基于数据挖掘分析的“操作系统”课程改革

林基艳， 张慧， 张雅琼(榆林学院 信息工程学院， 榆林 719000)

基于数据挖掘分析的“操作系统”课程改革

林基艳， 张慧， 张雅琼
(榆林学院 信息工程学院， 榆林 719000)

利用数据挖掘对历年操作系统教学过程中积累的基础数据进行挖掘分析，发现影响操作系统课程成绩的主要因素，并针对这些因素提出操作系统课程改革方案。将系统观与操作系统教学相结合，重新规划操作系统的课程内容、强化计算机专业核心课程之间的联系，帮助学生形成一致的、完整的计算机系统的整体概念，使学生具有系统层面的认知和设计能力。

数据挖掘； 操作系统； 课程改革； 系统观

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

“操作系统”是计算机相关专业的一门核心课程，该课程理论性强、涉及的知识面广，错综复杂、再者因操作系统在计算机系统中负责管理和控制软硬件资源，起着承上启下的作用，所以涉及较多的软硬件知识，这些特点也导致“操作系统”课难教，学生难学，考试成绩不尽如人意的情况[1]。而考试成绩不但可以用于评价教学质量，也可用于评估学生的学习效果，在长期的教学过程中，势必会积累大量的基础教学数据，比如学生成绩、教学条件、教学环境等，因此，可以采用数据挖掘技术对这些成绩数据进行客观准确的挖掘分析，找到这些数据背后包含的价值和关联关系，从而客观、准确地找出影响学生成绩的因素，为进一步提高“操作系统”的教学质量，深化教学改革提供数据支持和决策依据[2]。

数据挖掘DM，也称作数据库中的知识发现，即从大量的历史数据集合中提取有效的、新颖的、潜在有用的、最终可理解的信息和知识的过程，简单的说，数据挖掘就是一种用统计的算法从大量数据中找出其中隐含的某些规律和关联性知识的数据检索方法[3]。数据挖掘方法有多种——分类或预测型发现、聚类、序列模式发现、关联规则发现、异常和趋势发现等，关联规则挖掘是数据挖掘的一个重要研究分支，其目的即发现大量数据集中的关联或相关联系[4]。

随着“操作系统”基础数据的不断积累，可以利用数据挖掘技术从大量的历史基础教学数据中挖掘影响“操作系统”课程成绩的主要因素、发现“操作系统”与其他课程之间的关联关系，进而使用系统观的现代教学理念进行“操作系统”课程教学改革，重新规划“操作系统”课程的内容，使“操作系统”于其关联课程之间的内容联系更紧密、衔接更加顺畅，帮助学生从计算机系统整体的角度理解“操作系统”课程[5]。

1 “操作系统”数据挖掘实验设计

论文的研究对象为某高校信息工程专业2013级、2014级、2015级3个专业学生的基础数据，主要包括学生信息(学号、学院、专业、班级)，课程信息(课程编号、课程类别、开课院系、学分)、成绩信息(平时成绩、考试成绩、总评成绩)，通过对这些数据实施关联挖掘分析，发现哪些课程跟“操作系统”课程成绩有关联，部分关联分析结果，如图所1示。

从关联性分析的结果可以看出，组成原理、编译原理两门课程的成绩对“操作系统”成绩影响较大，由此可见，“操作系统”课程改革的重点是课程内容的变革，即优化课程内容，将操作系统、组成原理与汇编语言、编译原理中关键概念贯穿起来，使这些核心课程之间的内容联系更紧密，如此，不但有利于“操作系统”课程成绩的提高，还可以帮助学生真正明白计算机系统如何运作，让学生深层次地掌握操作系统的核心原理与设计精髓，同时学会运用相关原理和方法解决实际问题[6]。

图1 关联性分析结果

2 “操作系统”课程改革实施

基于数据挖掘分析的“操作系统”课程改革主要强调“系统能力”的重要性，在“操作系统”课程的教学过程中，贯穿与“操作系统”关联性较高的汇编语言、编译原理、组成原理等的课程内容，教学过程中将C语言程序的开发和运行作为主线，把此过程中每个环节涉及到的硬件和软件的基本概念关联起来，让学生建立一个完整的计算机系统层次结构框架[6]。因此，此次“操作系统”课程改革主要分两方面进行：

1、深化“操作系统”的课程内容

“操作系统”的授课内容不再单一的围绕操作系统的功能展开，而是从系统观角度出发，参考南京大学袁春风老师的《计算机系统基础》，将课程内容调整为数据的表示和处理、程序的转换及机器级表示、程序的链接、程序的执行、进程管理、处理机调度与死锁、存储器管理、文件管理、I/O管理、操作系统的接口等。因为课程内容较多，因此开设一个一学年的课程，具体方法如表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);

}

在授课过程中，以上面的C程序为例，首先讲解程序中的整型数据i,j等在计算机内部是怎么存储的，i和j在计算机内部是如何相乘的，乘积结果是如何传送的以此引入数据的机器级表示与处理章节的内容；接着，讲解以上程序是否直接可以在计算机上运行的，以此引入从高级语言程序到机器级指令中间经过了哪些步骤，即程序的转换和机器级表示；接着通过以上程序的运行步骤引入程序的链接、执行和进程、存储器、I/O、文件、接口等相关章节的内容。

2、强化“操作系统”实验内容

实践教学是培养学生创新能力的重要环节，是课堂理论讲授的实际应用。为了更好的培养学生系统思维的能力、工程思维的能力，强调软硬件配合，培养专业兴趣，将实验内容进行完善[7]。实验内容更新为：进程调度、进程通信、简易调试器、程序执行、cache与存储管理、异常与I/O。

3 总结

通过数据挖掘分析影响“操作系统”课程成绩的因素，发现操作系统与其他课程的关联关系，从而分析进行操作系统课程改革的必然和可行性，改革从系统观出发，强调调整课程内容和强化实验环节，加强操作系统和其他核心课程的联系，不但可以提高学生对课程的学习积极性，更可以提高教学质量。

[1] 郑广海,曲英伟. “嵌入式Linux操作系统及实践”课程改革[J]. 计算机教育,2012(4):37-40+44.

[2] 赵鹏,刘慧婷,姚晟,纪霞. 基于系统能力培养的操作系统课程改革和建设[J]. 计算机教育,2016(1):56-58.

[3] 吴喜萍. 基于关联规则数据挖掘技术的高校学生学习成绩分析[D].成都：西南交通大学,2010.

[4] 何月顺. 关联规则挖掘技术的研究及应用[D].南京：南京航空航天大学,2010.

[5] 王志英, 周兴社, 袁春风, 等. 计算机专业学生系统能力培养和系统课程体系设置研究[J]. 计算机教育, 2013(9): 1-6.

[6] 袁春风, 王帅. 大学计算机专业教育应重视“系统观”培养[J]. 中国大学教学, 2013(12): 41-46.

[7] 梁正平,李炎然,王志强. 计算思维导向的操作系统课程教学改革[J]. 计算机教育,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)

陕西省榆林市榆林学院教学改革项目(面向系统能力培养的“计算机操作系统”教学改革研究)

林基艳(1984-)，女，山东烟台人，讲师，研究方向：可信计算、无线网络安全，智能交通。 张慧 (1984-)，女，陕西榆林人，副教授，研究方向：数据挖掘、信息管理与信息系统、信息系统建模与仿真。 张雅琼 (1983-)，女，陕西榆林人，副教授，研究方向：无线路由网络、网络安全。

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