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(榆林學院 信息工程學院， 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
(榆林學院 信息工程學院， 榆林 719000)

利用數(shù)據(jù)挖掘?qū)v年操作系統(tǒng)教學過程中積累的基礎數(shù)據(jù)進行挖掘分析，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)教學相結合，重新規(guī)劃操作系統(tǒng)的課程內(nèi)容、強化計算機專業(yè)核心課程之間的聯(lián)系，幫助學生形成一致的、完整的計算機系統(tǒng)的整體概念，使學生具有系統(tǒng)層面的認知和設計能力。

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)”是計算機相關專業(yè)的一門核心課程，該課程理論性強、涉及的知識面廣，錯綜復雜、再者因操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中負責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，這些特點也導致“操作系統(tǒng)”課難教，學生難學，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質(zhì)量，也可用于評估學生的學習效果，在長期的教學過程中，勢必會積累大量的基礎教學數(shù)據(jù)，比如學生成績、教學條件、教學環(huán)境等，因此，可以采用數(shù)據(jù)挖掘技術對這些成績數(shù)據(jù)進行客觀準確的挖掘分析，找到這些數(shù)據(jù)背后包含的價值和關聯(lián)關系，從而客觀、準確地找出影響學生成績的因素，為進一步提高“操作系統(tǒng)”的教學質(zhì)量，深化教學改革提供數(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——分類或預測型發(fā)現(xiàn)、聚類、序列模式發(fā)現(xiàn)、關聯(lián)規(guī)則發(fā)現(xiàn)、異常和趨勢發(fā)現(xiàn)等，關聯(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)集中的關聯(lián)或相關聯(lián)系[4]。

隨著“操作系統(tǒng)”基礎數(shù)據(jù)的不斷積累，可以利用數(shù)據(jù)挖掘技術從大量的歷史基礎教學數(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聯(lián)關系，進而使用系統(tǒng)觀的現(xiàn)代教學理念進行“操作系統(tǒng)”課程教學改革，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，幫助學生從計算機系統(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)學生的基礎數(shù)據(jù)，主要包括學生信息(學號、學院、專業(yè)、班級)，課程信息(課程編號、課程類別、開課院系、學分)、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)實施關聯(lián)挖掘分析，發(fā)現(xiàn)哪些課程跟“操作系統(tǒng)”課程成績有關聯(lián)，部分關聯(lián)分析結果，如圖所1示。

從關聯(lián)性分析的結果可以看出，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，還可以幫助學生真正明白計算機系統(tǒng)如何運作，讓學生深層次地掌握操作系統(tǒng)的核心原理與設計精髓，同時學會運用相關原理和方法解決實際問題[6]。

圖1 關聯(lián)性分析結果

2 “操作系統(tǒng)”課程改革實施

基于數(shù)據(jù)挖掘分析的“操作系統(tǒng)”課程改革主要強調(diào)“系統(tǒng)能力”的重要性，在“操作系統(tǒng)”課程的教學過程中，貫穿與“操作系統(tǒng)”關聯(lián)性較高的匯編語言、編譯原理、組成原理等的課程內(nèi)容，教學過程中將C語言程序的開發(fā)和運行作為主線，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聯(lián)起來，讓學生建立一個完整的計算機系統(tǒng)層次結構框架[6]。因此，此次“操作系統(tǒng)”課程改革主要分兩方面進行：

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)，參考南京大學袁春風老師的《計算機系統(tǒng)基礎》，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)換及機器級表示、程序的鏈接、程序的執(zhí)行、進程管理、處理機調(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，因此開設一個一學年的課程，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等在計算機內(nèi)部是怎么存儲的，i和j在計算機內(nèi)部是如何相乘的，乘積結果是如何傳送的以此引入數(shù)據(jù)的機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上運行的，以此引入從高級語言程序到機器級指令中間經(jīng)過了哪些步驟，即程序的轉(zhuǎn)換和機器級表示；接著通過以上程序的運行步驟引入程序的鏈接、執(zhí)行和進程、存儲器、I/O、文件、接口等相關章節(jié)的內(nèi)容。

2、強化“操作系統(tǒng)”實驗內(nèi)容

實踐教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)，是課堂理論講授的實際應用。為了更好的培養(yǎng)學生系統(tǒng)思維的能力、工程思維的能力，強調(diào)軟硬件配合，培養(yǎng)專業(yè)興趣，將實驗內(nèi)容進行完善[7]。實驗內(nèi)容更新為：進程調(diào)度、進程通信、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

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)與其他課程的關聯(lián)關系，從而分析進行操作系統(tǒng)課程改革的必然和可行性，改革從系統(tǒng)觀出發(fā)，強調(diào)調(diào)整課程內(nèi)容和強化實驗環(huán)節(jié)，加強操作系統(tǒng)和其他核心課程的聯(lián)系，不但可以提高學生對課程的學習積極性，更可以提高教學質(zhì)量。

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

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

[3] 吳喜萍. 基于關聯(lián)規(guī)則數(shù)據(jù)挖掘技術的高校學生學習成績分析[D].成都：西南交通大學,2010.

[4] 何月順. 關聯(lián)規(guī)則挖掘技術的研究及應用[D].南京：南京航空航天大學,2010.

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

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

[7] 梁正平,李炎然,王志強. 計算思維導向的操作系統(tǒng)課程教學改革[J]. 計算機教育,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院教學改革項目(面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的“計算機操作系統(tǒng)”教學改革研究)

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、網(wǎng)絡安全。

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