模拟技术下的计算机教育论文

摘要：计算机网络是计算机专业重要的基础课，它为学生后续课程的学习及今后的工作奠定坚实的网络基础。了解和掌握计算机网络知识非常重要，在教学中如何提高教学效果、培养学生的应用能力是计算机网络教学的重点。文章从本科计算机网络课程的教学理念、课堂教学方法、实验环节和考核方法四个方面出发，对计算机网络的教学模式作了深入探讨。下面是小编精心推荐的《模拟技术下的计算机教育论文 (精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

模拟技术下的计算机教育论文 篇1：

机械安全工程课程引入虚拟现实与计算机仿真技术的教学探索

摘要：虚拟现实与仿真技术作为新时代环境下的先进科技是新型教育模式中的重要工具。在打破传统机械安全工程教学壁垒的基础上，基于虚拟仿真的教学模式可以提高学生在实际应用中的参与度与问题的应对能力。在调动学生学习的主观能动性的同时，也有效提升了课堂教学的整体质量。随着相关科技的突飞猛进，虚拟仿真一定会在机械安全领域的教学中起到重要作用，具有积极意义和正面的价值。

关键词：安全工程;虚拟现实;数值仿真

随着经济的高速发展，“安全”已经成为我国日益突出的重要矛盾，例如近年来发生的央视大楼火灾、天津港特大火災爆炸事故等[1，2]使得安全问题引起了全社会的空前关注，因此在时代的大背景下，教育部也正在积极的推动各高校增设或加大对安全工程学科的建设力度。“机械安全工程”是机械工程及安全工程专业的重要课程之一，作为一门交叉学科，本身囊括了许多自然及社会科学方面的基础知识，例如公共安全、火灾安全等，同时与实际工程应用又紧密相连。

在传统安全工程学的课堂教学活动中，学生与实际安全场景的距离相对遥远，缺乏对实际问题的参与感，在理解上也会产生不同程度的偏差乃至误解，因此远不能达到该课程的教学目的。正是由于这些因素，具有相关专业的高校在教学实施过程中更应该考虑引入新的教学模式，一个较为有效并切实可行的方法是将虚拟仿真以及相关数值模拟技术引入到安全工程的教学之中，使具有危险性或高成本的实际场景得以在教室内重现，让学生迅速理解和掌握相关知识。

虚拟现实及仿真技术是基于现代计算机技术的一大类，可创建和体验虚拟仿真世界的技术统称[3，4]。利用计算机技术生成效果逼真且兼具视觉、听觉甚至嗅觉、触觉等多种感知的虚拟环境，通过使用对应的交互设备，同虚拟环境中的实体进行互动交流，是一种先进的数字化人机接口技术。自其诞生以来，已经在军事、测绘、制造、建筑、生物、医学等领域中发挥了巨大作用。本文旨在针对目前机械安全工程中的一些难点，分析和探讨引入虚拟现实及仿真技术后的优势，并对今后课程的教学发展提出了建议。

一、传统教学方式在安全工程学课程中的困境

机械安全工程在教学时由于涉及到大量应用场景，是一门实践性很强的课程，此时传统的教师单方面灌输课堂知识略显苍白，例如在讲授机械工业厂房火灾防治的相关内容时，书本作为传统媒介几乎无法展示火灾发生的一系列复杂动力学现象，也无法让学生感受到灾害环境下的人因作用，导致学生在认知过程中达不到预定的教学目的。总体来看目前普遍存在以下两大问题。

1.课程内容与实际应用场景相差较大或严重脱节。由于传统理工科教学的限制，以知识点和公式为重心的授课内容在日益变化的安全问题中是滞后的。不仅容易导致学生目光短视，也不利于学生毕业后进入相关行业。一个突出问题便是相关专业的学生缺少接触实际安全问题的机会，造成无法运用所学理论来指导实践活动，或者在工作中常常错误的估计场景的安全性或危险度，不能作出正确的应对措施，这对于从事安全领域的相关职业而言是极为不利的。

2.安全工程学的学生参与度及课堂满意度普遍不高。对于一门综合性、交叉性极强的学科来说，其本身便具有复杂、多元与实践要求高的特点。传统课堂以讲授为主的模式已被大量案例证明是难负重任的，并且由于我国的相关教材很大一部分是节选国外上世纪的研究内容，进一步加大了教学活动与实际应用的落差，因此对于这类新兴学科而言，教师可以吸纳构建主义的教学观，在教学过程中教师起到组织、指导和促进的作用。利用情境重构、协作互动等学习要素充分发挥学生的主观能动性、学习积极性和创新精神。可以预见的是在安全工程的教学中引入虚拟现实与仿真技术，能够较好的激发学生的学习动力，并体现学生认知中的主体地位，使学生可在相对贴近复杂真实的应用情境中完成学习内容，培养和提高自身综合学习的能力。

二、虚拟现实及仿真在安全工程学的具体实现

1.基于pathfinder软件的危险环境人员疏散虚拟仿真教学。安全领域中的基本原则是优先保障人身安全，因此机械安全工程课程中特别包含了发生灾害，如地震、火灾后的人员疏散等相关内容。正如前文所述，受限于传统教学场地等条件限制，要让学生体验大型机械厂房受灾过程中的大规模人群疏散几乎是无法实现的，而利用专业的数值仿真软件Pathfinder[5]，结合虚拟现实硬件设备便能够很好的解除这种限制。Pathfinder是由美国Thunderhead engineering公司开发的专业人员运动模拟器。软件自身提供了图形用户界面的场景建模工具以及后期进行三维可视化分析的处理程序。在实际建模过程中，用于进行人员运动的环境是一个完整的基于有限元网格的三维空间，例如在对建筑内人员进行疏散仿真时，首先将按照建筑物的比例与门、窗、电梯等出入口进行综合建模，值得一提的是Pathfinder提供的建模UI界面十分便捷，可以轻松建立房间隔墙、房门出口、走廊通道、上下楼梯及电梯等各种建筑内的场景，方便教师进行操作和演示。然后对人员的体态、分布、运动特性等进行设置，Pathfinder通过一套特殊的动力学参数算法，可以对场景中每个人员的运动情况进行追踪，并且可以模拟出不同运动速度、人员身高、相互碰撞、紧急寻路及方向迷失等特殊情况。最终，通过直观的可视化模拟结果(如图1所示)，不仅能科学地分析出人员疏散的相关数据，还能得到人员疏散的最佳时间或最佳路径等方案。在此基础上，可直接将虚拟现实的软硬件进行耦合编程，最终通过虚拟现实头盔或眼镜等外设将学生置身于所搭建的逃生场景中，切实体验真实的大规模人员疏散过程，对于学生理解真实疏散、培养协作逃生能力、提高灾害自救素养具有重要作用。

2.基于FDS软件的火灾安全事故虚拟仿真教学。火灾安全由于其广泛性及后果的严重性，自安全学科诞生起便是其中的重要组成部分，而在传统课堂教学中是很难让学生对其有直观体会的。为大幅改善教学效果，可以通过FDS软件[6]让学生观察和感受到身临其境火灾的发生发展过程。FDS软件是由美国国家标准局NIST的建筑火灾实验室所自行研发的针对火灾过程的开源动力学数值仿真软件。目前该软件的开发已接近有20年的历史，是火灾安全方面的权威软件，其目的就是为了解决火灾与消防安全中所存在的实际问题，为其提供定量或定性的参考依据。FDS软件内部包含了两部分的程序模块：第一块是求解各种物理化学控制方程的主程序模块;第二块则与Pathfinder的可视化分析模块类似，为一个用于后端输出的三维可视化模块SmokeView，用于查看计算结果以及对整个火灾过程进行可视化仿真演示。例如通过该软件可以重现整个建筑从局部着火、烟气蔓延、火势扩大到室内轰燃等火灾各特征阶段的典型现象规律，如图2所示。FDS的开源优势在于能够方便的对其他仿真软件进行嵌入，例如可与上述的Pathfinder进行联合仿真，可以模拟出真实火灾情况下的人员逃生规律。借助这一平台，学生不但可以更真切的了解到火灾对人的复杂影响，还能训练如何应对此类灾害的各项能力，不仅提高了课程的整体效能，也在很大程度上挖掘和拓展了学生的自我能动性。

3.基于虚拟仿真和眼动追踪的危险环境感知教学。机械安全工程中人员的感知是非常重要的内容之一，考虑到传统教学手段基本无法在课堂上实现对学生感知体验的互动式教学，可以借助神经认知类的相关仪器设备，如脑电波电位系统、ETG眼动追踪系统并结合虚拟现实眼镜等装置。在课堂上一方面教授学生学习上述先进仪器的基本操作，另外教師通过设置搭建三维仿真危险场景，还可使学生作为危险“亲历者”，通过虚拟手柄、手势运动追踪等工具实现在虚拟危险场景中的互动体验，如危险源识别、扑救、人员互助及协同逃生等，并结合脑电、皮电、眼动数据测量学生的感知反应，最终让学生在生动有趣的课堂环境中了解真实危险环境下的人员行为特征。实际上在华侨大学机电学院VR仿真实验室与旅游学院神经认知实验室硬件的支持下，开展了数次尝试性教学活动，并获得了学生的广泛好评。

三、引入虚拟仿真的教学优势和意义

作为一个新兴事物，虚拟仿真将在一定程度上促进传统教学的改革，并为课堂带来了新的活力，对于教学而言具有非常正面的意义和价值，其具体优势如下。

1.突破了传统课堂教学模式的种种限制。由于安全领域的大尺度实验项目存在设备昂贵、成本高、周期长等问题，很难在课堂教学中引入这些手段，而虚拟仿真平台则不受时间、空间的约束，能够最大程度的利用教学资源为学生的多元自主学习提供支持。

2.虚拟仿真技术能够将学生从平面的书本或黑板学习迅速带入到生动且具体的实际场景中，减少学生在认知上的理解成本。利用计算机仿真软件可以大幅度扩展教学内容和灵活度，能够很好的培养学生的全面理解能力、创造思维能力以及运用现代信息技术的综合能力。

3.高度仿真的应用场景可以解决学生平时实践能力缺乏的问题。借助虚拟现实及仿真手段，学生可以自主设计并开发应用场景，促进知识的转化与扩展。

四、结语

虚拟现实与仿真技术作为新时代环境下的先进科技，必将成为教学科研的重要组成部分，将其引入机械安全工程领域的教学环节是合理可行的。在打破传统安全学教学壁垒的基础上，基于虚拟仿真的教学模式可以大大提高学生在实际机械安全问题中的参与度与应对能力。不仅调动了学生学习的主观能动性，也提升了课堂的整体教学水平。我们有理由相信，随着虚拟仿真相关科技的突飞猛进，一定会在机械安全领域的本科教学中起到举足轻重的作用。

参考文献：

[1]董大旻，左芬.从央视配楼火灾事件看建筑防火安全[J].建筑，2009，(6)：44.

[2]梁立武.天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故抢险救援卫勤保障的反思[J].武警医学，2015，26(10)：973-974.

[3]周世杰，吉家成，王华.虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].计算机教育，2015，(9)：5-11.

[4]马天辉.利用虚拟仿真技术激发学生科学研究兴趣[J].中国科教创新导刊，2013，(4)：173-177.

[5]金润国，毛龙，乐增.FDS与pathfinder在建筑火灾与人员疏散中的应用[J].工业安全与环保，2009，(35)：1-8.

[6]刘军，刘敏，智会强，路世昌.FDS火灾模拟基本理论探析与应用技巧[J].安全，2006，27(1)：6-9.

作者：涂然 曾怡 周学进

模拟技术下的计算机教育论文 篇2：

计算机网络教学模式探讨

摘要：计算机网络是计算机专业重要的基础课，它为学生后续课程的学习及今后的工作奠定坚实的网络基础。了解和掌握计算机网络知识非常重要，在教学中如何提高教学效果、培养学生的应用能力是计算机网络教学的重点。文章从本科计算机网络课程的教学理念、课堂教学方法、实验环节和考核方法四个方面出发，对计算机网络的教学模式作了深入探讨。

关键词：计算机网络;教学模式;实践教学

基金项目：大连理工大学研究生院教改基金经费资助(JP201006)。

作者简介：姚琳，女，讲师，研究方向为移动环境下的认证、位置隐私等;孙伟峰，男，讲师，研究方向为无线网络、网格和云计算、网络QoS等;王佳，女，在读硕士，研究方向为无线网络中位置隐私;尚鹏飞，男，在读本科。

计算机网络是计算机专业很多后续课程的基础，了解和掌握计算机网络知识及具备相应的应用能力对本专业学生非常重要。创新意识和创新能力的培养是现代教育的出发点和归宿。教师在课堂教学中应帮助学生从被动的接受式学习向主动的探索性学习转化，培养学生的创新精神，增强学生综合运用所学知识、技能解决实际问题的能力，为其终身学习和毕生发展奠定基础[1]。

但当前的专业课不同程度地存在教学内容与实践环节相脱节、教师教学手段单一、课堂交互性差等问题，导致学生对专业课的学习兴趣淡漠。走出旧的教学樊篱，构建全新的科学合理的教学模式，培养学生的创新精神和实践能力，是计算机网络课程的教学重点。

1教学理念

我们应树立以人为本的教学理念，以学生为主体，关注学生的兴趣、需要和成长，贴近学生的生活实际，培养学生自主性学习和合作性学习的习惯，提高学生独立学习知识和应用知识的能力。

1.1关注兴趣

爱因斯坦说过，“兴趣是最好的老师”，有了兴

趣，才能有学习的主动性，而激发学生学习的积极性是学生获取知识、培养能力的一个必要条件[2]。要彻底改变以教师和书本为中心的照本宣科的教学方式，采用启发式教学。

启发式教学，就是根据教学目的、内容和学生的知识水平，运用各种教学手段，采用启发诱导办法传授知识、培养能力，使学生积极主动地学习。我国古代大教育家孔子就很重视启发式教学，采用问答的方法来启发学生独立思考以探求真理。现在的课堂教学中，教师需要把自己的角色由一个“教学者”转变为“引导者”，需要利用自己丰富的知识和眼界把学生的注意力吸引到课堂教学中来，从而引导学生对新的知识进行学习。为全面达成教学目标，教师在阐述基本理论时，可以通过类比方法，启发诱导学生积极主动地学习，例如在理解通信操作模式概念时，将单工、半双工、全双工三个概念与收音机、对讲机、电话三种常见设备进行类比教学，既简明又通俗。学生在加深基本概念理解的同时，也会主动去思考。将学生的具体知识转化为能力，这才是最终的目的。

1.2关注需要

以人为本的教学必须要关注学生的需要，只有将课堂教学与他们的需要结合起来，才能激发他们学习

的内驱力。其一是尊重、关爱和赏识学生。心理学家威廉•杰姆斯曾经说过，人性最深层的需要就是渴望别人的赞赏。长期以来，教师“传道、授业、解惑”的天职，在学生的心目中形成了极大的权威性，填鸭式的教学方式对学生的自信心、个性发展造成不利影响。只有构建起和谐的新型师生关系，才能充分调动学生的主动性、积极性，从而促进教学相长。其二是要因材施教。每个学生的个性、认知水平不尽相同，教师在教学中也要针对不同的学生采取不同的方法，进行有的放矢的教育，使不同层次的学生都能参与到教学活动中，使每个学生的水平都得到提高。其三是把学生群体的存在，视为可开发的教育资源。个体的独特本身具有排外性，但也同时具有内在沟通性，这就成为教师可以利用的资源。可充分利用这一点，在教学上采取合作互助的方式，引导学生在有差异的对话中，达到相互提升的目的。其四是要贴近学生的社会生活需要。教学内容设置充分考虑学生接触的生活环境，可以将学生熟识的网络知识，和社会发展相关的学科前沿引入课堂。教学内容紧跟学科发展的步伐，介绍一些当前研究的热点，不仅可以开拓学生的视野，也增加了课堂的趣味性，学生学习的积极性也会大大提高[3]。

1.3关注成长

我们的教学目的最终是使学生成长，成为能够独立生存，能够拥有幸福人生，能够奉献社会的人才。所以在教学中要时刻关注学生的成长，以培养他们的创新精神和实践能力为目标，来设计我们的教学内容和方式。其一要通过知识的传授，培养他们正确的价值观和人生观。其二要使理论与实践密切结合，培养其提出问题解决问题的能力。其三要培养学生的探究能力，例如可以为他们设立相关专业课题去独立思考和研究，以培养创新精神和科研能力。

2教学方法

2.1充分利用现代化辅助教学手段

传统的教学手段就是粉笔加黑板，再者就是简单的PPT讲稿演示教学，然而这些都难以收到较佳的教学效果。随着教学改革深入，必须采用现代化辅助教学手段进行教学，达到让学生“看得到做得到”的教学效果。例如，可以将TCP的流量控制与拥塞控制、CRC校验等理论制作成Flash动画，使抽象的算法变得十分具体，学生对算法的理解更容易。实践证明，这种教学方法收到了较好的教学效果[3]。

2.2任务驱动，被动变主动

传统的教学中，老师占主导，学生在老师指导下被动地学习和接受知识，且不加思考。改变这种教学模式，学生在教师的帮助和引导下，围绕一个任务，在兴趣的驱动下，通过自主探索和互动协作的学习，完成既定知识的学习。例如对于sniffer软件的讲解，可以与TCP三次握手内容的融合来进行，使学生带着真实的任务在探索中学习。

2.3增强教学过程中的交互性

现今课堂上，老师与学生的互动学习仍然是非常之罕见，这主要是由学生的学习习惯和老师的教课习惯所致，显然这样的教学模式已经不能满足当代的教学需求。

对于这种师生之间交流不足的情况，我们可以采用如下几点措施来改善，同时将课堂气氛搞得更加活跃：

1) 每节课前，告诉学生这节课要讲的内容，给他们几个问题，需要他们在这节课的课堂上回答，促进学生的课前预习，让学生带着问题有目的地听课。

2) 授课过程鼓励学生多提问题和进行讨论，引导学生积极发言，最后再由老师作出评论，提高学生自主思考能力。

3) 增加学生互动交流时间。课堂中，把学生分为若干小组，各小组内部讨论，最后由负责人进行总结。针对问题，再由学生踊跃回答或者教师给予解答。

4) 让学生走上讲台。对于某些比较简单的内容可以由学生来完成。学生们必须认真预习，并深刻理解课程内容后才能把课讲好，这样既能使学生牢固掌握所学知识，同时也增强了课程的趣味性，活跃了课堂气氛，又增加了交互性[3]，同时也培养了学生合作意识。

3实验环节

计算机网络实验目的在于培养学生技术创新和工程实践能力，加深对计算机网络理论知识的理解与应用，帮助学生把学到的基本内容应用到实际中[4]。因此，实验教学是计算机网络教学体系中的一个重要环节。如何设计实验内容，合理部署和提供实验场景，是目前计算机网络教学中的重要课题。

3.1在理论课中穿插相关实验步骤

由于网络实验本身涉及到系统底层实现，在真实环境中进行模拟，实验具有很大困难[5]，而使用一些软件进行模拟方便可行。例如利用软件对网络的数据包进行抓取并做讲解，可以让学生更加直观地了解到网络环境中数据传送的真实情况、一些网络协议在虚拟网络中的运行情况，然后再对这些数据进行一些抽象的虚拟化，将其与现实生活中的实例进行类比，使得网络环境中数据的交换、传输、转发等过程更加生动形象地表现在学生的大脑中，让他们对网络环境的交通形成更加良好的认知。这样更可以激发出学生对网路的兴趣，如前所述，兴趣是最好的老师，当学生自己有了学习的兴趣的时候，他们会更加自觉的去了解、去学习、去提问，形成一个良性循环。让学生更加直观地了解网络的工作原理，再让他们去做实验也会变得更加容易，提高教学效率也是显而易见的。

3.2实验项目针对实际问题

计算机网络是一门高速发展的学科，应用遍及各行各业[4]。学生所学知识最终都需要应用在自己的工作中，并且企业也更青睐有实际经验的学生。实验是培养学生应用水平和实际动手能力的重要手段，因此实验内容要根据相关领域的需求不断补充，以适应学科日新月异的发展，满足就业需求。

以组网实验为例，可以先提出一个组网的需求，在学生使用网线、交换机、路由器等设备搭建好基本的环境之后，再引出如何控制广播风暴等问题，提出多种解决方案，例如在交换机上划分VLAN，然后依照不同的解决方案进行网络环境的搭建改进。由此不仅可以将理论和实践结合在一起，还锻炼了学生解决实际问题的能力，为以后走向工作岗位打下基础。

3.3增加设计型实验

学生在掌握了基础的网络知识之后，就是利用这些基础知识进行创新型设计的时候了。可以鼓励学生自行提出有针对性的网络实验。比如，设计一个特定协议数据包的解析与生成程序。学生在此次的设计中，不仅需要计算机网络的知识，更需要综合一些程序设计学科的知识，也可以将软件开发的部分过程融入其中，比如先设计大概框架，进行实际操作，修改难以实现的部分目标，然后重新设计，然后检查，如此循环，直到做出满意的结果。

也可以在学校开设一些创新型的网络实验项目，创新型实验一般是综合性实验[5]，这类综合实验通常更需要学生发散思维，将一些在其他课程上学到的思想应用到实验项目中，这对于学生的基础知识掌握和灵活运用都有一些意想不到的好处。通过这类实验项目，让其在宏观上更加深入地了解各种网络协议的工作过程，通过实践将各类网络的基础知识熟稔于心。

在这样的实验中，设计的思想贯穿整个学习过程，得到的结论又反馈回设计，检验设计的有效性和合理性。通过这样的形式可以有效地培养学生的设计、合作和创新能力。

3.4真实与模拟相结合

由于实验设备、空间及操作复杂程度等约束条件，使用网络模拟软件的优势显而易见。此外，有些设备，如交换机，是被设计使用在相对稳定的网络环境中，反复进行配置和接口的插拔等操作对设备损害很大，这更凸显了使用模拟软件的必要性。

随着计算机模拟技术的发展，许多模拟软件，如Packet Tracer，NS2等已经具备相当完善的功能，可以胜任复杂的实验环境。先在模拟软件上进行实验，可以使学生对实验的流程、框架和功能有一个宏观的认识;然后再分组操作真实设备，可以使学生对所学知识拥有从整体到细节的掌握。

对于一些基础的验证性实验，我们应采用真实的设备进行操作;对于综合性和设计性实验，由于用到的仪器设备较多、配置较复杂，可采用虚拟实验和真实实验合理整合，以达到最佳的实验效果[6]。

3.5鼓励团队学习

团队学习是通过分组的形式组织学生自主学习的一种方式，以3～5人一组为宜，依据知识结构、学习风格等因素划分，以增强学生个体之间的沟通能力和相互包容能力。一般采用互补的形式划分团队小组，让学生在团队学习过程中，共同商讨、设计、论证问题的解决方法，通过相互配合、相互帮助，共同达到既定的学习目标，同时使学生在合作的基础上逐渐养成相互尊重、相互学习的良好品格。

4量化考核

由于教育体系的原因，很大一部分的学生仍以成绩为动力，因此，在整个课程进行过程中的评分环节依旧是很重要的。老师可以在课程的各个环节对成绩进行评估，比如上课时的表现、课下作业完成情况、实验情况、期末考试等。这种方式可以保证学生在课程进行过程中维持较高的学习热情。例如可以采用以下的评分方式：总成绩的30%是平时成绩，20%是实验成绩，50%是期末考试试卷的成绩。

平时成绩包括出勤情况、上课提问情况、作业完成情况;而实验成绩可以参照之前所述对学生进行要求，保证学生动手能力的提高;而最后的考试题目的

难易程度，也需要老师根据本次课程中学生的学习情况进行相应的调整，做到既可以考察学生掌握的基础知识，又可以把学生的掌握程度最大化地区分出来。

这样经过三个部分的考核成绩，就可以最大限度地刺激学生的学习欲望和积极性，保证课程教学的效率。

5结语

根据我院的实际教学经验，我们从教学理念、教学方法、实践性教学及考核评价四方面进行探索性研究与实践。从教学实验效果看，该模式能够有效激发学生学习的内驱力，充分地调动了学生学习积极性和主动性。该模式注重理论与实践的结合，注重计算机网络专业学科特点及社会对本专业的需求，注重学生的合作学习和探究学习，这对培养学生们实践操作能力及科学研究、团结互助的品质，对促进他们的专业成长和身心健康都具有积极作用，因此本模式在计算机网络教学中有着较强的可行性。

参考文献：

[1] 吴芳,张杰,王艳娜,等. 计算机基础教学中为学生创设探索性、自主性学习环境[J]. 计算机教育,2008(12):102-103.

[2] 邓朝晖. 如何提高学生对专业课的兴趣[J]. 中国科教创新导刊,2007(6):22.

[3] 王鹏,商庆华. 关于激发学生积极性与培养创新能力的研究与实践[J]. 中国电力教育,2008(19):81-82.

[4] 湛德照. 计算机网络实验教学优化探索[J]. 现代计算机,2010(1):84-86.

[5] 彭雅莉,于芳. 计算机网络课程实验教学改革的探索[J]. 计算机教育,2011(4):24-25.

[6] 罗芳琼. 高校计算机网络实验教学研究. 柳州师范高等专科学校,2011(1):32-34.

Discussion of Computer Network Teaching Mode

YAO Lin, SUN Weifeng, WANG Jia, SHANG Pengfei

(Software School, Dalian University of Technology, Dalian 116620, China)

Key words: Computer Network; teaching mode; practice teaching

(编辑：姚彦如)

作者：姚琳 孙伟峰 吴国伟 王佳 尚鹏飞

模拟技术下的计算机教育论文 篇3：

操作系统课程中图形化教学方式的实践

摘要：操作系统是一门综合性课程, 内容庞杂涉及面广，使得该课程的教学过程相比其他专业课更加复杂。本文针对操作系统课程内容抽象、讲解内容有限等特殊问题，分析了传统操作系统课程教学中的不足，提出了运用图形化教学方式辅助课程讲解的思想，介绍了基于Solaris操作系统中DTrace的图形化教学方式的实践。结果表明，图形化教学方式可以将课程中的抽象概念具体化，有助于教师的讲解与学生的理解实践。

关键词：操作系统;图形化;教学方式

操作系统课程是理论性和实践性都很强的学科，也是计算机学科最为重要的专业基础课程之一。随着计算技术进入各个行业，与信息技术相关的专业，如通信工程、软件工程、信息安全、自动化控制等，也将计算机操作系统列入到专业课程计划中。近年来操作系统在理论和技术上都有很多发展，原来的课程内容和实践内容显得有些过时，教学内容与方法的改革就显得非常必要。“对用户友好”这一口号出现于上世纪80年代，随着IT产业的发展，这一口号逐渐演变成时下最流行的“可用性”的概念[1]。图形化应用程序极大地方便了用户的使用，人们不用像DOS时代那样要记一大堆枯燥的指令来操作计算机。将图形化教学方式应用于操作系统教学中，向学生形象地展现操作系统的理论知识，不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以帮助学生更好地理解操作系统的知识。

1传统教学中的不足

操作系统课程教学长期以来以理论教学为主，辅以少量的实验教学。学生学习操作系统，往往局限于基本理论知识的掌握和一些典型算法的实践，很少有机会去了解操作系统的内部结构和实现技术[2]。当前，开源软件日益深入人心，开源操作系统软件已成为学生尤其是研究性学生学习、研究计算机基础支撑软件的首选，这为操作系统课程提供了更好的实验平台，但也提出了更高的要求。

对于学生而言，由于学习过程有很大的难度，教学效果很难达到较为理想的水平。目前，教学中存在的问题主要表现在以下几个方面：

(1) 教学方法不够灵活，形成一种“灌输式”的教学方法，对启发式、讨论式的教学方法采用得比较少，没有充分调动学生的主观能动性，忽略了学生的主体地位。

(2) 教学内容理论性过强。由于该课程知识点多、概念性强而抽象，一些教师在教学中又缺少理论与实践相结合的具体内容，授课枯燥抽象，学生在学习过程中感到不易理解。实践性环节也薄弱。学生缺少自己动手设计或解剖一个具体的操作系统实例的过程，参与研究性学习的机会少，不能激发学生学习的兴趣。很多学生虽然学了操作系统课程，但是由于没有亲手编写过操作系统源代码，没有看到操作系统是如何对资源进行分配与回收的过程，所以只掌握了一些的概念，而对操作系统的基本原理仍是似懂非懂，学习效果不佳。

(3) 缺乏一本好的教材。长期以来，国内操作系统课程的教材都是理论性较强，内容抽象，内容较陈旧或较窄，缺乏与前沿技术的结合，教材中的知识点多且杂，因此一本好的教材是重要的。作为一本好的操作系统教材，不仅要注重论述经典的操作系统原理，紧密联系当代流行的设计问题以及当前操作系统的发展方向，又要做到基本原理与当代流行操作系统实例相结合。

2图形化教学方式

2.1图形化教学方式的优势

开源操作系统在近几年发展迅速，它为操作系统课程教学提供了良好的实验平台，使得学习者可以深入了解操作系统的内核，观察操作系统的内部结构和系统运行的状态[3]。但是由于其图形化应用程序开发方法及标准的不统一导致开发效率低、界面不友好，教师无法高效地将操作系统知识教授给学生。

图形化教学方式是一种学习容易、成本低、效率高的教学方式，从教师和学生两个方面来看，其优点主要如下：

(1) 有利于教师教授知识。操作系统知识偏于理论化、复杂化，教师单纯的讲解，很难让学生快速地理解教师所讲述的知识，很多学生在尚未真正理解操作系统知识时便失去了兴趣，没有正确地对待这么门课程，使得老师的讲解也兴趣索然。采用图形化教学方式，教师可以将枯燥复杂的理论知识在图形化界面上形象地展示给学生，讲述与展示兼备，使得教师的讲解更加方便。

(2) 有利于提高学生的学习兴趣，促进学生自主学习。对于复杂知识的学习，学生很容易在未能深入了解时失去兴趣，放弃对该课程的学习。通过图形化方式，使得学生可以更好地入门，不再只有枯燥简单的文字和命令，而是可以深入系统的内部观察系统真正的运行状态。有了良好的开始后，学生才能更自主地深入学习操作系统知识。

2.2教学方式的实现

利用多媒体和计算机模拟技术，将深奥、抽象的概念和原理用生动的图片或动画来表现，便于学生理解。或者采用提问式授课方式，在课堂中实现互动[4]。也可以采取小组讨论的形式。图形化系统不仅可以满足上述的教学目的还可以拓展更多的形势辅助课程讲解。

首先，教师在需要讲解的内容中确定抽象的课程概念，在图形化系统的辅助下，教师通过形象化即可表达抽象概念。图形化系统可以由教师自行设计，也可以作为课程作业布置给同学，让学生在理解概念的前提下尝试具体化的过程更加有助于理解课程中的抽象概念。如图1所示。图形化系统的教学方式可以进行实际操作演示，例如在多媒体电脑上安装图形化系统软件，学生可以通过系统中提供的演示进行课程内容的学习与实际操作，为后面的上机实习和课程设计打下基础。同时，图形系统的网络接口，丰富了课程的答疑形式。在课堂中教师与学生一起讨论问题，学生在课后产生疑问时，可以通过图形化系统在网络中发送问题，老师可以及时解答学生的问题。

3具体实现

操作系统课程以原理、概念和算法等基础知识为主，所以必须设置与之配套的实验课程。计算机专业的学生不应仅仅是一个普通的计算机用户和一般程序员，更应该系统深入地学习计算机操作系统的原理、相关算法和理论，具备开发系统程序和进行系统分析的能力。以下将阐述基于Solaris操作系统中DTrace的图形化教学方式的实践[5]。图形化教学方式可以将课程中的抽象概念具体化，有助于教师的讲解与学生的理解实践。

3.1Solaris操作系统的优势

采用Solaris操作系统作为教学实例，优势如下。

(1)Solaris作为一个开源的操作系统，近几年发展迅速，由于其源代码公开，学生可以仔细阅读、分析，并与书中介绍的原理、方法进行比较，探究它是如何实现现在操作系统的常规功能的。剖析一个操作系统代码对于掌握操作系统设计与实现的精髓是大有裨益的。

(2)Solaris是一种多用户、多任务的操作系统，在大型公司和教育机构中有了越来越广泛的应用，基于Solaris的应用程序也是未来的发展趋势之一。

(3)Solaris不再只能安装在Sun公司的SPARC平台的计算机上，现在的Solaris 10拥有了专门针对普通用户计算机的x86版本，它支持目前的大多数台式计算机，可以在学校的实验机房安装，教师也可以将PC机作为服务器进行教学工作。

(4) Solaris中多个调度程序可以并行操作，每个调度程序拥有自己的调度算法和优先级别，调度程序以内核模块的形式提供，被动态装入操作系统。提供这种可配置的调度环境便于学生更深入细致地了解操作系统的内核。

(5) 在Solaris操作系统中，虚拟文件系统(VFS)框架允许多个文件系统配之在系统中，该框架实现了几个基于磁盘的文件系统(UNIX文件系统、MS-DOS文件系统、CD-ROM文件系统等等)以及网络文件系统(NFS V2、V3和V4)。学习Solaris的多文件系统，有利于学生全面深入地了解各个系统的文件系统。

(6)Solaris 10提供的DTrace工具，用户能够动态检测操作系统内核和用户进程。使用DTrace，可以让学生更精确地掌握系统的资源使用状况，发现先前隐蔽的系统问题，让学生更主动更明了地观察操作系统的内核。

(7) 利用Solaris containers技术，甚至可以在同一系统中同时运行Linux和Solaris应用程序，使用户既可以保护在现有Linux应用上的投资，又充分享受Solaris带来的创新体验。

以Solaris为学生学习操作系统课程的实验平台，不仅可以教授学生经典的操作系统理论知识，同时由于其是开源的操作系统，可以让学生更深入透彻地了解操作系统的内部结构和工作原理[6]。

3.2图形化系统体系结构

DTrace(Dynamic Tracing)是一个构建到Solaris内的综合动态跟踪工具，可以让系统管理员、应用开发者、技术支持人员对系统内核和用户程序的行为进行采样、监控、诊断而不影响生产系统的运行。DTrace包含一种新的脚本语言，D语言。使用D语言，用户可以很容易地编写一下用于动态启用系统探测器、收集信息和处理信息的脚本，用户可以方便地与他人共享其信息和故障排除方法。通过DTrace，用户不再只是简单地使用这个操作系统，更可以深入了解操作系统的内核，这在很大程度上可以让学生真正地理解操作系统，而不是死记硬背理论知识[7]。

虽然DTrace有强大的功能，但是目前Solaris平台下DTrace工具还只局限于命令行操作，对于学生而言，如果对该操作系统平台或者命令行操作不熟悉，就无法享受这个工具带来的便利，深入透彻地了解操作系统的内部原理。通过图形化的界面，学生可以通过简单的操作快速地进行实验，认识并分析操作系统的内部结构。由于图形化界面的简洁、可操作性，可以有效地提高学生学习操作系统课程的兴趣，使学生不再因枯燥复杂的理论知识而却步，能更有效地调动起学生学习操作系统的积极性。系统框架如图2所示。

3.3系统实现

DTrace图形化系统能有效地辅助操作系统课程教学，该系统主要界面如图3所示。

选择Solaris操作系统作为实验环境，可以使用DTrace统运行状态，观察操作系统内核结构，使学生不再只是听老师讲解理论知识，而能真正深入到系统内部，将所学的理论知识运用于实际操作。

操作系统内核本身相当复杂，深入了解其内部结构更是一个复杂的过程。通过图形化界面，教师可以方便地向学生展示内核结构。上图显示的是查询Solaris平台DTrace探针图形化界面。Solaris中有30000多个位置分散着指针探测器，DTrace可激活成千上万的探测器，记录所关注的位置指定的数据，如命中，即可从该地址显示用户进程或系统内核的数据，从而了解系统。但是DTrace的使用也有一定的难度，学生初学时掌握的知识较少，无法灵活地使用各种命令查看各种信息。通过图形化界面，即使学生对DTrace中使用的D脚本语言尚未熟悉，也可以通过系统提供的D程序，实现对系统的跟踪。

通过图形化界面，教师可以更方便地教授知识，学生也不会因为不熟悉DTrace的使用而无法了解系统内部结构，不会对初学的学生造成很大的困难，致使学生丧失学习的兴趣。当然图形化系统的学习也不单单局限在已有的系统上，该系统提供了相应的扩展接口。学生通过图形界面，掌握足够的原理和知识后，可以更深入地分析源码，展开研究，自己编写扩展该系统，一方面，将所学的知识应用于实际操作;另一面，扩展的图形系统又可以用于后续的操作系统课程教学，如此循环往复，可以有效地促进学生学习该门课程，进一步提高教学质量。

4结语

操作系统是一门抽象的课程，也是一个复杂的系统工程。掌握最新操作系统原理、提高对现代操作系统的实践能力，依赖于教、学双方的不懈努力和教学方法的不断创新。通过图形化方式进行抽象概念的辅助讲解有助于在讲授理论原理的同时，加强实践环节，为学生建立一个形象的知识架构，充分发挥学生的能动作用，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的综合能力，真正培养学生在系统软件开发方面的综合能力。

参考文献

[1] 肖竟华,陈建勋. “计算机操作系统”教学改革探索与实践[J].高等理科教育,2007,(3):68-70.

[2] 宋广华. 边学边干：操作系统课程教学改革的探索与实践[J]. 计算机教育,2006,(7):27-29.

[3] 陆庆,蒲晓蓉. “计算机操作系统”实验教学的改革与创新[J]. 计算机教育,2007,(11):61-63.

[4] 季赛. “操作系统”课程教学改革的探讨[J]. 气象教育与科技,2008,(82):18-22.

[5] 王知非,徐鹏. 操作系统课程教学改革与实践[J]. 计算机教育,2008,(6):107-108.

[6] 赵毅,马捷. 利用Python和GTK+的Linux GUI应用的快速开发[J]. 计算机工程,2004,(8):80-82.

[7] 徐小良,刘阳等. 图形化编程平台的结构设计及实现[J]. 计算机工程与应用,2001,(4):4-5,8.

作者：倪琴琴　吴敏华　马　森　孙卫真