《操作系统》是计算机专业课程体系中的专业基础课，本课程以系统性思维为导向，以能力培养为核心，以服务应用为目标，让学生掌握操作系统的目标、作用和模型，领会操作系统的功能和实现过程，增强运用理论知识解决复杂问题的能力。 知识目标：掌握操作系统的基本原理及组成构架，掌握进程控制、处理机调度和死锁、存储器管理的原理及方法，理解I/O系统、文件系统及操作系统的安全需求和访问控制策略。 能力目标：能够运用计算机操作系统的基本思想及方法，特别是资源管理的思维角度来分析与解决问题。 素养目标：操作系统领域的中美差距很大，培养学生危机意识，培育学生资源管理与调度的意识，构建严谨治学的科学态度和积极向上的价值观。 素养目标：操作系统领域的中美差距很大，培养学生危机意识，培育学生资源管理与调度的意识，构建严谨治学的科学态度和积极向上的价值观。 操作系统课程在多个教学环节中将现代信息技术与课程教学进行有机融合，具体如下： 1、在课堂教学中，运用移动端智慧教学工具“雨课堂”进行交互式教学，学生答题率与正确率表现较好，有效提升交互效率与学生学习兴趣； 2、在实验教学中，在虚拟实验平台“实验楼”上构建了操作系统课程的系列实验，通过有效学习时间等指标有效监测学生的努力程度，便于提醒与促进后进学生，表扬与鼓励先进学生； 3、通过多维度的教学数据采集与分析，开展了成绩预测、跨界关联等研究工作，其数据分析结果与教研成果反哺课程教学，有效支撑教学决策与教学改革实施。

《操作系统A》教学大纲 一、课程信息 编码： 0302008 Code： 0302008 课程名称： 操作系统A Course Title： Operating System 学分： 3 Credit(s)： 3 课程类别 专业基础课 Course Category： Professional Basic Course 学时： 48 School Hour： 48 开课学期： 第四学期 Semester： The Forth Semester 先修课程： 计算机组成原理、C语言程序设计（1）、（2）、数据结构 Prerequisites： Principle of computer composition，C language programming(1)、(2)，The data structure 开课单位： 计算机与通信学院(人工智能产业学院) Offering College： College of Computer and Communication (Industry College of Artificial Intelligence) 二、课程性质 操作系统是计算机系统中的重要系统软件，《操作系统》是计算机科学与技术专业重要的专业课程。本课程面向计算机科学与技术专业本科学生，目的是使学生全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程,能够运用操作系统知识和方法，设计相关智能调度算法，完成算法方案的设计。使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，提高运用理论知识解决实际问题能力。 三、课程的能力目标 操作系统的课程目标如下： 课程目标1：能将操作系统的基本原理及组成结构、基本概念、特征、性能、用途和相关的新概念、名词及术语运用于计算机领域复杂工程问题的关键环节的判断和识别，进行问题的抽象与分解。 课程目标2：能够运用操作系统及各子系统如进程控制、处理机调度、存储器管理、I/O系统和文件系统的基本原理和方法，对相关问题与环节选用或建立合适的数据模型，并进行模型评价。 课程目标3：针对各类资源管理与调度的具体需求，能够运用操作系统知识和方法，设计相关智能调度算法，完成算法方案的设计。 课程能力目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 支撑权重 课程目标达成途径 2问题分析 2.1问题的抽象与分解：应用计算机软硬件专业知识判断和识别计算机领域复杂工程问题的关键环节，进行问题的抽象与分解。 课程目标1 30% 启发式教学、问题驱动、雨课堂、考试 2问题分析 2.2 问题分析：能分析计算机领域复杂工程问题的影响因素，选用或建立合适的数据模型，通过模型评价获得有效结论。 课程目标2 50% 案例教学、启发式教学、问题驱动、单元测试、考试 3-设计/开发解决方案 3.1系统设计：通过文献查询，结合计算机软硬件系统全周期、全流程的基本设计/开发方法和技术，针对解决方案进行系统设计。 课程目标3 20% 启发式教学、问题驱动、讨论、实验、考试 课程思政 操作系统是计算机系统中的重要系统软件，《操作系统》是专业核心课程。在课程教学中，要把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生系统化认知与解决问题的能力；要注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。 1.表明在软件领域，操作系统是我国信息产业发展的瓶颈，与美国等IT发达国家对比，差距很大，需要迎难而上，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当； 2.让同学们学习如何掌控自身的时间资源，提升系统化认知与时间管控能力； 3.让同学们学习如何在新时代更好地进行资源互享与互助； 4.通过存储安全，强调信息安全、数据安全、网络安全等。 四、教学内容设计 1、理论教学(36课时) 课程目标 教学内容 教学要求 学时 思政融入途径 课程目标1：能将操作系统的基本原理及组成结构、基本概念、特征、性能、用途和相关的新概念、名词及术语运用于计算机领域复杂工程问题的关键环节的判断和识别，进行问题的抽象与分解。 操作系统概述；操作系统的子系统的相关基础知识 能运用操作系统和子系统的基本概念、特征、功能进行相关问题的判断与识别，并基于操作系统的基础原理与子系统结构对问题进行抽象与分解。 4 1、切入点：操作系统发展史； 讲授：中美操作系统差异，年轻一代需具有使命担当。 2、切入点：操作系统现状； 视频讲解：华为的鸿蒙操作系统，中国操作系统任重道远。 进程的描述，前驱图 能依据进程的基本概念与原理对进程与程序进行判断与识别，对前驱关系进行抽象。 2 存储器的层次结构，对换 能依据各类存储器的特征与功能判断与识别各类存储器所处的层次，能基于对换的原理对相关问题进行抽象与分析。 2 输入输出系统与文件系统 能依据I/O设备的类型、I/O控制方式，基于设备无关性等原理，提升对I/O系统的认知；能运用文件系统的基础知识进行相关问题的判断与识别。 4 3、切入点：I/O引言； 讨论：学习是输入，以后的工作与实践是产出，学以致用，为民族与社会创造价值。 4、切入点：文件共享； 讨论：资源共享与互助共赢是发展主旋律，习主席提出的“人类命运共同体” 课程目标2：能够运用操作系统及各子系统如进程控制、处理机调度、存储器管理、I/O系统和文件系统的基本原理和方法，对相关问题与环节选用或建立合适的数据模型，并进行模型评价。 进程的控制，进程的同步，处理机调度。 能运用进程控制、进程同步的基本原理和方法（如信号量机制），对相关问题与环节选用合适模型与调度算法（先来先服务、优先级调度、时间片轮转等），并采用周转时间、响应时间等性能指标对各模型、算法进行评价。 6 5、切入点：进程的同步； 讲授：通过并发执行，拓展学生的系统化认知能力，对自身事务有规划、有效率。 6、切入点：优先级调度； 讨论：从优先级引申出自身事务的重要性评价，遵循提升长期价值，优先做对个人、社会长期有益的事情。 存储器管理与虚拟存储器 能基于程序执行的局部性原理和多级存储的层次结构，认知程序装入、连接、重定位中的地址转换过程，进而区分与选用各类存储分配方式；能依据存储目标与软硬件基础选用分页存储、分段存储或段页式存储，并进行相关评价。 6 7、切入点：各类存储器； 讲授：从资源的合理利用，提升学生认知、获取、利用资源的能力。 磁盘存储器管理 能基于各种扫描算法的特点选用适用的磁盘扫描算法；能基于不同的目标要求选用连续分配与离散分配。 4 8、切入点：信息存储与安全； 讨论：大数据时代，信息、数据的保护非常重要。人与人之间的相互尊重，禁止“网络暴力”，宣扬正能量。 课程目标3：针对各类资源管理与调度的具体需求，能够运用操作系统知识和方法，设计相关智能调度算法，完成算法方案的设计。 经典进程的同步问题 能基于进程的同步原理，运用信号量机制，设计相关算法解决经典进程的同步问题（如生产者－消费者、哲学家就餐、读者－写者、公交运行等问题） 4 死锁与银行家算法 能运用死锁的概念与应对死锁的多种方法；能采用预防死锁与安全状态的原理，设计银行家算法，并计算其中的安全序列。 6 2、实验（12课时） 课程目标 教学内容 教学要求 学时 思政融入途径 课程目标3：针对各类资源管理与调度的具体需求，能够运用操作系统知识和方法，设计相关智能调度算法，完成算法方案的设计与执行。 实验一 进程调度算法 依据进程调度的具体需求，设计满足基本并发操作的进程调度过程，完成并运行算法方案。 2 9、切入点：进程调度； 讲授人生也应该对自身进行大的系统化认知与规划，构建长期目标，提升长期价值，做对家庭与社会有贡献的人。 实验二 优先级调度算法 依据优先级进程调度的具体需求，设计满足优先数高的进程优先执行的调度过程，完成并运行算法方案。 2 实验三 时间片轮转调度算法 依据时间片轮转调度的具体需求，设计满足时间片切换的调度过程，完成并运行算法方案。 2 实验四 资源分配算法 依据计算机系统内部资源分配的具体需求，设计能进行多进程多资源的分配过程，完成并运行资源分配算法方案。 2 实验五 银行家算法 依据避免死锁原理和计算机系统内部资源分配的具体需求，设计能计算安全序列的分配过程，完成并运行银行家算法方案。 2 实验六 磁盘调度算法 依据磁盘资源访问的具体需求，设计能解磁盘磁头调度过程，完成并运行多个磁盘调度算法方案。 2 五、教学组织与实施 教学组织构成表 教学组织 教学实施途径 支撑教学环节 课前预习 通过在线班级布置相关任务；通过国家级在线精品课程开展前期概述性视频学习。提升学生对新知的抽象与归纳能力，提升自学能力。 慕课，雨课堂导学，国家级在线精品课 课堂讲授 贯彻“以学为中心”的教学理念，以“原理－方法－功能－系统”为主线，实现教学中“理论+实践、原理+方法、模块+系统”的有机结合，并融合教育实时数据开展智慧教学改革与尝试。 讲授中采用“启发式教学”、“情景式教学”、“问题驱动式教学”、“案例式教学”、“分组讨论教学”、“分析归纳教学”、“探究讨论教学”等。注重提升学生对知识的抽象与分解、归纳与总结、设计与评价等方面的能力。 理论讲授，实验，课内分组讨论，案例分析，雨课堂小测，单元测验 课外讨论与复习 在雨课堂班级中公布讨论主题；通过作业完成重要知识点的复习与巩固，提升学生的问题分析、抽象、分解与解决能力。 课后主题讨论，作业，国家级在线精品课 期末考试 在期末考试中覆盖重要知识模块，注重提升应用性能力、综合性能力评测，强化提升学生的应用性与综合性能力的教学导向。 期末考试（闭卷，120分钟） 六、课程考核方式 课程教学环节和成绩构成表 成绩 环节考核项目 教学评价形式 评价要素 课堂表现10% 课堂问答与互动 交互式问答 雨课堂讨论区 在课堂教学中，对问题进行正确的判断和识别，对问题进行合理抽象与分解。 雨课堂和课堂表现 雨课堂随机小测 课堂分组讨论 选用或建立基本合适的数据模型，不能进行基本正确地模型评价，能够设计相关智能调度算法 测试与作业20% 单元测试 纸质答题 交叉阅卷 问题分析与识别正确，能选用或设计正确模型与算法 作业 书面作业评价 实验10% 实验平台使用 实验楼后台数据 正确使用 算法设计 实验报告中相关部分 针对问题具体需求，能够设计相关智能调度算法 算法运行与结论 实验报告中相关部分 得到正确结果，并提出自己的见解，得到有效结论。 期末成绩60% 期末考试 期末考试 知识点的运用能力 重要知识模块的综合运用能力 七、课程各教学环节的具体考核内容 教学环节考核内容表 环节项目 内容 课程目标 课程目标相关性说明 课堂问答与互动 1、启发式问答，辩析概念与原理； 2、图形问题驱动式问答，识别与构建模型； 3、综合性问题讨论； 4、思政观点讨论。 课程目标1 问题的抽象与分解，识别与判断 课程目标2 算法与模型的选取与设计 雨课堂小测 概念、基础知识、辩析性原理、算法模型选取等 课程目标1 问题的抽象与分解，识别与判断 单元测试 单元模块内重要知识，如算法的选取与设计等 课程目标2 课程目标3 强调一定的综合性与应用性 作业 单元模块内重要知识，如算法的选取与设计等 课程目标2 课程目标3 强调一定的综合性与应用性 实验 算法设计、运行与结论 课程目标3 强调算法的设计与实现，提升学生的设计与实践能力。 八、课程各教学环节的评分标准 教学环节评分表 考核 项目 课程 目标 占比 评分标准 优秀 （90-100） 良好 （80-89） 中 （70-79） 及格 （60-69） 不及格 （0-59） 课堂表现（10%） 课程目标1 30 在课堂教学中，对工程问题的关键环节进行快速正确的判断和识别，对问题进行快速合理的抽象与分解。 在课堂教学中，对工程问题的关键环节进行正确的判断和识别，对问题进行合理的抽象与分解。 在课堂教学中，对工程问题的关键环节进行比较正确的判断和识别，对问题进行比较合理的抽象与分解。 在课堂教学中，对工程问题的关键环节进行基本正确的判断和识别，对问题进行基本合理的抽象与分解。 在课堂教学中，对工程问题的关键环节不能进行基本正确的判断和识别，对问题不能进行基本合理的抽象与分解。 课程目标2 50 能够运用操作系统原理和方法，对相关问题与环节能快速选用或建立很合适的数据模型，并进行客观全面地模型评价。 能够运用操作系统原理和方法，对相关问题与环节能比较快速选用或建立比较合适的数据模型，并进行客观正确地模型评价。 能够运用操作系统原理和方法，对相关问题与环节能选用或建立合适的数据模型，并进行比较正确地模型评价。 能够运用操作系统原理和方法，对相关问题与环节能选用或建立基本合适的数据模型，并进行基本正确地模型评价。 对相关问题与环节不能选用或建立基本合适的数据模型，不能进行基本正确地模型评价。 课程目标3 20 在课堂表现中，针对问题具体需求，能够设计、优化相关智能调度算法，得到正确结果，并提出客观有效见解，归纳有效结论。 在课堂表现中，针对问题具体需求，能够设计相关智能调度算法，得到正确结果，并提出自己的见解，得到有效结论。 在课堂表现中，针对问题具体需求，能够设计相关智能调度算法，得到正确结果，并提出基本正确见解与结论。 在课堂表现中，勉强能够设计相关智能调度算法，得到正确结果，并提出基本正确见解与结论。 在课堂表现中，针对问题具体需求，不能够设计相关智能调度算法，不能得到正确结果，无正确见解与结论。 测试与作业（20%） 课程目标1 30 在测试与作业中，对工程问题的关键环节进行准确、全面的判断和识别，对问题进行的抽象与分解具有很好的层次感与条理性。 在测试与作业中，对工程问题的关键环节进行准确的判断和识别，对问题进行的抽象与分解具有一定的层次感与条理性。 在测试与作业中，对工程问题的关键环节进行较准确的判断和识别，对问题进行的抽象与分解正确。 在测试与作业中，对工程问题的关键环节进行基本准确的判断和识别，对问题进行的抽象与分解基本正确。 在测试与作业中，对工程问题的关键环节不能进行基本准确的判断和识别，对问题不能进行的抽象与分解基本正确。 课程目标2 50 能够运用操作系统原理和方法，对相关问题与环节选用或建立很合适的数据模型，在条件许可下，能进一步优化，并进行客观全面地模型评价。 能够运用操作系统原理和方法，对相关问题与环节选用或建立比较合适的数据模型，并进行客观正确地模型评价。 能够运用操作系统原理和方法，对相关问题与环节选用或建立合适的数据模型，并进行比较正确地模型评价。 能够运用操作系统原理和方法，对相关问题与环节选用或建立基本合适的数据模型，并进行基本正确地模型评价。 对相关问题与环节不能选用或建立基本合适的数据模型，不能进行基本正确地模型评价。 课程目标3 20 在测试与作业中，针对问题具体需求，能够设计、优化相关智能调度算法，得到正确结果，并提出客观有效见解，归纳有效结论。 在测试与作业中，针对问题具体需求，能够设计相关智能调度算法，得到正确结果，并提出自己的见解，得到有效结论。 在测试与作业中，针对问题具体需求，能够设计相关智能调度算法，得到正确结果，并提出基本正确见解与结论。 在测试与作业中，勉强能够设计相关智能调度算法，得到正确结果，并提出基本正确见解与结论。 在测试与作业中，针对问题具体需求，不能够设计相关智能调度算法，不能得到正确结果，无正确见解与结论。 实验（10%） 课程目标3 100 针对问题具体需求，能够设计、优化并编码完成相关智能调度算法，较快得到正确结果，并提出客观有效见解，归纳有效结论。 针对问题具体需求，能够设计并编码完成相关智能调度算法，运行得到正确结果，并提出自己的见解，得到有效结论。 针对问题具体需求，能够设计并编码完成相关智能调度算法，修正运行得到正确结果，并提出基本正确见解与结论。 在老师指导与同学帮助下，能够设计并编码完成相关智能调度算法，修正运行得到正确结果，并提出基本正确见解与结论。 针对问题具体需求，不能够设计并编码完成相关智能调度算法，修正运行仍不能得到正确结果，无正确见解与结论。 九、课程考核环节及课程目标达成度评价 课程目标达成度评价表 课堂表现 （权重0.1） 测试与作业 （权重0.2） 实验 （权重0.1） 期末考试成绩（权重0.6） 百分值 百分值 加权值 百分值 加权值 百分值 加权值 百分值 加权值 课程目标1（支撑毕业要求指标1.2） 30 3 30 6 - - 30 18 27 课程目标2 （支撑毕业要求指标2.1） 50 5 50 10 - - 60 36 51 课程目标3 （支撑毕业要求指标2.1） 20 2 20 4 100 10 10 6 22 十、教材和参考书 1.教材 [1]《计算机操作系统》 (第四版）汤小丹主编，西安电子科技大学出版社 2.主要参考书与在线参考视频 [2]《操作系统》（第4版），宗大华主编，人民邮电出版社 [3]《计算机操作系统（第四版）学习指导与题解》，梁红兵,汤小丹，西安电子科技大学出版社 [4]https://www.xuetangx.com/course/THU08091000267/7753473，国家级在线精品课程《操作系统》，清华大学，向勇，陈渝 制定人：宋丹

教学成果：基于《操作系统》课程内容的知识点构建知识图谱，已对课程内容的知识点分三级构建了知识图谱； 运用大数据技术对高校学生的各类数据进行数据采集与整合，开展了基础的教育数据采集与统计工作。 目前，获校教学成果奖一等奖1项，已发表校Ａ类教育类期刊论文1篇，并指导本科生完成相关毕业设计1项，获校级优秀毕业设计. 1)宋丹等，校教学成果一等奖，2022.02。 2)宋丹等, 知识图谱与教育大数据协同驱动的自适应学习模式构建研究[J]. 高等工程教育研究（校A类，CSSCI-C）. 2022.01。 3)2021年，指导温孝汝同学所撰写的“课程知识图谱的构建与应用系统的设计与实现”获校级优秀毕业设计。

1、在线资源：突破课堂教学的限制，有机融入在线教学与移动端智慧教学工具，强化课程实验实践环节，在 “实验楼”上构建了课程系列实验（https://www.lanqiao.cn/courses/962），通过左右分屏的方式让学生明确实验步骤与要求，注册学生427人，有效学习时长94905分钟，提交实验报告2572份；在课堂教学中，运用 “雨课堂”进行课堂适时问答与评价、讨论与分析，活跃了课堂气氛，提升了学生注意力与学习效率。 混合式教学中运用国家在线精品课程资源：清华大学，学堂在线，操作系统课程，向勇。 https://www.xuetangx.com/course/THU08091000267/10322317?channel=i.area.manual_search 2、线下资源：自制课程课件、单元测试课件、构建了课程知识图谱。