林基艷， 張慧， 張雅瓊(榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院， 榆林 719000)

基于數(shù)據(jù)挖掘分析的“操作系統(tǒng)”課程改革

林基艷， 張慧， 張雅瓊
(榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院， 榆林 719000)

利用數(shù)據(jù)挖掘?qū)v年操作系統(tǒng)教學(xué)過程中積累的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，發(fā)現(xiàn)影響操作系統(tǒng)課程成績的主要因素，并針對這些因素提出操作系統(tǒng)課程改革方案。將系統(tǒng)觀與操作系統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，重新規(guī)劃操作系統(tǒng)的課程內(nèi)容、強(qiáng)化計算機(jī)專業(yè)核心課程之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生形成一致的、完整的計算機(jī)系統(tǒng)的整體概念，使學(xué)生具有系統(tǒng)層面的認(rèn)知和設(shè)計能力。

數(shù)據(jù)挖掘； 操作系統(tǒng)； 課程改革； 系統(tǒng)觀

Abstract： Data mining is used in the paper to carry out the mining and analysis on the basic data that accumulated in the process of operating system’s teaching over the years. In the mining and analysis process, main factors that can influence the scores of operating system are found, and the course reform scheme is put forward aiming at these factors. The reform scheme combines the systematic perspective with the operating system teaching, and re-plans the course content, as well as strengthens the connections among the core courses of computer. The scheme can help students form a global concept of consistent and complete computer system and let students develop the cognitive and design ability from the system level.

Keywords： Data mining; Operating system; Course reform; Systematic perspective

0 引言

“操作系統(tǒng)”是計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的一門核心課程，該課程理論性強(qiáng)、涉及的知識面廣，錯綜復(fù)雜、再者因操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)管理和控制軟硬件資源，起著承上啟下的作用，所以涉及較多的軟硬件知識，這些特點(diǎn)也導(dǎo)致“操作系統(tǒng)”課難教，學(xué)生難學(xué)，考試成績不盡如人意的情況[1]。而考試成績不但可以用于評價教學(xué)質(zhì)量，也可用于評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，在長期的教學(xué)過程中，勢必會積累大量的基礎(chǔ)教學(xué)數(shù)據(jù)，比如學(xué)生成績、教學(xué)條件、教學(xué)環(huán)境等，因此，可以采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對這些成績數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的挖掘分析，找到這些數(shù)據(jù)背后包含的價值和關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而客觀、準(zhǔn)確地找出影響學(xué)生成績的因素，為進(jìn)一步提高“操作系統(tǒng)”的教學(xué)質(zhì)量，深化教學(xué)改革提供數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)[2]。

數(shù)據(jù)挖掘DM，也稱作數(shù)據(jù)庫中的知識發(fā)現(xiàn)，即從大量的歷史數(shù)據(jù)集合中提取有效的、新穎的、潛在有用的、最終可理解的信息和知識的過程，簡單的說，數(shù)據(jù)挖掘就是一種用統(tǒng)計的算法從大量數(shù)據(jù)中找出其中隱含的某些規(guī)律和關(guān)聯(lián)性知識的數(shù)據(jù)檢索方法[3]。數(shù)據(jù)挖掘方法有多種——分類或預(yù)測型發(fā)現(xiàn)、聚類、序列模式發(fā)現(xiàn)、關(guān)聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)、異常和趨勢發(fā)現(xiàn)等，關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘是數(shù)據(jù)挖掘的一個重要研究分支，其目的即發(fā)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)集中的關(guān)聯(lián)或相關(guān)聯(lián)系[4]。

隨著“操作系統(tǒng)”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不斷積累，可以利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從大量的歷史基礎(chǔ)教學(xué)數(shù)據(jù)中挖掘影響“操作系統(tǒng)”課程成績的主要因素、發(fā)現(xiàn)“操作系統(tǒng)”與其他課程之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而使用系統(tǒng)觀的現(xiàn)代教學(xué)理念進(jìn)行“操作系統(tǒng)”課程教學(xué)改革，重新規(guī)劃“操作系統(tǒng)”課程的內(nèi)容，使“操作系統(tǒng)”于其關(guān)聯(lián)課程之間的內(nèi)容聯(lián)系更緊密、銜接更加順暢，幫助學(xué)生從計算機(jī)系統(tǒng)整體的角度理解“操作系統(tǒng)”課程[5]。

1 “操作系統(tǒng)”數(shù)據(jù)挖掘?qū)嶒炘O(shè)計

論文的研究對象為某高校信息工程專業(yè)2013級、2014級、2015級3個專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要包括學(xué)生信息(學(xué)號、學(xué)院、專業(yè)、班級)，課程信息(課程編號、課程類別、開課院系、學(xué)分)、成績信息(平時成績、考試成績、總評成績)，通過對這些數(shù)據(jù)實(shí)施關(guān)聯(lián)挖掘分析，發(fā)現(xiàn)哪些課程跟“操作系統(tǒng)”課程成績有關(guān)聯(lián)，部分關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，如圖所1示。

從關(guān)聯(lián)性分析的結(jié)果可以看出，組成原理、編譯原理兩門課程的成績對“操作系統(tǒng)”成績影響較大，由此可見，“操作系統(tǒng)”課程改革的重點(diǎn)是課程內(nèi)容的變革，即優(yōu)化課程內(nèi)容，將操作系統(tǒng)、組成原理與匯編語言、編譯原理中關(guān)鍵概念貫穿起來，使這些核心課程之間的內(nèi)容聯(lián)系更緊密，如此，不但有利于“操作系統(tǒng)”課程成績的提高，還可以幫助學(xué)生真正明白計算機(jī)系統(tǒng)如何運(yùn)作，讓學(xué)生深層次地掌握操作系統(tǒng)的核心原理與設(shè)計精髓，同時學(xué)會運(yùn)用相關(guān)原理和方法解決實(shí)際問題[6]。

圖1 關(guān)聯(lián)性分析結(jié)果

2 “操作系統(tǒng)”課程改革實(shí)施

基于數(shù)據(jù)挖掘分析的“操作系統(tǒng)”課程改革主要強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)能力”的重要性，在“操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)過程中，貫穿與“操作系統(tǒng)”關(guān)聯(lián)性較高的匯編語言、編譯原理、組成原理等的課程內(nèi)容，教學(xué)過程中將C語言程序的開發(fā)和運(yùn)行作為主線，把此過程中每個環(huán)節(jié)涉及到的硬件和軟件的基本概念關(guān)聯(lián)起來，讓學(xué)生建立一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)框架[6]。因此，此次“操作系統(tǒng)”課程改革主要分兩方面進(jìn)行：

1、深化“操作系統(tǒng)”的課程內(nèi)容

“操作系統(tǒng)”的授課內(nèi)容不再單一的圍繞操作系統(tǒng)的功能展開，而是從系統(tǒng)觀角度出發(fā)，參考南京大學(xué)袁春風(fēng)老師的《計算機(jī)系統(tǒng)基礎(chǔ)》，將課程內(nèi)容調(diào)整為數(shù)據(jù)的表示和處理、程序的轉(zhuǎn)換及機(jī)器級表示、程序的鏈接、程序的執(zhí)行、進(jìn)程管理、處理機(jī)調(diào)度與死鎖、存儲器管理、文件管理、I/O管理、操作系統(tǒng)的接口等。因為課程內(nèi)容較多，因此開設(shè)一個一學(xué)年的課程，具體方法如表1所示。

表1

int main( )

{ int i , j , sum;

sum=0;

for(i=1; i<10;i++)

{ for(j=1;j<10;j++)

{ sum+=i*j ; }

}

printf(“%d ”,sum);

}

在授課過程中，以上面的C程序為例，首先講解程序中的整型數(shù)據(jù)i,j等在計算機(jī)內(nèi)部是怎么存儲的，i和j在計算機(jī)內(nèi)部是如何相乘的，乘積結(jié)果是如何傳送的以此引入數(shù)據(jù)的機(jī)器級表示與處理章節(jié)的內(nèi)容；接著，講解以上程序是否直接可以在計算機(jī)上運(yùn)行的，以此引入從高級語言程序到機(jī)器級指令中間經(jīng)過了哪些步驟，即程序的轉(zhuǎn)換和機(jī)器級表示；接著通過以上程序的運(yùn)行步驟引入程序的鏈接、執(zhí)行和進(jìn)程、存儲器、I/O、文件、接口等相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容。

2、強(qiáng)化“操作系統(tǒng)”實(shí)驗內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，是課堂理論講授的實(shí)際應(yīng)用。為了更好的培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思維的能力、工程思維的能力，強(qiáng)調(diào)軟硬件配合，培養(yǎng)專業(yè)興趣，將實(shí)驗內(nèi)容進(jìn)行完善[7]。實(shí)驗內(nèi)容更新為：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程通信、簡易調(diào)試器、程序執(zhí)行、cache與存儲管理、異常與I/O。

3 總結(jié)

通過數(shù)據(jù)挖掘分析影響“操作系統(tǒng)”課程成績的因素，發(fā)現(xiàn)操作系統(tǒng)與其他課程的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而分析進(jìn)行操作系統(tǒng)課程改革的必然和可行性，改革從系統(tǒng)觀出發(fā)，強(qiáng)調(diào)調(diào)整課程內(nèi)容和強(qiáng)化實(shí)驗環(huán)節(jié)，加強(qiáng)操作系統(tǒng)和其他核心課程的聯(lián)系，不但可以提高學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)積極性，更可以提高教學(xué)質(zhì)量。

[1] 鄭廣海,曲英偉. “嵌入式Linux操作系統(tǒng)及實(shí)踐”課程改革[J]. 計算機(jī)教育,2012(4):37-40+44.

[2] 趙鵬,劉慧婷,姚晟,紀(jì)霞. 基于系統(tǒng)能力培養(yǎng)的操作系統(tǒng)課程改革和建設(shè)[J]. 計算機(jī)教育,2016(1):56-58.

[3] 吳喜萍. 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的高校學(xué)生學(xué)習(xí)成績分析[D].成都：西南交通大學(xué),2010.

[4] 何月順. 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘技術(shù)的研究及應(yīng)用[D].南京：南京航空航天大學(xué),2010.

[5] 王志英, 周興社, 袁春風(fēng), 等. 計算機(jī)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力培養(yǎng)和系統(tǒng)課程體系設(shè)置研究[J]. 計算機(jī)教育, 2013(9): 1-6.

[6] 袁春風(fēng), 王帥. 大學(xué)計算機(jī)專業(yè)教育應(yīng)重視“系統(tǒng)觀”培養(yǎng)[J]. 中國大學(xué)教學(xué), 2013(12): 41-46.

[7] 梁正平,李炎然,王志強(qiáng). 計算思維導(dǎo)向的操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革[J]. 計算機(jī)教育,2012,(19):27-30.

OperatingSystem’sCourseReformBasedonDataMiningandAnalysis

Lin Jiyan, Zhang Hui, Zhang Yaqiong
(School of Information Technology, Yulin University, Yulin 719000, China)

TP393

A

2017.04.10)

陜西省榆林市榆林學(xué)院教學(xué)改革項目(面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的“計算機(jī)操作系統(tǒng)”教學(xué)改革研究)

林基艷(1984-)，女，山東煙臺人，講師，研究方向：可信計算、無線網(wǎng)絡(luò)安全，智能交通。 張慧 (1984-)，女，陜西榆林人，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘、信息管理與信息系統(tǒng)、信息系統(tǒng)建模與仿真。 張雅瓊 (1983-)，女，陜西榆林人，副教授，研究方向：無線路由網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全。

1007-757X(2017)09-0030-02