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關鍵詞： 高中數學教材 立體幾何 概念 定理
與《全日制普通高級中學數學教學大綱》（以下簡稱“大綱”）相比，《普通高中數學課程標準（實驗）》（以下簡稱“課標”）在課程理念和課程內容方面都有很大變化。因此，和大綱教材相比，根據普通高中數學課程標準編寫的教材也有了很大的改變。下面以人教版大綱教材（2006年6月第二版）和人教A版課標教材（2007年2月第三版）為標準，比較了兩版教材在立體幾何中的概念和定理的呈現方式上異同。
一、個別概念的不同
和大綱教材相比，課標教材中很多概念的呈現方式都有所改變。表1具體列舉了“課標”教材與“大綱”教材相比一些概念的具體變化。
表1 課標教材某些概念的變化（和大綱教材相比）
注：表中的“√”表示該概念變化的具體表現。
從上表可以看出，和大綱教材相比，課標教材的必修部分立體幾何的概念陳述共有十一個發生了變化。
首先，有的概念敘述發生了變化。如棱柱的概念，“大綱”教材的敘述是“如果一個多面體有兩個面互相平行，而其余每相鄰兩個面的交線互相平行，這樣的多面體叫做棱柱”。
“課標”教材的敘述是“一般地，有兩個面互相平行，其余各面都是四邊形，并且每相鄰兩個四邊形的公共邊互相平行，由這些面圍成的多面體叫做棱柱”。觀察發現“大綱”教材對棱柱概念表述雖然精簡，符合數學的特點，但對于初學者來講，課標教材的敘述明顯更加清晰，因為它強調“其余各面都是四邊形”，使得學生更加直觀地在腦海中勾勒出棱柱的圖形。高度的抽象性是數學學科的特點之一，概念是對事物的描述，概念的教學要注意抽象與具體相結合的原則，形象生動的描述值得提倡。
其次，有些概念的表達方式有所變化，例如球體，“大綱”教材對球體的描述與球的表達方式類似，而“課標”教材則是利用新增加的旋轉軸與旋轉體的基礎上定義的。這種發生定義方式，比起揭示概念本質屬性的定義方式，更能體現新課改“體現知識的發生發展過程”的理念。
再者，有的概念被去除了，如斜棱柱等。這些概念被去掉是因為有些定義在教材中并沒有對其進行研究，只是讓學生認識該事物而已。還有些定義被去掉是因為其被列到了選修課程里面，例如正射影等。
最后，有些概念是新增的。這些定義要么是為后面的某些知識點奠定基礎，如旋轉體與旋轉軸；要么是使數學更緊密地與學生的生活相結合，為學生的后續學習打下知識基礎，如三視圖等；要么是其成為重點研究對象如棱臺與圓臺。像“多面體”等概念，在敘述概念前，都加上了三個字“一般地”，重在強調概念的嚴謹性。
二、個別公理陳述的不同
立體幾何中，公理的增減方面是沒有變動的，只是有些公理呈現的先后次序略有改變。我們以“課標”教材里面的公理名稱為準，以此比較“大綱”教材中相應公理呈現的不同，如表2：
表2 “課標”教材的公理與“大綱”教材相應公理呈現的比較
從兩版教材公理1與公理2的陳述中，發現定理的大體內容實際上并沒有變化，只是公理的呈現形式更簡明。“一條直線上的所有點都在這個平面內”等價于“這條直線在此平面內”，只是前者更加強調線上的所有點，而后者更加強調所有點構成的直線，重點突出的要素不同，顯然后者更加簡潔。
此外，“課標”教材將“大綱”教材中講述公理部分中的三個推論（page：6-7）去除了。在“課標”教材的教學過程中，雖然這三個推論不在課本中出現，但是有經驗的教師為了拓寬學生的知識視野，給后續學習打下良好的基礎，讓學生能夠更深刻地理解公理“不共線的三點確定一個平面”，會羅列并講述三個推論的內容，例如對推論1即“經過一條直線和直線外的一點有且只有一個平面”的講述，就是對上述公理的拓展和具體化，推論2與推論3同樣如此，鑒于這三個推論在立體幾何中的重要性，筆者認為，為了方便老師教學及學生自學，將這三個推論呈現在教材中是有必要的。
三、個別重要定理的不同
對于立體幾何里面重要定理的呈現比較與分析，筆者發現其中有新增的定理，例如定理（page：69）：“一個平面過另一個平面的垂線，則這兩個平面垂直”。這個定理的內容對于新學者是很容易理解的，同時增加這個定理為判定兩個平面垂直提供有效的“工具”，從而增加這個定理是可行且必要的。
和“大綱”教材相比，“課標”教材在立體幾何定理方面，同樣將“大綱”教材中的推論（page：20）“如果一個平面內有兩條相交直線分別平行于另一個平面內的兩條直線，那么這兩個平面平行”刪去了。對于這一改動，筆者有異議，因為運用這個推論的內容判定兩個平面平行，很多情況下比其相應的判定定理判定兩個平面平行更加簡單、方面，而且思路更加清晰。同時，由于課程標準的要求，判定定理都應該通過直觀感知、操作確認等方式得來，這個判定定理也是根據該推論的結論得來的，顯然根據這個推論的重要性，刪除該推論沒有絲毫意義，不僅不利于教師教學和學生自學，而且不利于學生靈活地掌握知識，筆者不認同這個推論應該刪去。
有些定理改變條件敘述使得定理的結論更加完整，例如：
“大綱”（page：13）：如果一個角的兩邊和另一個角的兩邊分別平行并且方向相同，那么這兩個角相等。
“課標”（page：46）：空間中，如果兩個角的兩邊分別對應平行，那么這兩個角相等或互補。
在“大綱”教材中講解這個定理時，幾乎每個教師都會講解兩個角的兩邊對應平行的兩種情況，所以新教材用簡潔的語言陳述了定理的兩種情況有事半功倍的效果。
當然，數學是簡潔的，如果在定理中有些文字在去掉之后并不影響定理的表達，那么就應該毫不猶豫地去掉，以體現數學的簡潔美。這樣可以使學生更容易理解，例如：
“大綱”（page：19）：如果一個平面內有兩條相交直線分別平行于另一個平面，那么這兩個平面平行。
“課標”（page：57）：一個平面內的兩條相交直線與另一個平面平行，則這兩個平面平行。
這里，“分別”兩個字去得恰當而又得體，既不影響內容的理解，又為學生學習減輕了負擔。
此外，有些定理在原來的基礎上呈現得更清晰，使學生更易理解，例如：
“大綱”（page：18）：如果一條直線和一個平面平行，經過這條直線的平面和這個平面相交，那么這條直線和交線平行。
“課標”（page：59）：一條直線與一個平面平行，則過這條直線的任一平面與此平面的交線與該平面平行。
對于新接觸這一知識點的學生而言，顯然是很難理解的，因為學生很難理解結論中的“這條直線”究竟是哪一條直線，是“經過這條直線”的直線，還是兩平面相交而形成的直線呢？經比較我們發現，“課標”教材的敘述要清楚得多。
四、給一線教師的建議與意見
新一輪課程改革在課程基本理念方面發生了很大的變化。一線教師首先要進一步深入理解新課程改革的理念，并且自覺地將這些理念落實到教學實際中。在立體幾何教學中，要全面而充分地認識立體幾何的教育價值，注意把握過程教學，注意學生演繹推理和合情推理能力的平衡發展。
參考文獻：
[1]中華人民共和國教育部.普通高中數學課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2003.
[2]十三院校協編組.中學數學教材教法[M].高等教育出版社，2010.
[3]人民教育出版社.全日制普通高級中學教科書（必修）[M]數學第二冊（下B），2006年第二版.
[4]人民教育出版社，課程教材研究所，中學數學課程教材研究開發中心.普通高中課程標準實驗教科書教科書數學2（必修）[M]數學第二冊（下B），2007年2月第三版.
高校通識教育的核心理念是培養學生的綜合素質與能力，形成正確的人生觀與價值觀，以實現其自身素養和知識能力的自我優化。文章主要介紹了通識課程和MOOC的概念及特點，并通過對深圳大學藝術設計鑒賞課程這門通識課程在MOOC平臺上實踐的介紹，闡述了設計學MOOC較之傳統課程有哪些優點。MOOC平臺上的分布式通識課程可幫助學生提升學習廣度，聚焦專業內容的同時防止學生知識碎片化，從而更好地開創一條實現通識教育的路徑。
【關鍵詞】
通識教育；MOOC；設計學
通識教育旨在使學生通過對廣博知識的了解，確立正確的人生觀與世界觀，實現理性與感性的均衡發展，進而形成完善的人格，提升解決問題的能力，以適應現代社會生活節奏，提高生活品位與個人修養。藝術設計鑒賞類課程作為高校通識課程的組成部分，能夠提升學生設計水平，改善其學習和生活的態度，進而影響其處事方式，提升綜合修養。
一、通識教育的概念及特點
（一）通識教育概述
通識教育最早由美國提出，講求在專業教育與自由教育之外應有計劃、有目的地對課程體系進行編排，打破原有的專業限制，是面向全民的教育。哈佛大學前校長詹姆斯•布萊恩特•科南特在《哈佛通識教育紅皮書》中提到，“20世紀美國教育的創新之處就是將通識教育應用到了全民教育體系之中”。通識教育能夠幫助學生形成較為完整的世界觀，并借助感性與理性的均衡發展，形成完整的價值體系與完善的人格，培養發現問題、分析問題和解決問題的能力。通識課程的教育方式主要分為核心課程模式（CoreModel）和分布課程模式（DistributionModel）。核心課程模式多被專業院校采用，分布式教學模式多被綜合類大學采用。綜合類大學具有學科門類較為齊全的優勢，開設的通識類課程門數眾多、涵蓋面廣，學生的選擇余地較大。不論是核心課程模式還是分布式課程模式的通識課程，其教學理念都是讓學生在本專業的基礎上涉獵社會科學、人文藝術、自然科學的知識，并將這些知識與專業知識進行系統的銜接，突破專業知識的局限，不斷提升綜合能力。
（二）通識課程的設置特點
通識課程的設置因不同的教育理念與學科背景區別較大。我國通識課程的設置主要集中于以下七個方面：一是中國的傳統文化與當代社會文化，力求以發展的眼光審視中國傳統文化的成就和不足，幫助學生建立民族自信與文化認同；二是世界文明歷史，培養學生的國際視野和社會責任感，增強文化包容度，使學生具有正確的世界觀與價值體系；三是倫理價值與思考方法，強調當代社會價值體系，陶治學生的人性與品格；四是系統介紹自然科學的重要理念，了解事物之間的基本規律，提升學生的科學素養；五是經濟發展與社會問題，提升學生的主觀判斷能力、批判思維和解決實際問題的能力；六是文學藝術，提升學生的個人修養與審美趣味；七是跨文化溝通與人際交往，培養學生適應社會與團隊合作的能力。由此可以看出，經過通識教育充實的專業教育，能幫助學生從深度學習走向廣度學習，在接受良好的專業學術訓練的同時，受到社會科學、自然科學與人文藝術方面的熏陶。這種綜合素質與能力的培養，有助于學生形成正確的人生觀與價值觀，并不斷完善自身的人格、知識與技能。文化藝術作為通識課程中重要的環節，對于學生個人修養、內涵、品位的提升有著積極的意義。設計類的通識課程作為文化藝術在現代技術條件下的延伸，可有效地將設計學科滲透至社會的方方面面。
（三）通識教育中的問題及對策
通識課程大多是作為教學范圍相對較小的專業學科的輔課程，綜合性大學多會采用分布式課程模式。該模式的優勢主要是課程門數多，覆蓋面廣，學生選擇余地較大；但缺點也比較明顯，即難以有效整合課程資源。設計學專業課程強調對專業知識教授和應用，學生在自由選擇主題的前提下，很難對相關的課程進行系統性選擇。因此，應對課程核心內容進行優化和整合。然而，傳統的授課方式較難在通識教育中形成教師團隊式教學和課程模塊式教學，難以實現通識教育中課程的自我優化。教師作為獨立的個體，在課題組織、教學安排、師生互動模塊的銜接方面存在一定不足。利用互聯網平臺有組織系統授課能對以上問題的解決起到積極的作用。近年來，網絡MOOC教學在高校通識教育中具有示范作用，如通過網絡平臺建設和合理分配教學資源，可以有效解決分布式課程模式專業內容整合的問題。
二、MOOC的概念以及特點
（一）MOOC的概念
MOOC（MassiveOpenOnlineCourses，即大規模開放在線課程），起源于開放教育資源運動和連通主義思潮。美國麻省理工學院于2002年面向全球學習者開放的開放課程標志著開放教育資源運動的興起。MOOC是在2008年由加拿大愛德華王子島大學網絡傳播與創新主任戴維•科米爾與國家人文教育技術應用研究院高級研究員布萊恩•亞歷山大首次提出，兩位學者在加拿大曼尼托巴大學開設了新型大規模開放網絡課程。MOOC在信息化平臺中賦予學生更多的學習自由選擇權。區別于傳統的教學方式，MOOC作為開放式平臺課程有更大的受眾面，能夠讓專業學生選擇更加優秀的課程資源，同時也是通識類課程的最佳傳播途徑。
（二）MOOC教學的形式與特點
MOOC授課內容以視頻錄播為主，輔助以其他圖文、聲像等資料。對比傳統的課堂教學方式，MOOC的教學方式特點鮮明：第一，MOOC教學可以是單人授課的形式，也可以是多人訪談的形式。教學形式多樣，學生在學習的過程中有代入感，有助于提高學習興趣。第二，學生可以在平臺上選擇合適的課程進行修讀，選課不再局限于班級與人數的限制，學生可選擇自己認可的課程，擴大選擇面的同時也促進相關學科教師不斷完善課程內容、探索不同的教學方法、提高教學質量。第三，MOOC的授課平臺建設推動了大學生素質教育和通識教育的發展，學生的人文素養、藝術審美能力等可通過MOOC平臺得以提升。
（三）設計類MOOC在通識教育中的優勢及意義
設計學作為藝術學門類下的的一級學科，包含服裝與服飾設計、環境藝術設計、產品設計、視覺傳達設計、數字媒體藝術等眾多方向。設計學在通識教育中的重點與難點是如何將眾多的設計內容進行邏輯性整合，將設計學不同專業方向的創意思維、設計理念以及設計中形而上的藝術表達展示在通識教育各環節之中。MOOC作為網絡平臺課程，首先可以引入各個設計專業的優秀師資，使其進入平臺課程之中進行模塊化、團隊化的教學，貫徹分布式通識課程的理念。其次，作為一種新的教學手段，MOOC網絡后臺提供的大數據存儲功能可以實現教師和學生之間的資源共享，擴充設計學通識教育內容。最后，MOOC平臺的搭建與討論區域的設置，提供了通識教育實時的理念交換空間，有助于啟迪學生的設計思維。
三、設計學通識課程設置
深圳大學于2013年12月在深圳舉辦了全國地方高校MOOC發展研討會，會上倡議組建UOOC聯盟（UniversityOpenOnlineCourse），并得到了28所與會高校代表的積極響應。UOOC中的U有University（大學）和Union（聯盟）兩層含義。2014年5月，UOOC聯盟成立大會召開，首批6門MOOC上線。作為綜合性大學通識課程的試點，深圳大學取得了良好的效果。2015年11月，設計類通識課程藝術設計鑒賞上線，該課程將不同的設計學科進行整合，引入模塊式教學團隊任教，聘請知名設計師與專任教師，以講述式、案例式、啟發式、訪談式相結合的教學手段和通識教育的理念，規劃設計學專業的教學內容。課程運用網絡多媒體教學手段，鼓勵學生進行設計交流與經驗分享。設計學MOOC較之傳統課程具有如下優勢。
（一）課程內容與授課方式的創新
將不同的設計學科進行有機整合，需要不同學科背景的教師進行團隊協作，傳統教學模式受教學進度、學生選課等多重因素的制約，難于實現這一目的。基于網絡平臺的MOOC設置，便于教師、企業設計師等進入課堂教學，有利于任課團隊的組建；而通過播放錄制視頻的授課方式，教師和學生不再受上課時間與地點的制約，更便于協調課程內容。通過創新授課方式，解決了以往困擾分布式通識課程任課團隊建設的問題。
（二）大數據資源更加豐富
通識課程具有更廣博的知識面，網絡平臺以及支撐平臺課程的大數據資源尤為重要。如課程在介紹國際四大時裝周時，相比于傳統課件中的文字和配圖，時裝周現場的服裝展演視頻更有利于學生對于服裝流行趨勢的了解與研究。產品設計中，物件加工工藝與材料的視頻介紹能更好地幫助學生體會優質產品的定義及其所能帶來的良好效果等。這些通識課程中的實訓實踐內容在網絡大數據平臺下能夠得到更好的實現。
（三）改善師生交互環境
在傳統的課堂教學模式中，教師難以在課堂與學生進行充分互動。在通識教育中，學生數量遠遠多于專業課程教學，師生間的互動問題會更加突出。在藝術設計鑒賞課程中，深圳大學利用網絡平臺設置了討論區并配備專職助教與學生進行互動。此外，學生還可以在網絡交流區相互交流、共享課程素材與學習資源，在很大程度上解決了通識課程中的互動需求。
結語
高等教育中分布式通識教育需要整合學科資源，分布式通識課程的教學、目的是盡可能讓學生在接受專業教育的同時了解自然科學、人文藝術、社會科學等學科內容。在大的學科背景中需要整合相關知識，防止學生學習知識的碎片化，體系完整的學科通識教育精品內容將更適應學生發展的需要。
作者：涂星 單位：深圳大學
參考文獻：
[1]哈佛委員會.哈佛通識教育紅皮書[M].李曼麗，譯.北京：北京大學出版社，2010.
[2]王曉陽，曹盛盛.美國大學通識教育模式、挑戰及對策[J].中國高教研究，2015（4）.
關鍵詞：算法設計與分析；教學內容；教學方法；實踐；考核
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0120-02
Discussion about Algorithm Design and Analysis Teaching Reform
GUO Liang-min
（School of Mathematics and Computer Science， Anhui Normal University， Wuhu 241000， China）
Abstract： The course of algorithm design and analysis is a basic specialty course for graduated students majored in computer science and related fields. According to the course features and the existing problems in teaching， the teaching content， teaching method， practice and course assessment are discussed in the paper.
Key words： Algorithm design and analysis； Teaching content； Teaching method； Practice； Assessment
《算法設計與分析》課程是計算機相關專業重要的一門專業基礎課程，要求學生能通過對本課程的學習，理解主要算法的基本思想，掌握算法的設計方法和分析方法，并能將所學算法應用到實際問題中，從而解決遇到的實際問題。
該課程具有內容抽象、知識范圍廣、實踐性強等特點，因此，學生的學習難度大，學習興趣不高。教師在課程內容的選擇上與前沿科學研究的聯系不是很緊密，教學方法和考核方式也相對單一。針對上述問題，本文主要從教學內容、方法、實踐和考核四方面展開討論。
1 教學內容的整合
教學內容除了包含經典算法[1]（遞歸、分治法、動態規劃、貪心算法、回溯法、分支限界法）的設計理論外，我們還應將隨機算法、近似算法、現代啟發式算法、并行算法、分布式算法等與前沿聯系緊密的內容融入教學中。教學的重點是經典算法的原理，要讓學生理解，并且可以具體實現；難點是如何靈活運用合適的算法去解決遇到的實際問題，即培養學生對所學算法的實際應用能力。
另外，需要將新的相關科研動向融入教學中[2]，尤其是在講解現代啟發式算法、并行算法、分布式算法等時，增強學生的學習興趣，讓學生感到學有所用，從而提高教學效果，最終達到使學生可以用基本理論去解決實際問題的目標。
具體的教學內容安排如下：第一部分是算法概述，包括基本概念、描述算法與算法設計、算法分析的基本原則、復雜性分析；第二部分是分治與遞歸，包括遞歸概念和分治法的思想、二分搜索技術、矩陣的快速乘法、合并排序、快速排序、線性時間選擇、最接近點對問題；第三部分是動態規劃，包括矩陣連乘問題、動態規劃算法的基本要素、最長公共子序列問題、0-1背包問題、作業調度問題、圖像壓縮問題；第四部分貪心算法，包括活動安排問題、貪心算法的基本要素、最優裝載、哈夫曼編碼、最小生成樹、單源最短路徑；第五部分是回溯法，包括回溯法的算法框架、裝載問題、批處理作業調度、0-1背包問題、n皇后問題、圖的m著色問題、旅行售貨員問題、圓排列問題；第六部分是分支限界，包括分支限界法的算法框架、單源最短路徑問題、裝載問題、0-1背包問題、批處理作業調度、旅行售貨員問題；第七部分是隨機算法，包括數值計算問題的隨機算法、舍伍德算法、拉斯維加斯算法、蒙特卡羅算法；第八部分是近似算法，包括NP完全性理論、頂點覆蓋問題、旅行售貨員問題；第九部分是分布式算法，包括分布式系統、分布式計算模型、分布式算法的設計基礎、遍歷算法、選舉算法、容錯技術；第十部分是現代啟發式算法，包括啟發式算法的基本概念、模擬退火算法、遺傳算法、蟻群算法、人工神經網絡算法；第十一部分是并行算法，包括并行計算機、并行算法的基本概念、非數值計算問題的并行算法、數值計算問題的并行算法。
2 改革教學方法
一是采用以“幻燈片+黑板+計算機”的授課模式，即以電子教案幻燈片、板書和算法的動態演示作為教學內容的展現方式。用幻燈片主要展示靜態的文字，如定義、基本框架或步驟，板書主要用于分析算法的原理和效率，方便與學生進行交流，算法的動態演示可以更直觀地展示算法的執行過程，從而讓學生更容易地去掌握和理解算法的原理和執行步驟。
二是對同一問題，如背包問題、皇后問題、作業調度問題、資源分配問題等，有不同的算法可以求解。對于這類問題的講解，我們應該以問題為主線，分析和比較不同算法的特點和效率[4]，并讓學生編寫程序實現，理論聯系實際，通過不同程序的運行結果，從而更容易地理解對同一的問題的不同實現算法。
三是我們主要采用啟發式的教學方式，即變填鴨式的教學為雙向互動式的教學，采取以探究解決實際應用問題為主的引導式教學，啟發學生在理解問題的基礎上，進行新的算法思路的探索與討論，引導學生深入思考，培養學生的自我創新能力。
四是對于非經典的算法可先通過簡單的、有趣的實例來說明，便于學生了解算法的大致思想，然后再通過閱讀相關科技文獻的方法加深對算法的理解。這樣不僅可以讓學生較容易地掌握相關算法，還可以讓其了解相關領域的研究狀況。
3 強化實踐環節
將算法轉換成實際的程序來獲得實際問題的解，這是我們學習算法的最終目的，通過多動手編程，可以讓學生加深對理論知識的理解。考慮到學生水平的參差不齊，特別是動手編程的能力，我們給予實驗內容多種不同的選擇方案[3]，不同的選擇方案對應著不同的實現難度，例如，可將實驗內容按難易程度分為基礎型、拔高型、挑戰型。對于基礎型的實驗一般較容易，要求學生必須完成，對于拔高型和挑戰型的實驗，學生可以根據自身的能力進行選做，對于選做的學生，我們可以依據他們的完成情況在最終的考核成績上予以體現。
4 優化考核方式
考核方式應該多樣化，更應該注重評判學生平時課堂上的積極性，作業的完成效果，學生的創新能力，即注重對學生的過程性考核。利用過程性考核和最終的理論測試考核相結合的方式來綜合評價學生。例如，過程性考核和理論測試考核各占50%，其中，在過程性考核中，平時課堂上的積極性（由到課率、回答問題情況，參與討論情況決定）占50%，作業的完成效果（由作業完成的時間質量和內容質量，以及拔高型和挑戰型作業的完成質量決定）占40%，學生的創新能力（由學生參與課題的情況及已獲得的成果，特別是與本課程相關的成果決定）占10%。
5 結束語
本文主要從《算法設計與分析》課程的教學內容、教學方法等方面闡述了一些想法。但要更好地提高教學效果，還需教師在教學過程中不斷地進行經驗總結，根據實際情況對內容、方法等做出較為及時地調整。
參考文獻：
[1] 王曉東. 計算機算法設計與分析（第3版）[M]. 電子工業出版社， 2007.
[2] 劉文萍， 陳世紅， 郭小平. 教師領導力在計算機專業研究生創新能力培養中的應用[J].計算機教育， 2013， 23： 42-45.
關鍵詞：遠程教育 網格技術 GridFTP協議 共享 探討
中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0015-02
Discussion on service distributed grid technology in Distance Education
Hu Pei Cheng1 Fu Guo Xuan2
（1.Qinghai Radio and Television University School；
2.Qinghai the Yellow River Upstream Hydropower Development Co.Ltd，XiNing QingHai， 810008，China）
Abstract：Grid computing is developed in twenty-first Century on the Internet to achieve resource sharing for infrastructure purposes.
Grid computing is a new term， it is also a research focus in recent years， the concept of grid， features， are briefly introduced， and the application of grid technology in the distance education in the analysis.
Key words：Distance learning；Grid technology；The GridFTP protocol；Communion；Discuss
1 引言
網格技術旨在使互連網上所有資源， 包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源等，實現全面共享與協同工作，使整個Internet整合成一臺巨大的超級計算機，為用戶提供即連即用式的服務[1]。目前，網格的發展更多還在實驗研究階段，離最初設想還有很大距離，但它是未來網絡的發展方向，已成共識。并且正在逐漸地由一個新興名詞轉變成為運用于商業、科研、醫藥等各行業的技術產物。
1.1 網格的定義
網格一詞譯自英文單詞“Grid”，簡稱為虛擬計算環境，就是把地理上分布的各種計算資源連接成一個單一的統一資源即虛擬高級計算機的環境，實現全球范圍的計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源、設備資源等的全面共享。其根本特征是資源共享。它是繼Internet、Web后的第三次互聯網浪潮。網格的核心概念是協作資源共享和在動態多制度虛擬組織中解決問題。簡而言之，網格可以從以下描述為以下三點[2]。
（1）協調不服從集中式控制的資源。即網格能集成和協調資源與用戶在不同控制域內的活動。
（2）使用標準的、開放的、通用的協議和接口。即一個網格是由多用途協議和接口來構建的，該協議將能解決諸如鑒別、授權、資源發現和資源訪問等一些基本問題。
（3）提供非常的服務質量（QoS）。即允許按協作方式來使用其成分資源以提供各式服務質量。
1.2 目前網格技術的開發環境和工具
對于目前網格技術的發展和應用中其運行環境已和其他計算環境有很大的不同，已不能夠滿足網格計算所面臨的開發難度、排錯、調試、修改、部署等問題需要構建新的開發環境[3]。
（1）GT3開發環境。
GT3是用java語言開發服務，客戶端則可以使用java語言和C語言開發。開發過程首先需要定義服務接口。然后根據服務接口生成該服務的WSDL描述文檔，以實現該服務接口，通過代碼編寫完成，編譯生成可執行的java類，其中客戶端也需要用java語言開發生成可執行類。最終部署到服務運行容器中由客戶端調用服務。
（2）NET框架。
使用.NET框架平臺，通常不需要其他工具或軟件開發工具包便可完成萬維網服務的開發。
因為.NET框架可以提供專門的文件類型.asmx，每一個.asmx都包含一個WebService指令。
因此在.NET框架中，可以通過以下流程完成一個萬維網服務：（1）創建服務文件 .asmx。（2）添加服務邏輯代碼。（3）保存并運行.asmx文件。（4）根據提示輸入參數，提交給服務器。（5）得出服務運行結果
（3）UNICORE。
UNICORE（UNIform Interface to Computing Resources）是把超級計算中心資源結合起來，用戶可以通過互聯網訪問這些資源。UNICORE服務器在調度作業之前把抽象的作業和資源翻譯成特定平臺的命令和選項，在執行命令時，輸入文件和輸出文件自動從用戶的文件空間讀取和向用戶的文件空間寫回，從而完成不同節點間的高速數據傳輸。另外UNICORE網格平臺通過用戶認證X.509證書授權，把對應資源分配給用戶，而保留自己的自利。
（4）其他應用開發工具。
由于目的和應用的不同，還有很多網格開發環境和工具，如：WebSubmit應用程序，CoG工具集，GPDK結構模型，GDMP客戶等等，這些技術均是在網格應用和網格技術開發中所有著不同的功能和作用。
2 網格技術在遠程教育中資源共享中的應用
2.1 遠程教育主要特點和網格技術應用的優勢
遠程教育是由過去的函授、電視廣播、網絡教育等伴隨著科學技術手段不斷發展，又非獨立產生的一種教學方式，它是實現終身教育而獲取教學資源的一種有效渠道。
學習資源豐富的最大化是遠程教育學習的最大一個特點。而網格技術應用中最為核心的是為各種網絡上的資源提供一種安全、高效的共享機制，使得各種異構和孤立的資源，能夠以一個整體的形式為用戶提供各種計算和信息服務。因此，網格技術的應用能促進教學資源的優化整合、全面共享和作業交互。網格技術應用在遠程教育中的優勢概括為以下兩點。
（1）網格技術的應用在物理上將互連的眾多資源匯聚起來，聯合提供服務，最大化實現資源的全面共享。即將分布在教育教學中將各高等院校多媒體課件、數字教學視頻、無紙化習題庫、網絡化考試系統以及各類論文文獻等海量信息資源集成起來，建立起一個集教育教學為一體的信息網格，覆蓋到各個地區，提供統一的、高效的信息服務，同時提供主動學習方法和交互式的教學方式，使教師和學生之間的學習和交流成為現實。
（2）通過分布式資源的協作與共享，把大量的教育資源匯聚在網絡上，這樣使學習資源得到充分的利用，并且極大的提高學習者的學習效率和質量，為遠程教育教學的信息化發展提供了更廣闊的空間。同時網格技術應用在遠程教育資源中，也能夠大大縮減教師個體的備課時間，將這些時間用做擴充知識領域，豐富授課的內容容量，突出授課內容的重難點方面。而且還會加強了教師與教師之間，教師與學生之間的互動性，擴展了教師思維的廣度與深度，提高學習者學習的興趣與效率，從根本上進一步提升整體教學質量。
2.2 網格技術下教學資源分布式應用分析
2.2.1 分布式網格教學資源服務系統
遠程教學系統的網格系統面向用戶使用的入口，遠程教學平臺通常具有是一個開放的Web入口界面，通過這個界面用戶可以使用網格系統提供各種功能，如安裝新的網格程序、提交網格作業、使用網格程序提供的功能。
首先，可以根據利用GT3開發平臺技術構建一個分布式網格教學資源服務系統ERSDG（Education Resource Service Data Grid）[4]，為不同分支機構（教育受體）通過教育資源訪問口，訪問現有資源管理系統中的教育資源數據庫服務，從資源庫獲取所需要的教育資源數據，并同步到本地環境中的資源庫中。
其次，為了實現教育資源的共享，必須要針對高帶寬廣域網環境進行優化以便解決網格環境下數據的統一傳輸，于是就需要一種基于FTP協議基礎上的文件傳輸協議即GridFTP協議。
目前，該協議是由Globus工作組開發的一種安全可靠的高性能網格文件傳輸協議。為了實際使用的需要，GridFTP協議的安全性方面采用了RFC 2228（FTP Security Extensions）中提出的機制，對GSI（Grid Security Infrastructure，網格安全基礎設施）和Kerberos提供支持，在實現高效傳輸上它支持第三方控制的數據傳輸、并行數據傳輸、條狀數據傳輸、部分文件傳輸、緩沖區大小自動協商、出錯重傳等機制。各資源分支機構通過設計開發統一接口，在上傳數字資源的同時，自動調用GridFTP協議，從而將相關教學資源文件同步上傳到網格的各個節點之上，再由網格教學資源服務系統實現自動分布和同步傳輸功能。
因此，具備了這一資源共享的能力，就可以構建教學資源訪問和集成的虛擬化界面，最終網格服務簡化了用戶或客戶端程序對分布式教學資源的訪問過程，實現了教學資源的的發現、組織、管理、、分發和交換等方面的整合和集成（如圖1）。
2.2.2 分布式視頻和點播平臺
通過網格技術，可以實現將原來的分散管理和維護方式，轉變為自動集中和調度方式，實現無障礙資源共享。它不僅能夠提供內容最為豐富的大學課程視頻點播服務，而且提供了能同時支持成千上萬路視頻流的服務能力。大學課程在線網格系統（Realcourse）應該建立在ChinaGrid公共支撐平臺（CGSP）之上，通過Realcourse為用戶提供“一站式”服務，將每個學校各自維護自己的資源，自動納入到系統管理中，這種分布式管理方式可以在較短的時間內聚集大量課程資源。分布式視頻和點播平臺的最終目標為了實現在系統上支持全國各所重點院校的服務器，可以提供并發不同專業的不同課程的可靠視頻流服務。對于用戶可以獲取所有的視頻教案資源，只是根據自己的需求和喜好通過點播平臺點播不同學校不同專業的不同課程進行學習。
因此，網格技術在遠程教育應用中，可以將不同的教育資源連接地理上分布的各類計算機（包括機群）、數據庫、各類設備和存儲設備等，形成對用戶相對透明的虛擬的高性能計算環境，應用包括了分布式計算、高吞吐量計算、協同工程和數據查詢等諸多功能[5]。
總之，由網格技術構建下的教學資源服務系統和分布式視頻和點播平臺，更好的解決了目前遠程教育中存在的資源共享不對稱導致的資源建設重復，利用率低下等不足。根本上解決了計算機體系結構、操作系統、網絡布局中的差異最終實現了異構機器或機群之間的協作和轉換，達到教學資源最大化利用這一目標。
3 結語
網格技術在遠程教育系統中的應用將是其中非常重要的一個方向，到目前為止網格的實際應用系統還比較少，建立一個以網格為核心技術的遠程教育教學系統是非常復雜的，需要更進一步的研究[6]。隨著網格技術的不斷發展完善，必然會極大地影響現代遠程教育的發展。未來的遠程教育將更加突出學習過程中的協作學習和知識管理，虛擬學習社區將成為網格環境下遠程教育的非常重要的教育形態。在這方面，網格技術具有強大的支持力，不同的網格應用類型將滿足遠程教育的需求，特別是知識網格的實現，將對遠程教育產生巨大的影響。
參考文獻
[1] 史文翀.網格體系結構與資源管理框架的研究[D].碩士論文：廈門大學，2008.
[2] 劉立群.網格計算與網格體系結構綜述[J].農業網絡信息，2011（2）.
[3] 郁志輝，陳渝，劉鵬.網格計算[M].北京：清華大學出版社，2002：9-12.
[4] 吳永和，馬曉玲，肖君，等.基于數據網格的教育資源服務系統的實現[J].華東師范大學學報：自然科學版，2006（3）.
關鍵詞： 關系數據庫； NoSQL； 海量數據； 教學
中圖分類號：TP311.13 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）02-47-03
Analyzing the relationship between NoSQL and teaching database
Lou Ying
（Electronic Information Engineering College， Henan University of Science and Technology， Luoyang， Henan 471003， China）
Abstract： Because of the dominant position in database， the relational database has been always the main content in database curriculum of university. With the rise of Web2.0， in the huge data environment， NoSQL （not relational database） technology is used widely and the current database course teaching has been impacted deeply. NoSQL technology is introduced in this paper and then the challenges of NoSQL database technology to teaching database are analyzed. Finally， the teaching methods of database course are proposed.
Key words： relational database； NoSQL； massive data； teaching
0 引言
NoSQL指的是非關系型的數據庫。隨著互聯網Web2.0網站的興起，傳統的關系數據庫在應付Web2.0網站，特別是超大規模和高并發的社交網絡類型的Web2.0純動態網站已經顯得力不從心，暴露出了很多難以克服的問題。例如：關系數據庫為了降低數據冗余，保證數據約束性，在數據查詢時不得不使用多個數據表之間的連接操作，這極大地降低了查詢效率，不能夠滿足當前Internet的高實時性的要求。而非關系型數據庫對并發的大規模訪問有著效率上的優勢，因此，非關系數據庫是在具體應用背景下得到了迅速的發展。
其實，NoSQL概念最早出現在1998年，當時的含義是反SQL技術革命運動，但并未引起太多的關注。直到2009年，NoSQL概念被來自Rackspace的Eric Evans再次提出，這時的NoSQL已經不是單純的反SQL運動，指的主要是非關系型的分布式數據庫，并且不支持原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）的數據庫設計模式[1]。在亞特蘭大舉行的有關NoSQL的討論會上，學者給出了NoSQL較為普遍的解釋，即“非關系型的”。并且指出Key-Value存儲和文檔數據庫是NoSQL的主要特點，本文認為NoSQL是一項新的與傳統關系數據庫有顯著區別的新技術。
1 NoSQL的主要特點
1.1 Key-Value存儲
Key-Value本身是一種數據結構的模式，其基本思想為：一個主鍵下有相應的值，在實現上可以通過哈希表或B樹等不同的數據結構完成。Key-Value存儲是以鍵值對的數據模型存儲數據，并能提供持久化分布式存儲系統，查詢速度快、存放數據量大、支持高并發，非常適合通過主鍵進行查詢機制和數據同步等功能[2]。
現有非關系型數據庫采用不同的方式實現了Key-Value存儲，并且擁有各自的優缺點。然而，性能優良的Key-Value存儲需要滿足下列條件：高可用性，即在Key-Value存儲模式下可以提供不間斷的服務；可擴展性，海量數據的處理要求存儲模式能夠具有可擴展性；故障恢復，要求該存儲模式下能夠對故障自動感知并能自動恢復。
在具體的實現上，多數非關系數據庫采用單文件進行存儲，雖然單個文件操作具有一定的方便性，但在數據量不斷增大時，會遇到存儲瓶頸。為了提高響應速度，Key-Value存儲一般只支持數據的添加操作，而不是支持數據更新操作。為了實現故障可恢復，需要對數據進行備份，數據備份操作即從主端向從端的數據復制，應用系統的性能在備份過程中會受到影響，備份策略決定了影響程度。然而，數據可靠性和性能是一對平衡關系，越是可靠性高的數據保障，其性能相對會下降。
1.2 最終一致性
一致性是關系數據庫中主要特點[3]，關系數據庫為了保證一致性需要使用約束條件，從而影響了數據的讀寫效率。而非關系數據庫只要求保證數據的最終一致性，基本思想是：在數據的讀寫過程中，對一致性的要求是松散的，而最終完成操作后的結果是一致的。
假設A為對數據庫的寫操作，而B和C都代表對數據庫的讀操作，且A，B和C之間是相互獨立的。當執行了A，即向數據庫中寫入數據，若數據庫系統能夠保證隨后B和C的讀操作都能夠讀到最新的數據，則說明該數據庫系統具有強一致性，關系數據庫能夠保證強一致性；當執行了A，B和C不能夠立即讀到最新的數據，而是需要經過一段時間才能獲取更新的數據，則說明該數據庫系統具備弱一致性，這段時間也叫做不一致性時間窗口；最終一致性屬于弱一致性的特例，當執行了A，在該數據沒有再被更新的條件下，B和C最終都讀取到最新的數據，這就是最終一致性。
最終一致性是在高數據量（十幾億條記錄、數TB數據）和高訪問量（數千TPS、數萬QPS）需求下的選擇，在缺乏種種約束的情況下，最終一致性在一致性要求不高的應用場景下能夠極大提高數據訪問效率。
1.3 可擴展
這里的擴展性主要指的是水平擴展性，應用無關和容錯性。關系數據通常通過讀寫分離，更換高性能的服務器來提高性能[4]，而在海量數據的環境下，這些方法仍然無法滿足某些應用需求。非關系數據庫具有水平擴展性的特點。
盡管現有的非關系型數據庫采用不同的技術實現可擴展性，但其基本的目標是：在應用不間斷的情況下，增加或刪除數據節點，實現水平擴展；利用分布式計算的技術，通過節點之間的通訊，實現數據分布式處理，滿足海量數據的讀寫性能要求。
2 NoSQL技術對數據庫教學的影響
長期以來，普通高校計算機專業的數據庫課程以關系數據庫為講授內容。作為當前數據庫領域不可忽視的力量，NoSQL技術已經引起了許多高校的關注，它給傳統的數據庫教學帶來了以下幾個方面的挑戰：
挑戰一，教師的認知和講授能力。長期以來，在講授數據庫課程時，往往認為關系數據庫占主導和統治地位，忽略了對其他數據庫的研究。當前高校與市場的聯系遠遠不如想象的那樣緊密，因此，當前高校教師面對著對NoSQL技術的認知能力，這里不僅包含對技術的掌握和熟悉，而更重要的是對該新興技術的認可。
在授課的過程中，如何把握NoSQL技術和關系數據庫的之間的關系，巧妙地融合兩種技術，使學生有個全面和清晰的認識是數據庫課程教師的重要工作之一。
挑戰二，學生的接受水平。對于剛剛接觸專業課程的學生，同時掌握兩種具有對立性質的技術也是學生學習過程中的一個難點。
挑戰三，學校的實驗環境。實驗一直是數據庫課程教學的重要環節，現有大多數學校的實驗條件和環境能夠基本滿足關系數據庫技術的教學需要，對于NoSQL技術所在大規模數據處理下的優勢，如何構建實驗環境也是教學的一個重要挑戰。
為了應對這些挑戰，我們至少需要弄清楚兩個方面的問題：①為什么要使用NoSQL；②NoSQL技術和關系數據庫的聯系和區別。
2.1 為什么要使用NoSQL技術
NoSQL技術不是實驗室的產物，而是以實際需求推動的，這里的推動主要指的是互聯網的發展在推動。Web2.0時代，用戶每天使用網絡的同時也在制造網絡的內容。例如：用戶在瀏覽微博網站的同時也會自己的信息。這種特點改變了對網站后臺數據庫的訪問方式，從原先頻繁的讀操作變成了頻繁的讀寫操作，這時，往往要達到每秒上萬次讀寫請求，關系數據庫還能同時勉強應付上萬次的SQL查詢，但是要同時應付上萬次的SQL寫數據請求，關系數據庫系統就已經無法承受了，對數據讀寫操作需求的變化推動了新技術的發展。
社交網絡是Web2.0的一個重要產物，近年來，社交網絡用戶的規模日漸增長，2011年8月，Facebook的活躍用戶已經接近7億，用戶對Web的要求也逐步的提高，縮短用戶操作的響應時間已成為提高網絡質量的基本要求。關系數據庫在保證數據的一致性方面有優勢，而在大規模的用戶操作下，嚴格的一致性對現實的需求來說并不是必須的，高效的數據響應才是最重要的，NoSQL在保證最終一致性的情況下能夠實現高效的數據訪問。
對于一個Web應用系統，在用戶量和訪問量不斷增加的時候，該應用系統需要增加新的服務節點來提高性能和負載能力，在增加服務節點時，可以通過增加硬件設施在滿足Web服務器和應用服務器的需求，而對于數據服務器，關系數據庫模式下很難進行類似增加節點的水平擴展。因此，在關系數據庫的模式下，進行節點增加時需要停機維護和數據遷移，這對于很多需要提供24小時不間斷服務的網站來說是不方便的。可以看出，關系數據庫無法滿足應用的可擴展性和高可用性，而NoSQL技術具有水平擴展性的特點，可滿足需求。
從上述分析可知，在互聯網環境下處理海量數據時，關系數據庫無法滿足實際需求。一方面，關系數據庫技術中的種種約束（事務管理、完整性約束等）對實際需求來說是沒有必要的；另一方面，這種約束的保證影響了數據處理性能。在這種情況下，NoSQL技術就自然而然地成為了人們的選擇并取得了快速的發展。
2.2 NoSQL與關系數據庫的對比
通過上述分析可以看出，NoSQL數據庫和關系數據庫是根本不同的，兩種數據庫分別適應不同的需求。
關系數據庫是以表來存儲數據的，表的組織形式嚴格，表中的每一行代表一條數據記錄，每一列代表特定方面的信息。在設計好表結構（表的列信息）后，修改的代價巨大，數據庫表之間存在著聯系和某種約束關系。所設計的數據操作（查詢，添加，修改，刪除）通常涉及對單張表和多個表，在對多個表的操作時需要使用到表之間定義的范式，消除數據冗余和保證數據一致性是關系數據庫的基本要求。長期以來，關系數據庫一直以簡潔、規范和靈活占據著數據庫領域的統治地位，現有關系數據庫的產品主要有SQL Server，DB2，Oracle，MySqL等，這些產品都屬于關系數據庫管理系統，雖然功能有所不同，但基本思想都屬于關系數據庫的范疇。正是由于關系數據庫的主導地位，在高校計算機學科數據庫教學中，關系數據庫也一直是該課程講授的重點內容。
NoSQL數據主要有三種主流的數據模型，除了上面介紹的Key-Value以外，還有列式和文檔兩種。列式也主要使用Table這樣的模型，但是它并不支持關系數據庫中的多表連接操作，其主要特點是在存儲數據時，主要圍繞著“列”，而不是像關系型數據庫那樣根據“行”進行存儲；在結構上，文檔模式與Key-Value模式想象，不同的是，這里的Value對應的往往是一個文檔。在查詢時，NoSQL數據庫往往只支持主鍵或者是單個列查詢，不支持關系數據庫多表復雜查詢。在寫操作時，NoSQL數據庫對數據一致的要求并不是那么高。現有的NoSQL產品很多，主要有Cassandra，HBase，Memcached，Voldemort等。這些數據庫的側重點不同，雖然都具備NoSQL的特點，但一些也兼具關系數據庫的功能。其中，許多產品是開源的，開源雖然能夠使更多用戶采用，但其可靠性和后期的維護也受到了用戶的質疑。
關系數據庫是否能被NoSQL數據庫取代呢？答案是否定的。雖然關系數據庫在處理Web2.0數據時明顯遇到了瓶頸，但不代表它就能被NoSQL技術完全取代。不同的應用背景可有不同的選擇，例如，在金融和電信領域，用戶無法接受數據的不一致，因此，關系數據庫的一致性對數據處理來說就尤為重要。而對一些非核心數據的處理，日志的管理和外部數據的集成來說，NoSQL技術就更能勝任。因此，應該根據實際的需求選擇NoSQL技術或者是關系數據庫。NoSQL技術是在新的需求下對關系數據庫的補充和擴展。這就需要將NoSQL技術和關系數據庫進行結合使用，各取所長，需要使用關系特性的時候使用關系數據庫，需要使用NoSQL特性的時候使用NoSQL數據庫。
2.3 采用啟發式教學法
啟發式教學的基本思想是：教師在根據教學任務和學習的客觀規律，從實際出發，以啟發學生的思維為核心，采用多種方式，調動學生的學習主動性和積極性，促使他們生動活潑地學習的一種教學指導思想。
由于NoSQL技術是從實際應用需求產生而來的，具備實際的推動力。因此，教師在講授時，可以首先介紹關系數據庫的基本知識，在介紹關系數據庫的性能指標，例如：每秒讀寫數據的次數，數據處理能力的極限等概念時，再描述現實需求。從現實中，學生可以發現關系數據庫的不足，當它的某些優點不是必須時，就引出了NoSQL技術。啟發學生從需求出發研究技術的思想，真正做到學以致用。
3 結束語
NoSQL技術的應用已經給市場帶來了巨大的影響。本文總結了NoSQL的特點，對比了NoSQL與關系數據之間的區別，提出了NoSQL技術給高校計算機教學帶來的挑戰。面對計算機技術高速發展的時代，高校計算機的教學模式是否能夠適應當前教育的需要，在數據庫教學方面，如果仍然按照固定的教學模式，將關系數據庫不可動搖地位的思想傳遞給學生，顯然是不合理的。因此，我們需要在重視理論教育的同時，研究技術發展的動態，以更客觀和合理的方法講授課程。T技術是一項發展迅速的技術，在未來的教學工作中，知識的傳播已經不是高等教育的主要任務，而啟發式的引導才能豐富高校的教學成果。
參考文獻：
[1] Thomas， R. H. A majority consensus approach to concurrencycontrol for multiple copy databases. ACM Transactions on Database Systems，1979.4（2）：180-209
[2] Chris Bunch， NavrajChohan， Chandra Krintz， JovanChohan，Jonathan Kupferman， Puneet-Lakhina， YimingLi， Yoshihide Nomura. Key-Value Data stores Comparison in App Scale. February 17， 2010 UCSB Tech Report，2010.3.
關鍵詞:操作系統;教學;精品課程
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
從1980年開始為后恢復高考的第一批本科生開設了“操作系統原理”課程。此后,我們依托銀河系列操作系 統開發的科研優勢,及時將操作系統的新概念、新思想和新技術引入到教學內容中,制定教學大綱、開展教學改 革、改編教材和引進實驗,全面而系統地進行了“操作系統”課程建設。
1課程特色
(1) 依托國家大型科研項目建設操作系統教師隊伍,具有豐富實踐和工程經驗的教師為原理和理論賦予了靈活、生動的真實感。
(2) 原理和實踐相結合,是國內最早開設“操作系統綜合課程設計”的院校之一。跨越技術、合訓等多種需求和不同應用目標的學員,形成了教學實踐環節的綜合性、設計性和自主性的特色。
(3) 發揮計算機軟件與理論國家重點學科優勢,適應學校的人才培養目標的調整,與國際先進技術同步更新教學內容,持續性的教材建設蘊含技術發展和學校發展的節奏感。
2課程建設主要成果
“操作系統”課程建設二十多年來,從課程設置到教學環節,從教學內容到教學方式方法各方面的教改教研工作從未停止過。近五年的教改教研成果概括起來主要有以下幾個方面。
2.1針對操作系統新技術的發展變化,統籌建設“操作系統”系列課程
通過認真分析UC Berkeley、Stanford、MIT、CMU等名校的操作系統有關課程,根據ACM/IEEE的CC2001、2004和指委CCC2002等指導性文件的知識點,結合近年來操作系統在網絡化、高可信、多核、虛擬化等技術的飛速發展,我們梳理了本科生、研究生操作系統方面的課程設置。特別對教學內容進行了梳理,隨著一些技術的成熟,將一些教學內容下移到本科生的課程中來。目前我們設立了“操作系統”、“操作系統課程設計”本科生課程,設立了“高級操作系統”、“操作系統內核實現”、“分布式系統”、“實時系統”等研究生課程。課程設置涵蓋了操作系統和分布式操作系統、操作系統高級技術、實用操作系統實現技術各個方面。充分強調了實踐及實用課程的設置,滿足我院不同類型學員培養的需要。“操作系統”系列課程建設內容為我院教改成果“計算機科學與技術課程體系創新建設與實踐”的主要內容,2006年獲“軍隊和國家教學成果”一等獎。
2.2結合銀河系列巨型機操作系統的重大工程,以科研促教學,不斷提升教學水平
“操作系統”課程是一門工程性強的基礎課程,我校的“操作系統”課程是隨著銀河巨型機的發展而建設的,銀河系列巨型機是我國重大科技攻關項目,難度大,操作系統的很多技術都可以在工程中得到充分驗證和體現。課程組的許多老師都先后主持了銀河巨型機的操作系統研制工作,以及主持過銀河智能機操作系統研制,他們曾經是或當前還是研制銀河系列機操作系統的一線骨干,積累了豐富的工程經驗,從而為深化“操作系統”課程內容改革提供了良好的技術支撐,確保該課程的技術內容與時俱進,始終站在國際最前沿。許多老師都獲得過國家及部委級科技獎勵。
2.3抓住國家操作系統戰略發展機遇,依托教育部國產基礎軟件工程中心、操作系統湖南省工程研究中心,對“操作系統”實驗教學進行改革,學生屢獲國際國內大獎
十五期間國家設立了軟件重大專項,旨在突破國產操作系統關鍵技術,計算機學院承擔了銀河麒麟操作系統的研制工作,是目前國內安全等級最高的操作系統,為此,教育部批準了國防科大計算機學院成立教育部國產基礎軟件工程中心,為人才培養服務。湖南省發改委還批復國防科大計算機學院成立了操作系統湖南省工程研究中心,希望國防科大通過國家重大專項為湖南省培養更多優秀的人才,并且能不斷轉化操作系統產品。針對國家、省里的要求,我們在不同教學層次上對“操作系統”實驗環節教學進行改革。在改進現有“操作系統”課程實驗的基礎上,又精心設計并開設了“操作系統課程設計”本科生課程,涉及操作系統內核的綜合實驗,強化綜合性和設計性。我們的改革既符合國際潮流,也為國內高校實驗課程設置作出了表率。在培養學生的動手實踐能力方面成績斐然,學生在操作系統方面獲得了一系列獎項:褚瑞的“Windows加速器”獲得“全國第七屆挑戰杯”一等獎、汪黎的Linux項目獲首屆“中國開源軟件競賽”銀獎、章文嵩的LVS被Linux國際社區接納為Linux內核標配,我院學員在“全國開源大賽”中兩次獲得團體冠軍。由老師和畢業學生參與的銀河麒麟操作系統2005年獲“教育部高校十大科技進展”。
2.4積極將科研成果和國際權威操作系統教材新版內容反映到教材建設當中,進一步加強操作系統教材建設
從80年老一輩王鴻武老師出版第一本操作系統教材,教材內容更新不斷線。歷年出版的自編教材如表1所示。其中王鴻武老師編寫的《操作系統》教材以實際操作系統為背景,引領了國內案例教學教材建設;鄒鵬老師編寫的《操作系統原理與方法》把當時國外教學先進內容引入自編教材;2000年以后我們根據課程設置的調整以及強化實踐環節,我們編寫了Linux操作系統綜合實驗的有關教材,根據技術進步和操作系統開發需要出發大幅調整操作系統教材內容;2003年出版的《操作系統》一書從操作系統工程的角度對相關原理和技術進行了介紹,并于2007年更新為第二版;2009年出版的《操作系統》一書則主要面向應用型的操作系統教學需要。
2.5通過與國內外一流高校、研究機構密切交流與合作,借助開源軟件社區,進行操作系統技術和教學交流
邀請Berkeley大學、清華大學、北京大學、微軟公司、Intel公司、Sun公司、聯想公司、華為公司和麒麟操作系統研制人員給老師和學生上課或作技術講座,不但提高老師的知識面,同時也吸引學生學習操作系統的興趣。老師也積極參與國內外會議進行教學和技術交流。
2.6總結了一套因材施教的教學方法
在教學方式上進行不斷探索。針對學生特點采用不同教學方法、考核評價方法,使學生更好、更扎實地掌握知識、培養創新能力。通過提出要解決的問題,使用啟發式教學引導學生思考解決問題的辦法;在批判式講解比較簡單算法的基礎上,讓學生找問題并進行算法改進;在實驗課程設置、課后實驗、課堂舉例三個層次進行案例式教學;另外充分利用操作系統實用程序、工具演示操作系統概念、原理、技術和方法;引入多種評價方法,考試實驗并重。通過各種方法的綜合應用,取得了較好的教學效果。
3本科“操作系統”課程教學的一些具體措施與方法
操作系統系統龐大、概念以及功能實現復雜。傳統的講授要不就是層次太高抽象難懂,要不就是只看到局部算法不能理解全局處理過程。課程小組在本科“操作系統”課程講授過程中采取了如下措施,以提高課程學習的效果。
3.1注重以實踐(實例)幫助知識理解
我們強調實踐環節對操作系統概念、方法的理解作用,對“操作系統”的實驗環節教學進行改革。除獨立設立“操作系統課程設計”本科生課程,涉及操作系統內核的綜合實驗,以幫助學生綜合利用操作系統專業知識進行操作系統內核設計外,同時“操作系統”課程也必須做一個綜合性、設計性實驗,如實現一個命令解釋器,通過實驗學生體會了并行程序設計思想,使用了操作系統內核的功能。在每一堂課的教學過程中,還需要用操作系統工具及界面演示操作系統的概念和處理過程。在講解一般算法的同時還進行舉例說明。
3.2豐富教學手段
本課程的建設以能力與素質的綜合培養為目標,因此,課程采取了豐富的教學手段以培養學生綜合運用知識的能力:課堂教學堅持采取討論式、啟發式、批判式、案例式、類比式教學方法,改變滿堂灌的教學方式,活躍課堂氣氛,激發學生的創新意識,改進教學效果;通過設計綜合實驗,為學生提供綜合運用知識、培養科研素質的機會,鍛煉了學生的自主性;綜合實驗的驗收采取演示、講解和答辯相結合方式,使學生的科研能力和人文素質得到全方位的鍛煉;通過使用多媒體網絡教學環境,學生與教師可以在課外進行流暢而生動的溝通,教師利用多媒體交互手段指導學生開展自學活動。
3.3課程重點、難點教學說明
我們根據學院操作系統開發人才必備知識要求及學生后續課程要求等,確定了以下重點教學內容:
(1) 操作系統運行機制,中斷/異常處理過程,系統調用及系統使用接口。在課堂重點說明操作系統內核功能程序的運行機制,用與日常生活類比方法講解中斷作用及實現技術,用實際操作系統界面演示操作系統實用程序,在課后實驗中讓學生編寫一個shell命令解釋器理解系統使用接口并在編程中使用系統調用。
(2) 進程概念、進程切換和進程調度。利用實際操作系統演示進程創建和結束,利用操作系統工具觀察系統中進程的屬性和進程的輪換運行,課堂講解強調進程調度切換時機和方法,在課后實驗中實現多進程編程。
(3) 同步互斥原語及應用。啟發式講解同步互斥原語的引入,給出一些不完善的互斥實現,引導學生找出并發受限或不能互斥的不足或錯誤,并尋找有效解決辦法。采用實例反復講解原語應用。
(4) 頁式虛擬存儲管理中的地址轉換及頁面替換。從方便用戶編程的角度提出需求,從充分利用內存的角度引入技術,啟發學生理解存儲虛擬化技術實現。
(5) 驅動程序的構成、功能和接口,磁盤驅動及請求優化,緩存技術。利用實際操作系統驅動程序文件來增強學生印象,利用操作系統讀寫文件、執行程序的延遲或加速現象說明磁盤請求優化和緩存技術。
(6) 文件系統的目錄結構和文件存儲、訪問權限機制。用與存儲管理類比的方法引出文件系統,強調文件系統的持久性特點,歸納總結存儲的安全性訪問機制,引導學生對操作系統資源虛擬化技術的認識。
(7) 線程概念和線程實現。課堂利用實際操作系統演示線程,強調線程與進程差別,實驗提倡使用線程進行多道程序設計,比較多線程與多進程編程的開銷和安全性差異。
一、建構主義并非一種否認客觀世界存在的學說
幾天前，一位臺灣的課程學者楊教授來南京大學給教育系的師生做報告。從其報告的內容看(關于臺灣課程改革的興衰成敗)，他對建構主義很明顯地持一種不贊同立場。在報告的一開始，他向聽眾拋出了如下一個問題以引出其對建構主義的認識，“站在你們面前的楊教授真的存在嗎?”顯然，他的意思是說，建構主義強調任何事物都是被建構出來的，包括現在正在演講的“楊教授”。現場觀眾的一片笑聲似乎表達了對楊教授幽默且看似深刻的見地的贊同。其實，如果大家都冷靜地思考一下，按照這一邏輯，世界上就沒有什么事物是客觀地存在的了，任何呈現在大家面前的事物(高山、大樓、河流等)都是人們主觀建構的一種意念，或者說，都是每個人頭腦中的一種現實幻象。很明顯，楊教授是想把“現實世界都非真實存在的”這一荒謬的認識安在建構主義的頭上。
其實，楊教授的觀點代表了很多反建構主義者的共同立場。但他們都犯了一個無限泛化建構主義觀點的根本性錯誤。對此，建構主義思想的重要奠基者馮?格拉塞斯菲爾德就曾反復申明：“經常有人指責我是在否認真實。這種看法是對建構主義的根本誤解，……，否認真實的存在是愚蠢的，這將導致唯我論，而唯我論是不可接受的”。實質上，建構主義并沒有否認真實世界的存在，而只是強調對這樣的“真實”，我們沒有一種對其加以認識的適當方式。也恰如馮?格拉塞斯菲爾德所進一步指明的，“我們能定義‘存在’的意義，但是只有在我們的經驗世界的領域中，而不是在本體論意義上。當‘存在’一詞運用在獨立于我們經驗的世界(即一個本體論的世界)時，它也就失去了自己的意義，而且也不可能有什么意義”。所以，建構主義思想始終不會在本體論的范圍中打轉，也不會陷入統治西方思想界近兩千年的“思維與存在何謂第一性”的本體論謎團中并使自身走向迷失，它關注的是人們對客觀實在的“認識”以及這種“認識”的限度與可能。
由此我們更可清晰地看到，科學知識是人類群體對外部客觀世界的一種“認識”，這種認識即是一種“建構”。建構的認識在一定的時空范圍中是穩定的、不變的，但在更長的時空界域中卻可能是需要修正、完善與變化的，這體現了科學知識的累積與發展的特性。由此可見，科學并非否認客觀世界的存在，而只是否認科學知識作為絕對鏡像式的存在，并主張，作為一種“人類認識”的科學知識，是在人類群體的經驗范圍中的一種“建構”，是主體世界與客觀本體世界的一種聯系，它發生在這種彼此聯系、相互交織的中途，這與建構主義的思想具有本質上的一致性!甚至可以說，上述的思想正反映出，建構主義對人類認識世界的方式做出了較為深入、準確的刻畫與敘述。由此可得到一個頗具辨證意味的推斷，即，對建構主義的所謂“反科學”特征的批判，實際上就是一種對科學本身的批判；對建構主義的所謂“反知識”特征的批判，實際上也就是一種對知識本身的批判。說白了，這種批判源自對建構主義思想的誤讀或膚淺的理解。
二、知識的適應性――建構主義思想在教育中的張力
承接上述的論述，一個有趣的問題自然地涌現出來，即，人類所建構的認識是否是任意的、無限制的、隨心所欲的?答案自然是否定的。作為建構主義思想的重要奠基者，瑞士著名的心理學家皮亞杰一再強調。“認識是一種適應性活動”。這一觀點承接了生物進化論的適應性思想，即是強調，具有適應性的動物有一套處理它們所生存環境中各類困難的行為本領，而人類的知識作為一種概念和行動綱要，本質上就是動物行為本領中的一個組成部分。由此可知，人類的認識(或知識)不是漫無目的、隨心所欲式的建構，而是在一定的經驗背景中、在認識者所賴以生存的事物與關系的網絡中產生的，或者簡而言之，在一種情境脈絡中所產生的，是主體在適應外部世界對人類的要求的過程中所自然涌現的。
根據知識或認識的適應性觀點，傳統認識論中的真理概念、傳統教育學中的“正確或錯誤”的概念，就要被一種新的觀念――“生存力”所取代。這一觀念仍然取自生物學領域，即，在生物學家看來，只要活的有機體能設法在環境中生存，它便具有生存力。由此，建構主義者認為，如果概念、模式、理論等能證明它們對于自身被創造出來的情境脈絡是適宜的，那么它們也具有生存力。“生存力”與真理完全不同，它與目標、意圖形成的情境脈絡相關聯，它在適應這種境脈的特殊性中產生，甚至可以說，它是個體生命適應力的一種真實表達。
知識的適應性以及隨之產生的“生存力”觀念，對于教育思想的轉變產生了極大的挑戰和沖擊。在孩童身上經常出現的所謂“錯誤概念”，在成人、科學家、專家等的眼中的確是錯誤的，但從每個個體的孩童角度來看，這些錯誤概念在其經驗世界中是有效的、是相融的，或者說，在孩童的相關情境脈絡中是具有“生存力”的。這些對孩童而言是合理的觀念，如果得不到教師或成人的悉心關注與耐心引導，則這種所謂“錯誤的”、但卻是“合理的”觀念，將可能長時間地這樣“錯誤”下去、“合理”下去。因此，馮?格拉塞斯菲爾德建議，“教師必須要關心學生頭腦中發生的事情，要傾聽學生，解釋學生所做的，并試圖建立起學生概念結構的‘模型’。當然這是一項容易出錯的工程。但若不這樣做，任何旨在改變學生概念結構的努力都只不過是一種偶然事件，或許還會失敗”。
三、我們可以言說一種所謂的“建構式教學”嗎
臺灣學術界曾把2001年開始的臺灣新課程改革中的核心理念標榜為“建構式教學”，并將其內涵幾乎等同于作為一種教學方式的“發現式教學”。臺灣學者后來在
總結新課程改革失敗的經驗時，大都認為，建構式教學、進而所謂的建構主義是導致這輪課改失敗的罪魁禍首。實質上，臺灣學術界在課程改革的起點上就犯下了一個不可饒恕的錯誤，即，完全窄化了建構主義的思想內涵，剝離了建構主義所真正具有的哲學上的思想張力。
如上文所述，建構主義思想給教育帶來的，不僅僅是所謂教學方式上的轉變，而更是一種對學習者、對學習、對教育等認識方式上的根本性變革。傳統意義上的二元對立的教育思維方式，已經被一種更加連續的、更加關注學習者經驗的、更加富有人本意境的全新思想框架所替代。建構主義更加強調的是教育者看待教育的深層認識論的轉變，而不僅僅是所謂的外顯教學方式的彼此替代。更具體地，建構主義更強調的是個體內在的認識發生機制，而教學方式則關注外部的行為表現及其具體呈現。打一個有趣的比方。就吃飯來說，是自己動手吃，還是靠別人喂，就好比是發現學習還是接受學習，這里只存在著學習與教學方式上的不同罷了。但吃下去的飯，是否能靠自己去消化，消化得怎樣，這就進入到了“建構”的范疇中了。建構的好壞。取決于這個有機體對外部環境的適應性如何，取決于這個有機體自身的經驗的質量高低與類型差異。所以說，早在上個世紀60年代，著名心理學家奧蘇伯爾就曾用有意義學習與機械學習、發現學習與接受學習這兩個維度來描述人類學習的具體類型。很顯然，建構主義所強調的學習對應的應當是有意義學習，它主張這樣的學習必定是主體在自身經驗基礎上的主動積極地建構。而如果按照臺灣學者的看法，將建構主義安置在發現學習的范圍內。則顯然犯了歸類上的低級錯誤。發現與接受，都只表明了教學方式上的差異，而不涉及學習者個體的內在經驗上的任何變化。而奧蘇伯爾早已十分明確地闡釋道，發現學習有可能是機械的，如果這樣的學習脫離了學習者的內在經驗；接受學習也可能是有意義的，如果這樣的學習與學習者的內在經驗產生著實質性的、非人為性的關聯。
在今天的國內外教育實踐現場，大量標榜“建構式教學”的言與行普遍地存在，這其實反映了人們對建構主義所具有的思想張力仍缺乏清晰的、深刻的認識。當建構主義真正走入了一個教育者心中的時候，當建構主義真正成為一個教育者秉持的信條時，他已經不會過多地糾纏在所謂外部的、表面的教學形式是否更具“發現性”上了，他必定會更加關注學習者的內在經驗結構，更加關注學習者頭腦中正在發生著什么，并將這種深入的、細致的思考作為其設計教學的重要起點。教學的藝術性、教學的魅力，恰恰體現在教師對學習者個體經驗的釋讀上，體現在不同的教師所采取的各不相同的教學方式與手段上(無論是發現還是接受)，體現在不同的教學方式背后所具有的“推動學習者經驗的發展”這一共同目標上。馮?格拉塞斯菲爾德曾說過一句頗具意味的話，筆者愿將這句話作為本文的結束語，即，“真正的教育者一定是一名建構主義者，無論其是否認識到建構主義這一標簽，他對學生經驗的關注已經在其內心深處深刻地烙上了建構主義的真實印記。”
參考文獻
[1][2][4][6]萊斯利?P?斯特弗，杰里?蓋爾 主編，教育中的建構主義[M]，高文等譯，上海：華東師范大學出版社2002，3―20
Abstract： This paper first analyzes the teaching present situation of project management course in industrial engineering major. Referring to some of the author about the course teaching reform， we use the technology of informatization for teaching reform. Then according to industrial engineering discipline characteristics and training objectives， we design the curriculum content system and build the knowledge system of house of project management. At the end of the paper， the scheme of teaching reform is carried out based on the teaching design and practice of informatization. Practice results show that the students' learning interest， learning motivation and learning effect are all improved.
P鍵詞： 項目管理；信息化技術；教學研究；工業工程
Key words： project management；informatization；teaching reform；industrial engineering
中圖分類號：G423.07 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0181-05
1 概述
工業工程是關于系統設計和改善的學科，是管理科學與系統工程、制造科學等學科的綜合交叉學科。在歷經一個多世紀的發展過程中，工業工程學科對世界的經濟建設起了不可估量的作用；美國著名質量管理大師朱蘭認為美國正是由于工業工程才在世界經濟格局中處于領頭羊地位。工業工程學科教育在我國的發展，對于培養我國高素質的綜合性管理人才，對于企業生產效率的有效提升，對于促進中國制造2025戰略的具體實施等都具有重要意義。
在工業工程專業教育中，不僅要重視制造系統相關的基本專業技術技能的訓練，而且要注重管理理念及技能的培養，力求使學生成為具備工程實際與管理能力的復合型人才。項目管理課程是工業工程學科教育的骨干課程，主要關注項目的有效規劃管理、執行與控制等內容。課程的目標是使學生對項目的管控有較為全面的理解，掌握應用計劃與控制的方法幫助企業實施項目時達成Q（質量）、D（時間）、C（成本）等多維相互制約且矛盾的目標。目前，我校工業工程專業學生畢業后，大都從事中小企業的管理運營改善等工作。據統計[1]，國內中小企業約占企業總數的99.3%，吸納了75.5% 的就業人口，創造40.3%的利稅。而企業的項目管控工作，對于企業新產品的開發，生產系統的新建、擴建、改善等都具有重要的意義。中小企業做好項目管理，可有效實現降低庫存，縮短訂單交貨期，控制產品研發成本、生產成本，最終全面提升企業的核心競的爭力。因此，有效引導工業工程專業的學生學好項目管理課程，讓學生具備應用相關理念方法解決企業實際生產中的問題的能力，是我們培養學生的重要目標。該課程的課程建設工作也被大多數院校列為工業工程專業建設的主要環節之一。
然而，在實際的課堂教學中，許多學生覺得課程理論性太強，學起來有些枯燥，興趣不濃。這是因為傳統的教學往往停留在填鴨式教學模式，學生被動接受知識；由于實驗教學設施和手段的限制致使教師偏重理論的講解，從而使得學生的主動思考能力和創造性學習能力都難以發揮；此外大多數學生對項目沒有感性確切的認知，難以把所學的知識進行理論實際的聯系，這也導致了學生學習難度的增加。
針對學生學習的積極性不高，教學效果不好等問題，許多教師做了相應的教學改革研究。趙浩宇[2]分析了高校項目管理教學中存在的問題，提出了一種基于案例和情景推演的教學方法；程敏[3]基于分布式認知視角對項目管理課程的學習活動的特質進行了分析，分別從師生關系、教學過程、教學媒介三個方面探討了項目管理課程分布式教學觀的轉向及教學模式創新方法。吳振華等[4]通過比較《項目管理》課程在本科生和研究生中教學方式的差異，分析了研究生《項目管理》課程教學過程中存在的問題并從學生自主學習、加強案例教學和開展實踐性教學三個方面提出了工業工程專業研究生《項目管理》課程的教學改革方案。董雄報等[5]分析了工業工程專業的特點及與項目管理的關系，總結了項目管理課程教學內容的選擇、教學中存在的主要問題，指出運用啟發式、案例式、實驗式等教學方法提高學生課堂學習效果；楚巖楓等[6]分析討論傳統教學模式與研究性教學模式的區別，從《項目管理》課程的特點出發，在課程教學中實施研究性教學模式，深度發掘學生的自主學習與創新意識；袁華[7]指出了目前項目管理課程教學存在的問題，并進一步探析了從教師能力，教學團隊，考核方式等幾個方面著手的項目管理課程教學改革的有效策略。
以上教師的研究都對項目管理課程的教學改進具有積極意義，但同時針對工業工程專業特點和現代信息化技術兩個角度出發的項目管理課程教學的研究比較少。本文參照已有教師的改革研究成果，結合現代數字化、信息化技術的發展，針對工業工程專業的學科特點和人才培養目標，對項目管理課程的教學體系及方法進行了探索實踐，調查結果表明教學效果良好，學生學習的主動性、積極性大幅度提高。
2 項目管理課程體系分析設計及其與信息化技術的結合
2.1 項目管理信息化技術簡介
信息管理的信息化技術是指應用先進的管理理念，借助先進的信息技術、數字化技術來整合項目現有的生產、物資、技術、設備、材料、財務、管理等資源及時有效的為項目管理者提供準確的數據信息，以便項目管理者對項目環境變化做出迅速反應，對干系人的需求及滿意度進行及時的干預，以便最大限度地讓各項目干系人的需求得到滿足，促成項目的成功，加強企業的競爭力。
S著科技的發展，項目管理工作已經不再是簡單的以人工勞動為主，現代信息技術對項目管理的傳統方式造成了沖擊，越來越多的企業認識到引進符合自身要求的信息化技術的重要性與迫切性。此外，項目管理作為企業管理的重要組成部分，項目的信息化管理有利于企業實現深化改革，促進企業效益的大幅提升，越來越多的企業借助項目管理信息化工具進行項目管理，達到了企業簡化管理流程和提高項目成功率，最終提高了企業競爭力。基于項目管理信息化平臺的可移植性及便利性，信息化技術可以和教學實際密切聯系起來，可以把具體的項目信息化模型在課堂里完整呈現給學生，讓理論教學有的放矢，克服傳統理論教學空對空的填鴨式傳授。
2.2 基于信息化技術的項目管理課程體系設計
工業工程專業的項目管理課程體系和一般管理類專業的項目管理課程（如“工程項目管理”、“會展項目管理”、“軟件項目管理”）應做有效區分。我們認為應結合工業工程專業特點和專業培養目標對該課程的課程體系進行優化設計，以使該課程區別于其他專業的項目管理課程。工業工程專業的學生通過學習項目管理課程，最終應對項目及其管理技術形成深入認識并掌握應用計劃與控制的手法改善項目管控績效的相關技能。課程的體系設計應緊扣工業工程師的能力培養目標，應圍繞工業工程師對項目的掌握、認知及管理改善相關能力的培養。基于以上考慮及未來智能制造、數字化、信息化的普及等遠景目標，我們設計了課程體系內容，并制定了能力培養目標和課程體系內容對應表，如表1所示。
項目管理課程就是要在企業在面臨項目多維度且互相矛盾的目標抉擇時，提供恰當的管控技術與手段，盡最大可能滿足各個目標，為企業創造最大的效益。學生要想掌握這一核心能力，必須構建必要的知識脈絡體系。圖1中，本文給出了由各知識點構建而成的工業工程專業學生的項目管理知識脈絡體系。在該體系中，我們以對項目的基本認知和對項目管理的基本認知為基石，以項目外部環境的整體把控與分析及內部組織過程資產的使用及構建為支柱，以項目啟動、規劃、執行、控制及收尾各過程中所涉及的子過程為各層架，構筑了工業工程專業的項目管理知識體系屋，最終追求的目標是全面達成企業的項目管理目標Q（質量）、D（交期）、C（成本）及滿足干系人的需求和期望。工業工程專業的學生，只要搭建了這樣的知識體系脈絡，就可以對項目管理有全面深入的了解認知，能夠對項目管控過程進行調研分析，然后本著工業工程的問題意識，用工業工程的專業手法去發現問題，分析問題，解決問題，最終幫助企業提高項目成功率，提升核心競爭力。
基于工業工程專業特色的教學，一定要從分析與改善著手；所以在課程的理論教學中，理論一定要和分析與改善結合起來，讓學生認識到所學的理論知識是真正有用的知識，是能為企業創造真金白銀的知識，從而提升學生的學習興趣和積極性。而信息化技術為該目標的實現提供了可行的路徑，有了信息化技術，我們可以方便的把“項目”搬進課堂，可以對其分析，優化，改善，“實施”并確認改善效果。
2.3 信息化技術和項目管理課程的融合
信息化技術基于現代建模與仿真技術，可以快速的建立項目管控模型，可以方便的把“項目”搬進課堂，讓理論教學言之有物。基于信息化技術的教學，可有效克服傳統理論教學的空洞無物等缺點，讓教學變得生動活潑起來，極大的提升學生的學習興趣，強化學生的知識掌握及有效知識體系的構建。信息化項目管理模型構建完成后，基于該環境可以讓學生充分理解掌握項目管控的關鍵知識點。可以讓學生結合實際任意調整項目計劃模型，驗證改善效果，從而深化工業工程改善意識，建立工業工程意識的項目管理理念；同時可以讓學生課下學習項目管理信息化軟件，在實踐環節中，布置具體的實踐任務，讓學生自己設置項目模型各環節參數，自己建模，自己分析問題，提出問題解決方案；在課程設計環節中，讓學生嘗試自己設計項目，制定計劃，模擬執行，模擬改善，形成執行――模擬――改善的PDCA循環。最終形成基于信息化技術的理論教學、實踐體驗與課程設計的全方位體驗式學習與實踐，強化、固化關鍵知識點，形成具有工業工程專業特色的項目管理知識體系。
3 結合信息化技術的教學實踐案例
本節我們結合信息化技術給出具體的教學實踐案例。
在講授項目管理的進度優化環節時，資源均衡一直是一個教學難點。我們結合信息化技術對該環節的教學過程進行了設計。首先在建立簡單的項目模型（如圖2所示），然后基于該模型進行現場資源分配，信息化管理軟件會實時繪制出資源需求曲線（如圖3所示），讓學生實時的看到資源在各任務之間的參與程度，理解資源需求曲線的繪制方法及邏輯。
在圖3中，可以明顯的看到未經優化的資源需求波動距離，非常不利于項目的有效管控。在講解了資源平衡的基本概念后，就可以在信息化軟件窗口中實時調整甘特圖中的任務開始時間，資源需求曲線隨之馬上發生變化（如圖4，圖5所示），學生可實時看到資源平衡的動態過程。因為學生有了充分的感性認知，以及基于信息化教學的興趣激發，大部分學生在接受該部分理論知識時都會興趣盎然，參與討論資源平衡的基本原則，最終形成對理論知識的深入掌握。
通過對項目計劃的動態調整，讓學生充分對比各種進度計劃下的資源需求情況，以及進一步講解資源平衡的原則，從而讓學生不僅掌握了資源均衡相關的理論知識，同時也掌握了相應的改善思路和方法，對進度優化中的關鍵概念也深入了解。
4 教學結果分析與討論
筆者對傳統的理論教學方法和與信息化技術相結合的教學方法的分別進行了問卷調查。問卷發放對象為前后學習該課程的工業工程專業學生，問卷調查結果顯92%的同學認為基于信息化技術的教育方法比傳統方法更容易接受，學習興趣得到了提升。學生普遍反應，采用與信息化技術相結合的項目管理課堂，感覺言之有物，學之有用，興趣很濃。此外，筆者也對前后兩年的考試卷進行了詳細分析，分別針對各知識點的得分率進行了統計，統計結果如表2所示。
從表2中可以看到，采用基于信息化技術的教學方法后學生在各知識點的得分率普遍獲得提高。比較枯燥的環節各類計算部分，采用和信息化技術相結合的教育方法后，各知識點的得分率大幅度提高，這表明學生的學習興趣得到了有效激發，知識體系的掌握深度和廣度都得到了充分擴展。
5 結論
本文基于信息化技術對工業工程專業的《項目管理》課程體系進行全面的詳細設計，教學體系和內容更加貼合工業工程專業的學科特點和人才培養方向。然后采用和信息化技術相結合的方法進行了理論教學研究與實踐以及構建了基于信息化技術的實踐體系和課程設計體系。實踐結果表明，本文所采用的教學改革極大的激發了學生的學習興趣，有效改善了學生學習的積極性和主動性，取得了較好的教學效果。
參考文獻：
[1]鄭昕，秦志輝.中國中小企業統計年簽（2014）[M].企業管理出版社，2014，2：23-45.
[2]趙浩宇.高校《項目管理》課程教學的優化[J].中國科教創新導刊，2013，25：35-36.
[3]程敏.基于分布式認知的《項目管理》課程教學模式創新研究[J].項目管理技術，2016，8：27-28.
[4]吳振華，王亞蓓.工業工程專業研究生《項目管理》課程教學建議[J].大眾科技，2015，4：82-84.
[5]董雄報，張學龍，李軍.工業工程專業項目管理課程教學研究[J].大學教育，2013，8：89-95.
關鍵詞：操作系統，課堂教學，教學方法
中圖分類號TP311 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2012.01.042
引言
操作系統是計算機系統的核心部分，不僅是最基本的系統軟件，而且是應用程序開發的基礎，操作系統課程在計算機科學與技術專業本科生教學中具有重要地位。該課程既要講授操作系統的基本概念，又要使學生掌握計算機操作系統的基本原理與典型的實現技術。
Andrew S.Tanenbaum認為，對于操作系統這門課程，學生應該學習那些在實踐中真正有用的概念，而不僅僅是尋求理論上的完善，William Stallings認為，單純講授概念和理論是遠遠不夠的，必須通過具體的例子來說明這些概念。
1操作系統課堂教學的目標
操作系統是最基本也是最重要的系統軟件，它控制計算機的所有系統資源，是應用軟件開發的基礎。操作系統課程的教學不僅要強調操作系統的原理，更要強調它的設計與實現技術。通過該課程的學習，使學生在掌握基本知識的同時，具有在相關領域繼續深入學習的能力。
因此，首先需要根據計算機科學與技術專業人才培養的目標以及操作系統課程在專業培養目標中的定位，確立課程的教學目標。為了加強對學生設計和實現操作系統能力的培養，我校計算機科學與技術專業培養方案將操作系統的設計與實現作為課程設計單獨設置。本文不涉及操作系統實驗方面的研究。
根據學生的不同興趣和能力，我們提出了以下三個層次的教學目標：
(1)基本目標。掌握操作系統的基本概念、工作原理與典型的實現技術。這個目標是作為計算機科學與技術專業本科生必須要達到的目標，是操作系統這門課教學的基本要求。
(2)中級目標。在應用軟件(特別是大型軟件)設計中能借鑒操作系統設計中的思想和方法，如時間與空間、性能與方便使用之間的權衡；在并發程序設計中能熟練運用信號量等操作系統提供的進程間通信(InterProcess Communication，IPC)機制。學生在應用軟件設計中，可以借鑒操作系統設計中的思想或方法來解決相關問題，能設計進程同步算法，并具有綜合運用所學知識對具體操作系統進行分析和設計的能力，
(3)高級目標。設計與實現具體的操作系統或剪裁實際的操作系統(如嵌入式操作系統)。要達到這個目標仍需要學生繼續深入學習和進行大量的實踐。因此，我們在本課程的教學中為學生推薦深入學習和課外實踐的參考資料以及實踐內容。對于部分能力強的學生，通過課外實踐，是可以初步達到這個目標的。對于多數學生，通過后續的操作系統課程設計，自己動手實現一個小型的操作系統，可以逐步達到該目標。
2操作系統課程的內容組織
操作系統課程具有原理多、概念相對抽象、內容涉及范圍廣等特點。教學內容包括操作系統內部工作原理、相關概念、實現技術與算法等，在有限的學時中要覆蓋所有教學內容是不可能的。該課程的核心知識點包括：進程與線程的概念，進程同步，進程間通信，經典進程同步問題，死鎖，進程調度，內存管理，文件系統，I/O設備管理以及典型操作系統實例。可選的知識點有：操作系統安全與保護、實時操作系統、嵌入式系統、容錯、分布式操作系統等。因此必須合理設計教學內容以及講授次序。
在教學內容的選擇上我們堅持以下原則：
(1)明確教學目標，突出講授重點，理論聯系實際，不求面面俱到；
(2)強調具體實現技術，盡可能做到原理與實現技術的呼應；
(3)教學內容涵蓋全國計算機科學與技術專業碩士研究生統一入學考試大綱。
根據以上原則，我們在內容組織上采取如下思路：
(1)現代操作系統四大功能(進程管理、內存管理、文件系統、設備管理)的設計原理與實現技術構成操作系統課程的知識體系。圍繞現代操作系統的四大功能展開操作系統的教學，實例研究選擇以Linux為主，適當介紹Windows的實現原理。
(2)在整個課程的學時分配上，以進程管理為重點，特別是并發與同步，占用最多的講授學時，其次是內存管理，然后是文件系統、設備管理。
(3)進程同步算法是操作系統課程的重點，也是難點。現代計算機系統廣泛采用多任務環境，應用軟件也日趨復雜，其中涉及到資源的共享與競爭、多個任務之間的通信與同步等問題，所有這些問題的基礎是并發。并發是程序員在開發復雜多任務應用時必然要面臨的問題。因此，進程同步不僅是操作系統設計中的重要問題，而且在復雜并發軟件開發中具有非常重要的實際應用價值，對于學生來說，掌握這部分內容難度較大。因此，在課堂教學上不僅要講清概念，而且要讓學生真正掌握其實現技術。例如，互斥與信號量的實現技術、經典進程同步算法設計方法與實例分析等。
(4)適當壓縮進程調度與死鎖的教學內容。拿死鎖來說，許多內容在操作系統設計和實際應用軟件開發中并不實用(例如銀行家算法)，因此在教學內容上注重思想，不對細節進行介紹。
(5)在講授次序上，不照搬教材。例如死鎖部分，不同的教材采用不同的次序，很多教材將其納入進程管理部分。由于死鎖涉及共享資源，而共享資源與內存管理、文件系統以及設備管理的相關知識有關，將死鎖放在后面講解更有利于學生的理解和掌握。
3教學方法與手段
根據該課程概念多、抽象的特點，逐步形成了有自身特色的教學方法，主要體現在以下方面：
(1)“整體一局部一整體”的教學思路
課程開始時，在介紹“什么是操作系統”、“操作系統發展過程中形成的一些基本概念”、“操作系統對運行環境的要求”、“為什么要學習操作系統”之后，首先告訴學生學習該課程要達到或盡力達到的三個目標，給出操作系統的整體知識結構，使學生首先建立該課程的整體框架。
在具體講授操作系統各部分基本原理和實現技術的過程中，始終結合這個整體框架來逐步展開、細化，保持主線明確、思路清晰。
課程最后進行總結，將課程開始時建立的整體骨架落實，引導學生建立起該課程的整體概念和知識體系。
(2)“‘是什么’、‘為什么’、‘有什么用’、‘如何實現’相呼應”的內容組織
由于操作系統涉及的概念、原理多，很多概念比較抽象，學生不容易理解。因此，在講授時除了說明“是什么”以外，注重從“為什么”、“有什么用”以及“如何實現”等多角度告訴學生相關概念或原理的實質。例如，信號量是操作系統中一個非常重要而有實際應用價值的概念，也是本課程的一個難點，除了按照一般教科書上介紹的信號量基本概念之外，還要說明“信號量的物理意義：信號量的值表示可用資源的數量”、“引入信
號量是為了從操作系統的層面上解決進程并發帶來的結果不確定性問題”、“用信號量可以設計任何的進程同步算法”、“用忙等待或阻塞方式實現信號量的程序代碼”、“從資源等待的角度出發去分析設計進程同步算法”等，并結合匯編語言說明互斥的實現方法。同時，要求學生在課外用C語言和匯編語言相結合，實現具體的進程同步問題，使學生深入理解概念的本質并能靈活應用去解決實際問題。
(3)“從操作系統設計者的角度去思考”的學習方法
操作系統是由人設計的，許多原理和技術不存在誰對誰錯、甚至沒有絕對的好壞之分，必須放在特定的環境和目標下去分析。因此，在教學過程中，對于許多內容，直接告訴學生結果往往不重要，重要的是如何思考解決問題的方法。因此，在課堂教學過程中，始終貫穿一種學習方法：學生把自己看作一個操作系統的設計者，從設計者的角度去思考“我設計和實現操作系統時如何解決這個問題”、“為什么采取這種方法”等，盡量減少“死記硬背”，注重體會其中的重要思想。
(4)“課堂講授、實踐與討論相結合”的引導式教學形式
在課堂上，根據教學內容的特點，采取靈活多樣的教學形式。例如，對于設備管理中的“I/0數據傳送方式”，由于學生具有先修課“計算機組成原理”的基礎，這部分內容很容易理解，因此在課堂上直接進行精練的講授，具體細節留給學生課后自學；對于經典的進程同步問題，如果只是由教師講解如何設計以及設計出的結果，學生在遇到實際問題時往往不知道如何入手分析。因此，對于這部分內容，首先通過一個典型例子的講解，告訴學生設計同步算法時對問題的思考和分析方法，在此基礎上，其他例子先由學生在課堂上自己設計，把結果寫在黑板上，最后由任課教師對學生們的解決方案(往往是五花八門)進行點評，在實際教學中收到了良好的效果，也調動了學生學習的積極性。當然，要求教師對這些內容要相當熟悉、融會貫通，因為學生們經常會給出一些預想不到的解決方案，雖然可能不正確，但對教學很有幫助，是學生掌握知識、提高解決實際問題能力的第一手素材。同時，給出一些課外實踐性的作業，提高知識運用和實際動手能力。、
(5)“多媒體與板書有機結合”的教學手段
板書的優點是利于啟發思考，但缺點是影響進度、信息量欠缺；多媒體課件的優點是利于擴大課堂的信息量，但不太利于啟發學生的思考。因此，根據課程不同內容的特點，選擇采取板書、多媒體以及多媒體課件與板書結合等形式。例如，在講授算法的過程中，直接采用多媒體不利于啟發思考，講授過程以板書為主，最終結果以多媒體給出，以節省時間。
在多媒體課件的設計與使用過程中，堅持一個理念：講課不是做報告，雖然講課有藝術的成分，但不是表演、不是放動畫片。因此，在多媒體課件中，盡量做到文字精練、樸實，避免大段的文字，輔以適當簡單的動畫給學生思考的時間和空間。
4結論
操作系統在整個計算機系統中占有重要地位，操作系統課程是計算機科學與技術專業本科生的核心課程。合理的教學目標定位、有效的教學內容組織與教學方法對于學生深入理解課程內容和提高分析解決實際問題的能力具有重要作用。本文提出了操作系統課程的三個層次的教學目標，探討了“整體一局部一整體”的教學思路與“課堂講授、實踐與討論相結合”的引導式教學形式等。
參考文獻
[1]Andrew s.Tanenbaum著.陳向群，馬洪兵等譯.現代操作系統(原書第3版)[M].北京：機械工業出版社，2009.
