量化考核每位同學的協(xié)作能力、分析解決問題能力。由于分組協(xié)作完成設(shè)計任務(wù)，給老師有效地分辨出每位同學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）體會軟件開發(fā)全過程。操作系統(tǒng)是計算機中管理軟硬件資源的系統(tǒng)軟件，其設(shè)計與實現(xiàn)的著眼點均是“一切為了用戶”的系統(tǒng)觀點。通過考核環(huán)節(jié)的設(shè)定，使沒出過校門，沒有實踐經(jīng)驗的學生，在校期間體會到軟件的開發(fā)過程。
與理論考核模式相比，實踐考核不僅注重結(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)計實踐現(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）堅持多樣化考核與多次考核機會相結(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?？己藘?nèi)容的選擇，既要體現(xiàn)和課程培養(yǎng)目標，又要有利于培養(yǎng)學生運用所學知識和技術(shù)分析問題和解決問題的能力。真正做到既考知識，又考能力（技能）和素質(zhì)。
（2）強調(diào)理論與實踐的結(jié)合。課程設(shè)計從題目的選擇到設(shè)計與實現(xiàn)，均應(yīng)借鑒前人成功的設(shè)計理念，采用或擴展已學過的算法和策略，考察將抽象的理論知識滲透到實踐設(shè)計的能力。
（3）根據(jù)課程設(shè)計考核改革模式，設(shè)計考核評測體系及考核評價指標。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，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，培養(yǎng)學生分工協(xié)作能力，進度控制能力。
本研究在總結(jié)我校前三屆學生課程設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，學習借鑒其他高校的成功經(jīng)驗，針對農(nóng)業(yè)院校學生的特點，突出內(nèi)容的系統(tǒng)性、設(shè)計性和可操作性的同時，本著綜合能力提高的宗旨，通過協(xié)作學習與模擬性學習相結(jié)合，設(shè)計出一套適合本校學生特點的學習考核模式，采用過程考核、技術(shù)考核、結(jié)果考核等多種形式建立實踐教學的考核評價體系（圖1），提高實踐環(huán)節(jié)的質(zhì)量，調(diào)動學生的學習熱情，“以考促學”，培養(yǎng)學生多元能力，為農(nóng)林類院校操作系統(tǒng)課程實踐考核趟出有益的道路。
3 考核評測體系的構(gòu)建
操作系統(tǒng)實踐教學的考核目標是在軟件工程思想指導(dǎo)下，提高大型軟件的分析設(shè)計能力，小組成員的分工協(xié)作能力，設(shè)計結(jié)果的分析測試能力。因此，考核體系的制定既要考慮理論知識與技能提高，又要加強團隊精神與素質(zhì)培養(yǎng)。本研究按照該課程實施過程中的五個步驟：明確目標――小組計劃――協(xié)作研究――分組測試――最終評價設(shè)立考核環(huán)節(jié)。
3.1 考核評測環(huán)節(jié)的建立
操作系統(tǒng)課程設(shè)計考核體系根據(jù)課程考核的指導(dǎo)原則和課程設(shè)計流程，本著科學合理，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)計考核、算法考核、測試考核、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)計考核針對課程設(shè)計的開始部分，檢查學生整體規(guī)劃和協(xié)作分工能力；算法考核主要考核每位學生的參與程度，具體實現(xiàn)措施；測試考核屬于對課程設(shè)計成果的檢查，是以往實踐考核的薄弱環(huán)節(jié)。該考核體系中強調(diào)測試，通過制訂組內(nèi)測試、組間測試和教師測試制度完成整體測試。具體測試過程是教師提供測試報告書格式及考核項目，組間成員按照對方提供的操作說明對軟件作品進行相互測試，并填寫測試報告，然后由教師組成的測試小組進行綜合性測試，給出測試評語。能力考核貫穿實踐的每個環(huán)節(jié)，通過學生制作PPT、口頭匯報并回答問題，考察語言表達能力、進度計劃實施情況及工作匯報能力。提優(yōu)考核是在課程設(shè)計結(jié)束后，針對部分優(yōu)秀的學生主動申請，通過撰寫小論文的形式體現(xiàn)。
3.2 考核評價指標的建設(shè)
考核測評環(huán)節(jié)是指導(dǎo)實踐考核的基礎(chǔ)，考核評價指標具體量化考核環(huán)節(jié)，是成績評定的依據(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)計是停課一周進行，時間安排在三年級下學期開學第一周。三年級上學期理論課結(jié)束后學生分組、選題，利用寒假時間準備資料，開學后完成具體實踐工作。課程設(shè)計的好壞很大程度取決于假期準備工作的好壞。為了有效考核學生準備工作和實踐情況，針對考核環(huán)節(jié)設(shè)定具體的匯報考核指標和測試報告考核指標。由教師和四年級優(yōu)秀學生組成考核小組，按照匯報考核指標打分，存檔源碼程序、可運行程序、測試報告和課程實踐報告，綜合測試報告考核指標給出課程設(shè)計的綜合成績。
（1）匯報考核指標
匯報考核如表2，屬于過程性考核，主要考查學生整體計劃，分工協(xié)作與進程控制能力，語言表達能力和幻燈匯報能力，有利于提高理工科學生的綜合素養(yǎng)。采用PPT幻燈形式，匯報時間穿插在實踐設(shè)計的過程中，是量化設(shè)計考核、算法考核和綜合能力的主要手段之一。同時，總結(jié)性匯報促進同學之間彼此交流成果與心得。
（2）測試報告考核指標
軟件測試是保證軟件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，測試考核指標的設(shè)立有助于建立良好的軟件測試觀，養(yǎng)成良好的測試習慣，為后續(xù)軟件工程課程的開設(shè)積累實踐經(jīng)驗。測試考核以測試報告的形式存檔，考核指標既要體現(xiàn)整體構(gòu)思，又要能夠促進被測試軟件的完善，有助于錯誤的發(fā)現(xiàn)與改進；同時，該項工作的開展是同學之間交流與學習的機會。核心測試指標如下：
理論依據(jù)是否充分。
功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、是否考慮充分。
算法正確性及容錯程度、算法性能情況，要求評測人用具體的測試數(shù)據(jù)進行說明。
用戶界面友好性、直觀性、易用性，并要求具體列舉。
總結(jié)評價該設(shè)計的優(yōu)缺點，具體描述特色與創(chuàng)新，并提出改進建議。
4 實踐與效果分析
4.1 操作系統(tǒng)課程設(shè)計的實踐
2005~2006學年第二學期，在我院院級實踐教學改革項目的資助下，計算機科學與技術(shù)系02級共63位同學分成20個小組，按照操作系統(tǒng)課程設(shè)計考核體系進行實踐。教師提供20道參考題目供學生選擇，同學也可根據(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)核的進程調(diào)度系統(tǒng)，也有圖形化動態(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同學組成考核小組，經(jīng)過三階段的匯報考核，組間測試考核，實踐報告考核，作品測試等考核，順利通過課程設(shè)計課程實踐。每組同學鞏固理論學習的同時，加強軟件設(shè)計與編程能力，整體素質(zhì)得到鍛煉與提高。每個小組提交軟件作品，其中5個小組提交提優(yōu)論文。圖2和圖3分別是課程設(shè)計學生作品樣例。
4.2 實踐效果
經(jīng)過一周的停課實踐，學生們普遍感覺加強了對操作系統(tǒng)理論的認識，同學之間的協(xié)作能力提高，自身的編程能力、系統(tǒng)設(shè)計能力及表達能力得到鍛煉和改善。通過課程設(shè)計考核體系的實施，使廣大學生在如下幾個方面得到了提升：
（1）協(xié)作學習能力普遍提高。每個小組非常重視三個階段的匯報，從查閱資料到幻燈結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和色彩都經(jīng)過仔細琢磨；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，加班加點工作。
（2）真實能力明顯提高。量化課程設(shè)計過程和考核指標，完善了過程監(jiān)督，有效地防止了學生實踐“做弊”現(xiàn)象，使所有學生的能力都得到一定鍛煉。
（3）提升綜合應(yīng)用知識的能力。操作系統(tǒng)模擬的許多題目，不僅涉及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時要求活學活用操作系統(tǒng)理論中的概念與方法。如，模擬內(nèi)存管理的設(shè)計中，為突出并發(fā)和共享特征，一些小組使用了多線程實現(xiàn)并發(fā)。另外，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中樹、鏈表以及Hash表的知識得到鞏固。
（4）計劃表達與交流能力提高。課程設(shè)計三個考核環(huán)節(jié)，將自己的成果展現(xiàn)給同學和老師，并且解答老師的提問，有助于老師與學生、學生與學生之間交流。老師可以及時發(fā)現(xiàn)問題，指導(dǎo)學生改進設(shè)計方案；學生也可在匯報過程展現(xiàn)自己，鍛煉語言表達能力，對于不善表達的理工科生來說是很好的鍛煉。此外，該考核方法使學生不敢懈怠，按時完成任務(wù)。
（5）學習主動性和創(chuàng)新性得到激發(fā)。課程設(shè)計的所有考核環(huán)節(jié)均開放式進行，學生在考核過程中可以相互對比，有效促進了比學趕超的學習熱情；考核壓力促進基礎(chǔ)薄弱的同學在基礎(chǔ)較好的同學帶動下進行主動學習。學生潛力得到很大發(fā)揮，不再局限于教學過程中所學知識，自學相關(guān)內(nèi)容，力圖將設(shè)計做到最好。
5 結(jié)束語
該套考核環(huán)節(jié)、方法和考核指標的建立，強化了操作系統(tǒng)原理的掌握，激發(fā)了學生學習熱情，提高了實際軟件設(shè)計、編程能力，培養(yǎng)了組織協(xié)作與團隊精神，為抽象理論課的實踐環(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驗階段，有待于進一步發(fā)展和完善。
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收稿日期：2006-9-14
資助項目：南京農(nóng)業(yè)大學信息技術(shù)學院院級教改項目的資助
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)大學信息學院，郵編：210095
關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);實驗設(shè)計;教學實踐
中圖分類號:G642 文獻標識碼: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,又要讓學生了解實際操作系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。操作系統(tǒng)實驗設(shè)計正是該課程實踐環(huán)節(jié)的集中表現(xiàn),不僅使學生鞏固理論學習的概念和原理,同時培養(yǎng)學生 的工程實踐能力。國內(nèi)很多大學都非常重視操作系統(tǒng)實驗設(shè)計,北京大學根據(jù)MIT課程,建立了自己的操作系統(tǒng)實驗體系;清華大學專門設(shè)置了操作系統(tǒng)專題訓練課程,以提高學生的工程實踐能力;南開大學提倡使用系統(tǒng)仿真的實驗環(huán)境加強學生理論聯(lián)系實際的能力;浙江大學提出了“邊學邊干”的操作系統(tǒng)教學理念。
北京航空航天大學計算機學院在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”專門進行操作系統(tǒng)實驗。本文將以MIT的操作系統(tǒng)課程設(shè)計為基礎(chǔ),介紹在操作系統(tǒng)課程設(shè)計中,讓學生自主開發(fā)一個小型教學操作系統(tǒng)。由于開發(fā)一個實際的操作系統(tǒng)難度和工作量很多,為了保證教學效果,我們首先為學生提供一個基礎(chǔ)系統(tǒng),該系統(tǒng)實現(xiàn)操作系統(tǒng)中最基本的部分。在此基礎(chǔ)上,學生可以再進一步擴充,實現(xiàn)一個完整的操作系統(tǒng)。將來可以與硬件課程進一步集成,將教學操作系統(tǒng)移植到學生自己開發(fā)的硬件平臺中。我們試圖通過操作系統(tǒng)作為紐帶,將計算機硬件與軟件結(jié)合起來,培養(yǎng)學生對計算機系統(tǒng)的整體認識。
1 目前存在的問題
在前幾年的教學實踐中,我們嘗試過Nachos、Minix、Linux和Windows四種不同類型的實驗,目前保留了Linux和Windows兩組實驗。每類實驗包含4組實驗,每個(組)同學選做一類實驗,并完成該類中全部4組實驗。Linux實驗包括“Yalnix Shell”、“虛擬存儲”、“作業(yè)控制系統(tǒng)”、“文件系統(tǒng)操作”或“模擬文件系統(tǒng)”(后面兩個實驗選做一個)。Windows2000/XP實驗包括“生產(chǎn)者消費者問題”、“Windows虛擬存儲器管理”、“NDIS協(xié)議驅(qū)動程序的分析與改進”、“虛擬磁盤的文件系統(tǒng)驅(qū)動程序設(shè)計”。
這兩組實驗與主流操作系統(tǒng)結(jié)合緊密,極大地提高了學生的專業(yè)技能。雖然這些實驗已經(jīng)在國內(nèi)一流院校中廣泛使用,但是仔細分析我們可以發(fā)現(xiàn),這些實驗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)教學水平,我們必須向國外研究型大學看齊,改進操作系統(tǒng)的課程設(shè)計。
2 國外主要研究性大學操作系統(tǒng)實驗
我們選擇了四所大學的操作系統(tǒng)實驗情況進行重點介紹。
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:學生每人用 C編寫一個簡單的、單內(nèi)核操作系統(tǒng)。所寫的操作系統(tǒng)在技術(shù)上等價現(xiàn)代的操作系統(tǒng)
實習項目:Kernel 1,Kernel 2,虛擬文件系統(tǒng),文件系統(tǒng),虛擬存儲
基礎(chǔ)系統(tǒng):Weenix
Princeton University
課程名稱:Operating Systems Fall 2006
實習項目:項目1:引導(dǎo)機制;項目2:非搶占式調(diào)度;項目3:搶占式調(diào)度;項目4:進程間通信與進程調(diào)度;項目5:虛存;項目6:文件系統(tǒng)
University of California at Berkeley
課程名稱:Operating Systems and System Programming Spring 2006
實習項目:工程為仿真MIPS平臺構(gòu)造操作系統(tǒng)有4個工程。工程1:線程管理;工程2:多道程序設(shè)計;工程3:高速緩存和虛擬存儲;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
實習項目:工程0:熟悉OS/161以及其運行環(huán)境System/161;工程1: 同步;工程2:系統(tǒng)調(diào)用和進程;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)
實習項目:工程1:啟動裝載過程;工程2:內(nèi)存管理;工程3:進程和上下文切換;工程4:Fork和進程間通信;工程5:簡單的文件系統(tǒng);工程6:編寫一個Shell
從上面的分析可以看出,這幾所大學操作系統(tǒng)實驗內(nèi)容豐富、難度大。這些大學都有同一個理念:要想學好操作系統(tǒng),最好的辦法就是自己編寫一個操作系統(tǒng)。因此,我們希望借鑒這些大學的實驗內(nèi)容,提高北航操作系統(tǒng)實驗難度。
3 操作系統(tǒng)實驗改進思路
隨著學校對課程建設(shè)的重視,很多課程,例如“程序設(shè)計”、“編譯原理”等課程的實驗有了很大改善,學生的動手能力也得到了進一步提高。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)計的條件。因此,在操作系統(tǒng)課程設(shè)計上,可以讓學生自主開發(fā)一個實際的小操作系統(tǒng)。
由于開發(fā)一個實際的操作系統(tǒng)難度和工作量很多,為了保證教學效果,我們準備采取循序漸進的、分層設(shè)計的方式,首先為學生提供一個基礎(chǔ)系統(tǒng),該系統(tǒng)實現(xiàn)操作系統(tǒng)中最重要、最基本的部分。在此基礎(chǔ)上,學生可以再進一步擴充,實現(xiàn)一個完整的操作系統(tǒng)。這種新的實驗?zāi)Ｊ皆诒ＷC教學效果的基礎(chǔ)上,有利于充分發(fā)揮學生創(chuàng)新潛能。
4 實驗設(shè)計
4.1 實驗內(nèi)容
我們調(diào)研了MIT、CMU等幾所著名高校的課程設(shè)計,決定以MIT的課程設(shè)計為基礎(chǔ),在操作系統(tǒng)課程設(shè)計上,讓學生自主開發(fā)一個實際的小操作系統(tǒng)。實驗包含6個部分,各個部分的相互關(guān)系如圖1所示,具體實驗內(nèi)容如下。
(1) 啟動和系統(tǒng)初始化:通過PC啟動的實驗,掌握硬件的啟動過程,理解鏈接地址、加載地址和重定位的概念,學習如何編寫位置無關(guān)代碼;通過實現(xiàn)setjmp和longjmp兩個函數(shù),掌握GCC的調(diào)用規(guī)范和硬件堆棧結(jié)構(gòu)。
(2) 內(nèi)存管理實驗:理解虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存的管理,實現(xiàn)操作系統(tǒng)對虛擬內(nèi)存空間的管理。
(3) 進程管理:通過設(shè)置進程控制塊和編寫進程創(chuàng)建、進程中止和進程調(diào)度程序,實現(xiàn)進程管理;編寫通用中斷分派程序和時鐘中斷例程,實現(xiàn)中斷管理。
(4) 系統(tǒng)調(diào)用:掌握系統(tǒng)調(diào)用的實現(xiàn)方法,理解系統(tǒng)調(diào)用的處理流程,實現(xiàn)本實驗所需的系統(tǒng)調(diào)用。
(5) 文件系統(tǒng):通過實現(xiàn)一個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)的實現(xiàn)方法和層次結(jié)構(gòu)。
(6) 命令解釋程序:實現(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,使之成為一個能夠運轉(zhuǎn)的操作系統(tǒng)。
4.2 實驗環(huán)境
選擇一個完整硬件仿真環(huán)境。我們準備根據(jù)當前流行的主流硬件,選擇開放源代碼項目bochs和GXemul作為仿真環(huán)境。另外建立一個完善的實驗環(huán)境,將操作系統(tǒng)實驗用到的各種軟件安裝在一個服務(wù)器上,為每個學生建立一個獨立的帳戶,學生可以在任意機器上遠程登錄到我們的服務(wù)器,完成實驗任務(wù)。
另外,操作系統(tǒng)的實驗需要與硬件課程實驗和編譯實驗進一步集成,學生可以將教學操作系統(tǒng)移植到學生自己開發(fā)的硬件平臺,并且運行學生自己開發(fā)的編譯器所編譯的程序。圖2描述了操作系統(tǒng)實驗各個部分與硬件的關(guān)系(該硬件環(huán)境詳見參考文獻)。圖3描述了操作系統(tǒng)實驗與編譯實驗和硬件實驗的關(guān)系。
4.3 目前已完成工作
目前已完成的工作:
(1) 建立了一個以GXemul為基礎(chǔ)的仿真環(huán)境,可以運行操作系統(tǒng),并實現(xiàn)操作系統(tǒng)的調(diào)試。
(2) 建立了一個以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) 六個實驗已經(jīng)可以在仿真器上運行(見圖4)。
5 經(jīng)驗總結(jié)與下一步工作
2006年,我選了一個學生以這個操作系統(tǒng)實驗作為畢業(yè)設(shè)計題目,硬件平臺為x86,他當時完成了4個實驗。2007年在計算機學院組織下我們選了6名學生將該實驗在一學期內(nèi)移植到了MIPS仿真平臺。通過這些實踐,我們發(fā)現(xiàn)對于本科生這些實驗難度還是太大,很難完成6個實驗。因此,我們下一步需要采取循序漸進、分層設(shè)計的方式,進一步簡化實驗,多給學生提供一些示例代碼,編寫詳細的實驗文檔和實驗指導(dǎo)手冊。
參考文獻:
[1] 陳向群. 操作系統(tǒng)實習教學經(jīng)驗[R]. 全國第八屆操作系統(tǒng)課程教學研討會,2005.
1 引言
輸油管線課是油氣儲運工程專業(yè)的主干課。管線設(shè)計和輸送工藝是該課程的核心內(nèi)容，要求學生掌握輸油管線的設(shè)計方法，具備基本的設(shè)計能力；掌握管線運行的基本知識，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動管線兩部分，二者既有相同之處，也有所區(qū)別。對于機動輸油管線來說，輸油時臨時地面鋪設(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[1]。課程的理論課教學，精講管線輸油的基本原理、工藝設(shè)計計算、各種工況的分析判斷方法等內(nèi)容，通過課程設(shè)計、實驗、實習鞏固所學的理論知識、分析方法，并探討研究尚無定論的問題。幾年的實踐表明，課程理論教學與課程設(shè)計、實驗、實習相結(jié)合，是提高教學質(zhì)量的有效途徑。
2 實踐教學分析
輸油管線課實踐教學的內(nèi)容比較豐富，包括針對管線工藝的課程設(shè)計、管線輸送的各種實驗（沿程摩阻實驗、水擊實驗、輸送工況實驗、排空實驗、不滿流實驗等）、輸油設(shè)備的操作實習、管線輸送的綜合實驗等。
課程設(shè)計是由教師給學生提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，學生運用所學過的知識，獨立完成一條機動管線的設(shè)計計算，提交設(shè)計圖紙和計算說明書。各種實驗的組織方式依實驗本身的性質(zhì)不同而異，有所不同，有些安排在課程教學中進行，有些則安排專門的實驗課。設(shè)備操作實習、管線輸送綜合實驗安排集中周實施。
本課程實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容多，學時較少。2008年之前，實驗條件主要是實際設(shè)備和屬于物理模擬的管線系統(tǒng)，實踐教學的效果不夠理想。屬于驗證性、演示性的實驗（比如管線沿程摩阻、不滿流實驗），能夠達到教學的要求；對于設(shè)計性、研究性實驗，由于實驗準備工作多、時間長，實驗的效果難以完全達到要求；用實際管線設(shè)備進行的綜合性實驗，學生分布在不同的崗位，許多實驗過程沒有實際體會，能力的鍛煉有局限性；創(chuàng)新性實驗只是極少數(shù)學生有可能在課外進行。
分析實踐教學狀況，可以看出：驗證性、演示性實驗在實踐教學中扮演主要角色；設(shè)計性、研究性實驗沒有得到足夠的重視，停留在傳統(tǒng)的方法上；創(chuàng)新實驗還不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力；綜合性實驗更多的是形式，研究得不夠。
3 實驗教學平臺建設(shè)[2-5]
按照“虛實結(jié)合、互為補充、綜合運用、注重創(chuàng)新”的實驗教學理念，經(jīng)過多年的建設(shè)，構(gòu)建了虛實結(jié)合的實驗教學平臺（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)置多個調(diào)速泵站，工藝流程與實際管線相同。既可用水代油進行實驗，以節(jié)約實驗經(jīng)費、便于管理、確保安全，又能用實際油品實驗，進行輸油工況特別是不同油品的順序輸送研究。建設(shè)了一個供油裝備性能檢測實驗室，能夠進行各種輸油設(shè)備、器材、儀表的性能實驗。
二是運用模擬仿真技術(shù)，構(gòu)建機動管線模擬訓練系統(tǒng)。將管輸動態(tài)分析運用于輸油模擬實驗，真實反映管線系統(tǒng)流動狀態(tài)變化的全過程，開發(fā)了工藝設(shè)計、輸油仿真、調(diào)度指揮、泵站監(jiān)控等軟件?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)置不同長度、不同起伏狀況的虛擬管線，進行各種工況的模擬實驗。建設(shè)了油料器材、設(shè)備仿真實驗室，構(gòu)建了仿真實驗平臺，開發(fā)了軟件，為學生提供了學習、研究和創(chuàng)新的環(huán)境。
三是研制了以機動管線制式輸油設(shè)備為原型的輸油泵機組、供油泵機組半實物模擬器。模擬器儀表、指示燈、操作手柄的布局與實物相同，所有操作與實物一致，既能夠進行輸油泵機組、供油泵機組的使用操作訓練，又能與模擬軟件構(gòu)成完整的模擬實驗管線系統(tǒng)，進行輸油調(diào)度、情況處置的實驗。
四是配齊了能夠鋪設(shè)10 km管線，開設(shè)四個泵站、兩個計量站的機動管線管子、器材和設(shè)備，為學生進行綜合輸油實踐提供了物資基礎(chǔ)。
4 教學實踐
2009年以來，在教學實踐中運用已建成的實驗教學平臺，對輸油管線系列課程的實踐教學進行改革與探索，取得較好的效果。
用虛擬管線對課程設(shè)計進行優(yōu)化 課程設(shè)計階段，學生分成若干個小組，3～5人為一組，教師給學生提供課程設(shè)計的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。先由學生獨立完成一條機動管線的有關(guān)計算、流程設(shè)計、泵站布置、排空設(shè)計等，形成初步設(shè)計方案和設(shè)計說明書；再分組將每人所設(shè)計的機動管線系統(tǒng)按照設(shè)計參數(shù)構(gòu)建虛擬管線，進行計算結(jié)果的驗證和設(shè)計方案優(yōu)化，討論并找出設(shè)計中存在的不足和問題；第三步是每位學生修改完善自己的課程設(shè)計。此做法既加深了學生對管線設(shè)計內(nèi)容的理解，熟練掌握設(shè)計方法，又學會了利用計算機軟件進行輸油管線設(shè)計的方法。
用物理模擬系統(tǒng)進行輸油設(shè)備性能實驗
一是結(jié)合理論課的教學進度，分別進行管線輸油的有關(guān)單項實驗。比如利用小口徑管線系統(tǒng)進行管線沿程摩阻、開式和閉式輸送方式等驗證性實驗，長陡下坡線路不滿流、氣頂液排空等演示性實驗等。利用供油裝備性能檢測實驗系統(tǒng)，進行閥門流通能力、流量計檢測精度等實驗。在進行驗證性、演示性實驗的過程中，使學生學會實驗設(shè)備、儀器的使用，熟練掌握實驗方法，能夠進行實驗數(shù)據(jù)的處理。
二是進行管線輸送的綜合實驗。綜合實驗分組進行，8～10人為一組，學生擔任不同的角色、崗位輪換進行實驗。按照管線輸送的程序，主要進行管線充油、輸送、典型工況變化、停輸、排空的實驗，人為造成輸送過程中管線水擊、位置固定的線路泄漏等實驗。每組學生實驗前提出實驗方案，在教師指導(dǎo)下進行實驗。
用模擬器進行輸油設(shè)備的操作訓練 機動管線泵機組由發(fā)動機驅(qū)動，輸油中采用改變泵轉(zhuǎn)速的方法進行輸油壓力調(diào)節(jié)，泵機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，學生應(yīng)當熟練掌握泵機組的操作。實物操作練習的效果好，但準備時間長、油耗高、易損壞設(shè)備和儀表，且受天氣、場地等條件限制，訓練效益較低。泵機組模擬器（圖2）研制成功后，在教學實施時，先讓每個學生在模擬器上進行操作練習，操作熟練后再動用實物練習。這種虛實結(jié)合的操作訓練，有效地增強了訓練效果，節(jié)省了經(jīng)費。
用管線模擬系統(tǒng)進行輸送工況實驗 利用小口徑管線系統(tǒng)進行管線輸送實 驗，雖然可以使學生掌握管線輸送的基本情況，鞏固理論課學過的知識，提高學生的動手能力，但是該管線系統(tǒng)站距較短，遠小于實際管線，所輸送的液體不可壓縮，壓力波沿管線傳播的時間與實際管線相差較大，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)中難以進行實驗。
構(gòu)建包括泵站監(jiān)控、輸油調(diào)度、系統(tǒng)仿真、訓練考核等軟件和泵機組模擬器的機動管線模擬訓練系統(tǒng)（見圖3），采用真實的數(shù)據(jù)構(gòu)建虛擬管線，設(shè)置虛擬情況進行與實際相同的輸送作業(yè)，進行各種輸送工況的實驗。學生8～10人為一組，其中兩人擔任輸油調(diào)度，負責設(shè)置實驗工況，其他人在不同崗位進行操作，學生崗位輪換。學生也可以利用軟件，獨立進行管線輸送的計算機模擬訓練。學生可以應(yīng)用管線模擬系統(tǒng)，探討所感興趣的問題，驗證學過的輸油工況變化規(guī)律、運行自己編寫的有關(guān)計算機程序。
實物實驗、模擬實驗互為補充，克服了以短管線代替長管線實驗所造成的數(shù)據(jù)失真問題，泵站操作和輸油調(diào)度緊密結(jié)合，訓練與實操無縫銜接，提高了實驗的針對性、有效性。
用機動管線輸油裝備進行綜合實驗 實物綜合實驗單獨安排，集中一周的時間進行，重點練習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)；檢驗課程理論教學、實踐教學的學習情況，運用所學知識解決實際問題的能力；研究、探討管線輸送中出現(xiàn)的新情況、新問題；學習新研裝備、新開發(fā)軟件的使用。
用虛實結(jié)合的實驗平臺開展創(chuàng)新實驗 在教學的各個環(huán)節(jié)，始終注意培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。在理論教學中，把不同的學術(shù)觀點介紹給學生，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題；實踐教學中，鼓勵學生在完成必須完成的實驗任務(wù)的基礎(chǔ)上，利用各種實驗條件，進行探索實驗、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實驗系統(tǒng)，填補了多項國外引進油料器材的性能參數(shù)；進行了新研輸油器材的探索實驗，為確定其技術(shù)指標提供了數(shù)據(jù)支撐。利用油料器材、設(shè)備仿真實驗系統(tǒng)，針對閥門的現(xiàn)場維修，提出了改進方案；對水底裸管鋪設(shè)穿越河流進行模擬仿真，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)，提出了不同口徑機動管線配合使用的技術(shù)方案。
創(chuàng)新實驗除了在課內(nèi)安排一些學時外，更多的是學生利用課外時間進行實驗。在教師的指導(dǎo)下，單個學生獨立實驗或興趣小組專題實驗，課外實驗要提前預(yù)約。幾年的教學實踐表明，這種實踐教學方法對激發(fā)學生學習的熱情、探索的欲望，提升創(chuàng)新的信心和勇氣，培養(yǎng)嚴肅的工作態(tài)度、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L，提高創(chuàng)新能力有顯著的作用。
5 結(jié)語
虛實結(jié)合的實驗教學平臺，將流體機械、檢測技術(shù)、計算機模擬仿真等融為一體，充分發(fā)揮實物實驗、虛擬實驗各自的特點和優(yōu)長，互為補充，為實踐教學提供了豐富的手段，克服了傳統(tǒng)實驗存在的問題，對培養(yǎng)和提高學生的動手能力、實驗?zāi)芰?、?chuàng)新能力發(fā)揮了重要作用，幾年的教學實踐充分證明這一點。隨著教學改革的不斷深入，應(yīng)進一步深入開展實踐教學的研究，探索規(guī)律，總結(jié)經(jīng)驗，不斷提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。
參考文獻
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[3]張偉明，蔣明，等.輸油管線模擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建[J].實驗技術(shù)與管理，2009（4）：60-61.
