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课程思政教学案例---姜德迅:操作系统

22/11/14 15:45:58  点击:[]

 

哈尔滨学院        

课程思政教学案例  

   

课程名称:操作系统  

授课教师:姜德迅  

课程类型:专业教育课程  

课程性质:必修  

案例个数:4  


案例1:操作系统的发展历史  

一、基本信息  

课程名称        

操作系统        

授课教师/职称        

姜德迅/讲师        

课程类型        

专业教育课程        

课程性质        

þ必修  ¨选修        

案例学时/总学时        

2/54        

授课对象及人数        

软件工程2019-45、6班/101        

教学方式        

¨线下   ¨线上  þ线上线下混合式        

二、案例设计  

本次课程目标:        

1、理解操作系统的定义        

2.了解操作系统的产生和发展        

思政育人目标:        

使得学生加深理解科学发展观        

         

案例教学        

内容        

早期的计算机没有装配操作系统,是人工操作阶段,这阶段是用户独占全机而且需要CPU等待人工操作,为了改变计算机资源利用率,引入了脱机输入/输出技术,但其效果有限。        

为了解决人机矛盾以及I/O设备间同CPU的矛盾,单道批处理由此产生,在监督程序的控制下,完成作业的连续处理,但内存中始终只保存一道作业,这个阶段,I/O操作时CPU要等待很长时间,存在严重内存浪费。为了解决系统资源利用率低和系统吞吐量小的问题,让内存中装有多道程序,能够并发地处理多道程序,引入了多道批处理系统,这改善了CPU的利用率,有效提高了系统吞吐量,但系统没有交互能力。分时系统解决了这个问题,实现了人机交互,与多道批处理相比,分时系统中作业直接进入内存,采用了时间片轮转的方式保证用户同作业交互的及时性,允许用户分别使用不同终端,彼此间互不干扰地交互式访问系统资源,分时系统极大地提高了资源的利用率;但在实时性和可靠性高的领域,分时系统是远远不够的,这要用到实时系统,实时系统能及时响应外部请求,在规定时间内完成对指定事件的处理,实时系统有高可靠性,它采用多路容错机制来保证系统的安全。近年来,操作系统朝向并行化、网络化、便捷性、融合性方向发展。        

         

思政要素        

切入点        

教授学生,除了专业的学习外,自然地融入思政科学观:事物的发展有其自身的规律,是“需求”驱动了新事物的发展,坚持用发展的观点看问题。操作系统的发展历程就是遇到问题,解决问题的过程;此过程中蕴含了两点论和重点论的统一,当主要矛盾和次要矛盾并存时,要先解决主要矛盾,再兼顾次要矛盾;同样的道理,引导将来学生未来从事软件开发要从用户需求入手,功能实现性能保证是核心、用户使用是终点。        

         

教学策略        

案例教学/混合式教学。        

三、案例实施  

500字以上,图文并茂)        

一、实施过程        

         

课前的线上教学环节        

在学习通线上教学平台发布本节课所要学习知识点的背景资料,包括视频及讲义,要求学生提前学习。收集并整合学生的学习情况,了解学生对本节课所学知识的掌握情况,据此调整教学内容和教学设计。        

课程回顾(1分钟)        

上节课的知识回顾:1、理解计算机系统及其结构;2、了解计算机硬件;3、理解指令的执行;4、理解中断的基本含义和流程。由上节课知识引入本节课知识点。        

问题提出(新知识点导入)(3分钟)        

为什么要有操作系统?从其存在的意义来看,确定其目标:方便性、有效性、可扩充性、开放性;        

新知识点讲解(10分钟)        

1)操作系统的定义        

①操作系统的目标:方便性、有效性、可扩充性、开放性;        

②操作系统的作用;        

③推动操作系统发展的主要动力;        

④具体定义,从不同观察者的角度阐述。        

                         

课堂测试3分钟)        

课堂线上测试,发布事先准备好的测试内容,要求学生限时作答,是对学生上一阶段知识掌握情况的考核。        

                         

点评(1分钟)        

对学生课堂测试结果进行现场点评。        

新知识点讲解(20分)        

2)操作系统的发展过程        

无操作系统的计算机系统;单道批处理系统;多道批处理系统;分时系统;实时系统;微机操作系统;网络操作系统;分布式操作系统;嵌入式操作系统;        

                         

师生互动过程(30分钟)        

针对之前讲过的知识点,进行提问、答疑。        

教师讲解内容(10分钟)        

对上一阶段学生操作过程中出现的典型问题,进行重点讲解、解释和答疑。        

点评、归纳与总结(5分钟)        

对该部分知识点学生的掌握情况进行评估,对学生表现进行点评、归纳与总结。        

布置作业和预习内容3分钟)        

在学习通针对本次课讲授的学习内容,组织并发布针对性的课后作业题。通知,发布有关下一次课程需要预习的内容。        

                         

         

二、取得成效        

         

通过课程学习,学生不但掌握了课程学科的相应知识,而且在思想政治修养和水平方面得到了提高。        

学生完成了对应的课程思政作业。        

                         

         

三、教学反思        

课程教学基本内容和思政内容之间比例、重心、授课所占时间等方面,仍然存在失调等现象,需要时刻把握上课讨论环节的节奏,使得教学进度与期初授课计划向吻合。        

         

   

案例2: 进程的同步与互斥  

一、基本信息  

课程名称        

操作系统        

授课教师/职称        

姜德迅/讲师        

课程类型        

专业教育课程        

课程性质        

§必修  ¨选修        

案例学时/总学时        

2/54        

授课对象及人数        

软件工程2019-45、6班/101        

教学方式        

¨线下   ¨线上   §线上线下混合式        

二、案例设计  

本次课程目标:        

1、理解进程的同步互斥及机制;         

思政育人目标:        

使得学生加深理解科学发展观        

         

案例教学        

内容        

在多道程序设计环境下,进程不是孤立的存在,进程之间存在相互关系,会相互制约、相互作用。并发进程失去了顺序程序的良好特性,取而代之的是多个进程是交叉执行的,一个进程的运行环境可能被其它进程所改变,从而互相产生影响,并发进程多次运行结果不可再现;这就是并发程序中临界区互斥与同步的问题,若不能根据并发程序特征正确、恰当地解决互斥、同步问题,程序会出现跟时间有关的错误。进程互斥的方法有软件方法、硬件的方法、信号量的方法、管程、消息通信,我们重点讲解硬件的方法、信号量的方法、消息通信。        

         

思政要素        

切入点        

这部分是本课程的难点及重点,同样可以融入思政科学观——辩证法的矛盾统一规律:任何事物内部都是矛盾的统一体,矛盾是事物发展变化的源泉、动力。进程在执行过程中就会遇到互斥问题和同步问题,就如矛盾统一体:互相区别、互相排斥又互相依存、互相依赖,事物是普遍联系的,要用联系的观点看问题。        

         

教学策略        

案例教学/混合式教学。        

三、案例实施  

500字以上,图文并茂)        

一、实施过程        

         

课前的线上教学环节        

在学习通线上教学平台发布本节课所要学习知识点的背景资料,包括视频及讲义,要求学生提前学习。收集并整合学生的学习情况,了解学生对本节课所学知识的掌握情况,据此调整教学内容和教学设计。        

课程回顾(1分钟)        

上节课的知识回顾:1、进程控制;2、线程。由上节课知识引入本节课知识点。        

问题提出(新知识点导入)(3分钟)        

进程的并发可能带来哪些问题?要考虑到全局变量共享问题、资源最简分配问题、程序错误定位问题等。        

新知识点讲解(10分钟)        

1)进程并发的原理        

进程的交互;进程的互斥;进程的同步        

2)引入相关的新的概念:临界资源;临界区;        

课堂讨论3分钟)        

课堂线上讨论,将事先准备好的讨论议题,提供给学生,要求学生分组进行讨论,并在一定时间后对讨论结果进行总结,形成本讨论组一致的意见。本环节主要考察学生对相关知识点的理解和运用能力、与他人进行交互的能力、对学习过程进行归纳总结的能力。        

点评(1分钟)        

对学生课堂讨论结果进行现场点评。        

新知识点讲解(20分)        

3)进程互斥的硬件实现;        

4)进程互斥的软件实现;        

5)信号量和PV操作;        

师生互动过程(30分钟)        

针对之前讲过的知识点,进行提问、答疑。        

教师讲解内容(10分钟)        

对上一阶段学生操作过程中出现的典型问题,进行重点讲解、解释和答疑。        

点评、归纳与总结(5分钟)        

对该部分知识点学生的掌握情况进行评估,对学生表现进行点评、归纳与总结。        

布置作业和预习内容3分钟)        

在学习通针对本次课讲授的学习内容,组织并发布针对性的课后作业题。通知,发布有关下一次课程需要预习的内容。        

         

二、取得成效        

         

通过课程学习,学生不但掌握了课程学科的相应知识,而且在思想政治修养和水平方面得到了提高。        

         

三、教学反思        

对于课程思政元素挖掘不够,表现为课程思政内容较少、较为死板,需要深入探讨教学内容,找准课程思政切入点,凝练出课程中更准确的、系统的思政教学内容;        

         

   

案例3: 经典进程同步问题  

一、基本信息  

课程名称        

操作系统        

授课教师/职称        

姜德迅/讲师        

课程类型        

专业教育课程        

课程性质        

§必修  ¨选修        

案例学时/总学时        

2/54        

授课对象及人数        

软件工程2019-45、6班/101        

教学方式        

¨线下   ¨线上   §线上线下混合式        

二、案例设计  

本次课程目标:        

1、理解调度类型与准则;        

2、掌握基本的调度算法        

思政育人目标:        

使得学生树立正确的人生观、价值观        

         

案例教学        

内容        

在多道程序设计环境下,可提高CPU的利用率,多个进程可并发执行,但CPU只有一个,存在诸多进程互相竟争使用CPU的问题,这会不会出现系统紊乱的现象?这就涉及到CPU资源怎样分派即进程调度问题。先来先服务调度算法是最常用到的,看似公平,但会导致短作业等待时间长,那么若短进程优先调度又会对长进程不利,甚至会导致长作业“饿死”,我们把以上两者综合得到最高响应比优先算法,这个算法既照顾了长作业也考虑到了短作业。但若碰到需紧急处理的任务,以上算法是不适应的,则引入了最高优先数优先的算法,当一进程所对应的事件紧迫,则赋予这样的进程较高优先级,甚至让这样的进程可强行剥夺CPU资源去运行。针对分时操作系统而采用循环轮转算法,对通用操作系统采用分类排队算法,若考虑到短进程不被“饿死”,紧迫的进程优先执行及提高设备资源利用率和降低系统开销,可采用反馈排队算法。        

思政要素        

切入点        

学生通过这些算法的学习,有利于学生加深算法中蕴含的哲学问题的思考,树立正确的人生观,价值观。这可引申到大学生在社会生活中处理问题时,把普遍与特殊相结合,既要考虑对一般情况的处理,又要对特殊情况给予照顾,优先考虑,不片面,不激端,全面地考虑和处理问题。        

         

教学策略        

案例教学/混合式教学。        

三、案例实施  

500字以上,图文并茂)        

一、实施过程        

         

         

课前的线上教学环节        

在学习通线上教学平台发布本节课所要学习知识点的背景资料,包括视频及讲义,要求学生提前学习。收集并整合学生的学习情况,了解学生对本节课所学知识的掌握情况,据此调整教学内容和教学设计。        

课程回顾(1分钟)        

上节课的知识回顾:1、进程管理相关内容;2、相关练习题。督促学生认真完成阶段性复习,掌握前一部分的知识点内容。        

问题提出(新知识点导入)(3分钟)        

处理机是重要的计算机资源,如何高效利用处理机,就产生了诸多种类的算法。        

新知识点讲解(10分钟)        

1调度类型与准则        

调度类型:高级调度;中级调度;低级调度。        

调度方式:可剥夺式;不可剥夺式。        

调度时机。        

调度性能准则:相应时间、周转时间等概念。        

课堂测验3分钟)        

课堂线上测试,发布事先准备好的测试内容,要求学生限时作答,是对学生上一阶段知识掌握情况的考核。        

点评(1分钟)        

对学生课堂测验结果进行现场点评。        

新知识点讲解(20分)        

2)进程调度算法        

先来先服务算法:原理;流程;实现方式……        

短作业(进程)优先调度算法:……        

师生互动过程(30分钟)        

针对之前讲过的知识点,进行提问、答疑。        

教师讲解内容(10分钟)        

对上一阶段学生操作过程中出现的典型问题,进行重点讲解、解释和答疑。        

点评、归纳与总结(5分钟)        

对该部分知识点学生的掌握情况进行评估,对学生表现进行点评、归纳与总结。        

布置作业和预习内容3分钟)        

在学习通针对本次课讲授的学习内容,组织并发布针对性的课后作业题。通知,发布有关下一次课程需要预习的内容。        

二、取得成效        

通过课程学习,学生不但掌握了课程学科的相应知识,而且在思想政治修养和水平方面得到了提高。        

三、教学反思        

教学思政的效果,仅仅局限于学生的小论文(报告)和问卷调查等寥寥几种简单方式,应扩大衡量思政效果的多种途径和手段,来表明课程思政活动切实提高了学生的思想政治素养和水平。        

         

   

案例4: 虚拟存储器的基本原理  

一、基本信息  

课程名称        

操作系统        

授课教师/职称        

姜德迅/讲师        

课程类型        

专业教育课程        

课程性质        

§必修  ¨选修        

案例学时/总学时        

2/54        

授课对象及人数        

软件工程2019-45、6班/101        

教学方式        

¨线下   ¨线上   §线上线下混合式        

二、案例设计  

本次课程目标:        

1、掌握虚拟存储器的基本原理;        

2、掌握请求页式存储管理的初步内容;        

思政育人目标:        

使得学生加深理解事物的对立统一规律        

         

案例教学        

内容        

提高并发度可以提高系统资源利用率,从而提高系统效率,但并发度过高会导致激烈的资源竞争而使进程经常等待其它进程所占用的资源,从而降低进程推进速度,甚至可能导致死锁,增加系统开销。计算机系统采用交换技术来控制并发度,当系统并发度过高时,将内存中的某些进程暂时交换到外存,待以后系统并发度较低时再换回内存。可见,并发的“度”适中,才可能让系统效率达到最大。        

         

思政要素        

切入点        

在此,融入哲学思辨:任何事物包含对立统一的两方面,也包含折中与平衡的哲学思想,即在性能与复杂度间寻求平衡,时间换空间与空间换时间的折中,引导学生理解这种设计思想或哲学,全面综合客观地看待一些生活学习中的问题,天下没有完美的事物,解决问题时,能把握一定的尺度,不绝对,形成完善的人格。        

         

教学策略        

案例教学/混合式教学。        

三、案例实施  

500字以上,图文并茂)        

一、实施过程        

         

课前的线上教学环节        

在学习通线上教学平台发布本节课所要学习知识点的背景资料,包括视频及讲义,要求学生提前学习。收集并整合学生的学习情况,了解学生对本节课所学知识的掌握情况,据此调整教学内容和教学设计。        

课程回顾(1分钟)        

上节课的知识回顾:1、段式存储管理;2、段页式存储管理。督促学生认真完成阶段性复习,掌握前一部分的知识点内容。        

问题提出(新知识点导入)(3分钟)        

将全部程序一次性全部装入内存是一种资源浪费,有没有可能只将进程的一部分装入内存,使得程序仍然能正常运行呢?        

新知识点讲解(10分钟)        

1)虚拟存储器的引入        

局部性原理:时间局部性;空间局部性;        

虚拟存储器的概念;        

虚拟存储器的特征;        

课堂测验3分钟)        

课堂线上测试,发布事先准备好的测试内容,要求学生限时作答,是对学生上一阶段知识掌握情况的考核。        

点评(1分钟)        

对学生课堂测验结果进行现场点评。        

新知识点讲解(20分)        

2)请求页式存储管理        

在基本页式存储管理上的扩充;        

页面置换算法:最佳;先进先出;最近最久未使用;时钟;;        

师生互动过程(30分钟)        

针对之前讲过的知识点,进行提问、答疑。        

教师讲解内容(10分钟)        

对上一阶段学生操作过程中出现的典型问题,进行重点讲解、解释和答疑。        

点评、归纳与总结(5分钟)        

对该部分知识点学生的掌握情况进行评估,对学生表现进行点评、归纳与总结。        

布置作业和预习内容3分钟)        

在学习通针对本次课讲授的学习内容,组织并发布针对性的课后作业题。通知,发布有关下一次课程需要预习的内容。        

         

二、取得成效        

         

通过课程学习,学生不但掌握了课程学科的相应知识,而且在思想政治修养和水平方面得到了提高。        

         

三、教学反思        

对于课程思政元素挖掘不够,表现为课程思政内容较少、较为死板,需要深入探讨教学内容,找准课程思政切入点,凝练出课程中更准确的、系统的思政教学内容;        

         

   

   

   

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