流媒体技术在视频点播中的应用研究.doc

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流媒体技术在视频点播中的应用研究 流媒体技术在视频点播中的应用研究 　　关键词:视频点播,流媒体技术,宽带技术 摘要:随着因特网的迅速发展以及宽带技术的日趋成熟,网络视频点播在社会各行业中的应用越来越受到人们的关注。流媒体技术作为一种新的网络媒体传输方式,很好的解决了视频数据在互联网上的传输问题,并越来越广泛地应用到视频点播系统中。 　　 　　一、引言 　　 　　网络视频点播(VOD)是基于数字网络的一种服务,而数字网络结构中的数据传输一般有下载和流式传输两种方案;同时VOD又是基于流媒体技术的,它需要按照特定的顺序将文件发送出去,播放程序才可以边接收边播放数据,因而VOD采用了流式传输这种方案。为了使播放更加稳定连贯,通常客户端会通过为接收数据而开辟缓存区的方法来解决网路拥堵的问题。这样,用户只需要在缓存区充满前等待几秒钟,就可以开始欣赏媒体节目了,文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。流式传输不仅使启动延时成十倍、百倍地缩短,而且不需要太大的缓存容量。这种在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体就称为流媒体。 　　 　　二、视频点播系统概述 　　 　　(一)视频点播系统的构成与工作过程 　　视频点播系统一般有服务器端系统、网络通信系统、客户端/浏览器端系统构成。视频点播系统的一般工作过程为:在客户端,用户通过网络发出通信呼叫,向服务器发出连接请求。该请求到达并被服务器的网卡接收,传给服务器。经过请求验收后,服务器把存储子系统的节目名单准备好,并在用户屏幕上显示可点播的节目单。用户选择需要点播的节目后,服务器从存储子系统中取出节目内的视频数据流。通过高速传在客户端进行播放。 　　(二)视频点播的关键技术 　　1.多媒体数据压缩技术 　　多媒体数据压缩技术是多媒体技术中最为关键的核心技术,其研究内容包括:数据压缩比、压缩/解压缩速度以及简捷快速的压缩算法。以压缩/解压缩后的数据是台与压缩前的原始数据完全一致作为标准,可将数据压缩方法划分为无失真压缩(可逆压缩)和有失真压缩(小可逆压缩)两类。 　　主要的视频压缩标准有H.261,JPEG和MPEG等。MPEG标准是一种在高压缩比的情况下,仍能保证高质量u而的压缩算法,最适于视频VOD的存储、点播和网上传输。MPEG压缩技术,作为一种压缩标准,促进了多媒体相关技术的发展,对于VOD这样的应用系统的产生和发展有重要作用。 　　2.多媒体数据库技术 　　由于多媒体的数据量非常巨大,所以随着应用的扩展,系统会积累大量的多媒体数据,VOD的数据库管理系统必须保证用户能迅速方便地找到所需的多媒体,有效地完成对多媒体的各种管理任务。VOD系统的结构设计直接影响着系统性能,因此在VOD系统的结构设计中必须采用优化策略,可以利用数字图书馆技术,其基木原理是多媒体存储部分与系统管理、检索等信息处理部分在逻辑上分开实现,以提供清晰的逻辑,其优点首先是易于用户理解、操作和使用;其次,利于全球系统设计、规划和实现,同时便于系统维护和管理。 　　3.多媒体网络传输技术 　　高速接入网和高速互联互通的传输网为VOD系统的实现提供了强有力的保障。VOD中的视音频数据时间相关性很强,对网络传输的延迟特别敏感,带宽和实时性要求尤为突出。因此,应保证在任意的网络交换能力下提供给用户可靠稳定的带宽及高传输速率,具各合理动态分配网络带宽以适应多媒体数据高速率和突发性传输的要求,以保证实现高质量、平滑和动态视频的多媒体数据流传输。 　　流媒体是随着网络通信技术的发展,为了满足人们对网络视频要求越来越高而产生的一种应用技术。值得强调的一点是,流媒体并不是一种新的媒体格式,而只是一种新的媒体传输方式。流媒体技术包括两种传输方式:实时流式传输和顺序流式传输。两种传输方式各有自己的优势,在实际应用中可以根据应用场景来选择传输方式。 　　 　　三、流媒体技术在视频点播中的应用 　　 　　流媒体是指视频、声音和数据从源端同时向目的地传输,它可以作为连续实时流在目的地被接收。这里的源指的是流媒体在服务器端的应用,而目的地或称接收端是指客户端应用。流媒体数据从服务器端应用传输后可由客户端应用接收并显示或回放,一般是客户端应用接收到足够的数据并将之存储在缓冲区后便立即将视频显示出来,或将音频回放出来。流媒体的一个重要特征是对时间的敏感性,这正是实时性要求高的应用所必需的,所以这类应用与流媒体密不可分就十分自然的了。流媒体的实现主要取决于网络带宽和压缩算法的提高。今天,随着网络协议的改善、网络基础设施和压缩技术的发展,流媒体的实现已经变得越来越容易了。 　　 　　(一)流媒体技术原理 　　流式传输的实现需要缓存,这是因为Internet以包传输为基础进行断续的异步传输。一个实时A/V源或存储的A/V文件在传输中要被分解为许多包,由于网络是动态变化的,各个包选择的路由可能不尽相同,故到达客户端的时间延迟也就不等,甚至先发的数据包还有可能后到。为此,使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响,并保证数据包的顺序正确,从而使媒体数据能连续输出,而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。通常高速缓存所需容量并不大,因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据,通过丢弃已经播放的内容,流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。 　　流式传输的实现需要合适的传输协议。由于TCP需要较多的开销,故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中,一般采用HTTP/TCP来传输控制信息,而用RTP/UDP来传输实时影音数据。 　　流式传输的过程一般是这样的:用户选择某一流媒体服务后,Web浏览器与Web 服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息,以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来;然后客户机上的Web浏览器启动A/V Helper程序,使用HTTP从Web服务器检索相关参数对Helper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。 　　A/V Helper程序及A/V服务器运行实时流控制协议(RTSP),以交换A/V传输所需的控制信息。与CD播放机或VCRs所提供的功能相似,RTSP提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序(一般可认为客户程序等同于Helper程序),一旦A/V数据抵达客户端,A/V客户程序即可播放输出。需要说明的是,在流式传输中,使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系,是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/V Helper程序所在客户机的目的地址。 　　 　　(二)流式传输的实现过程 　　最后,流式传输的实现需要合适的传输协议。在流式传输的实现方案中,一 　　般采用HTTP/TCP来传输控制信息,而用实时传输协议/用户数据报协议(RTP/UDP)来传输实时数据。 　　流式传输的过程一般如下: 　　1.用户选择某一流媒体服务后,Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息,以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来; 　　2.Web浏览器启动音视频客户程序,使用HTTP从Web服务器检索相关参数来对视音频客户程序初始化,这些参数可能包括目录信息、视音频数据的编码类型或与视音频检索相关的服务器地址: 　　3.视音频客户程序及音视频服务器运行实时流传输协议,以交换音视频传输所需的控制信息,实时流传输协议提供执行播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法: 　　4.视音频服务器使用RTP/UDP协议将视音频数据传输给视音频客户程序,一旦视音频数据抵达客户端,视音频客户程序即可播放输出。 　　 　　(三)流媒体的播放 　　在多媒体应用中,视频传输带来的网络带宽问题非常突出。现有的大部分网络多是使用TCP/IP点到点的协议构置,因此我们希望如何在现有网络条件下不做过多地改变来实现视频的传输。IPv4定义了3种IP数据通信方式:单播(点到点通信)、全网广播(广播)、组播。单播是指可2个IP地址间进行的数据通信;全网广播是指在IP子网内向所有网内IP地址以广播的方式发送数据包,所有子网内的IP站都能收到广播;组播是指在IP网上对一组特定IP地址进行数据传送,是居于单播与广播之间的通信方式。对IPv4定义的3种数据通信方式进行比较,其中IP广播不适合于视频传输,而单播和组播则在不同的视频传输应用中具有明显的优势。 　　 　　参考文献: 　　[1]王曜.视频点播,北京:北京邮电大学出版社,2002 　　[2]王军健.VOD服务器性能及服务方式研究,计算机土程与设计,2005 　　[3]黄永峰编著.IP网络多媒体通信技术.人民邮电出版社,2003     国家973信息技术与高性能软件基础规划项目首席科学家顾钧教授和中国工程院院士李国杰教授指出：“我国的软件开发要算法先行，这样才能推动软件技术的研究与开发，提高我国企业软件产品的技术竞争力和市场竞争力”。算法设计与分析是计算机专业的核心课程，是一门理论性与实践性相结合的课程。通过课程学习学生应掌握常用算法设计策略，提高软件开发设计和解决计算机科学与工程领域中较复杂的实际问题的能力；同时通过学习算法复杂性分析，培养学生在软件开发中注重效率的理念。 　　 　　1亟待改进的现状 　　 　　在我校本科生课外实践、毕业设计和研究生考试阅卷工作中，发现学生算法设计能力普遍欠缺，其它普通高校也有类似情况[1]。教材是体现教学内容和教学方法的知识载体，是进行教学的基本工具，分析现有的算法设计与分析教材，不难发现出现以上现象的根本原因。现有教材定位往往偏高，注重理论讲解高深，适合研究生、重点院校本科生使用，这样的教材往往导致学生对算法设计课程产生畏惧心理。现有教材对算法策略的讲解多以问题为章节，没有概括和归纳算法策略的特点，及在同一策略下不同问题的应用差别，学生很难系统地掌握算法策略的应用技能。另外，现有教材普遍只侧重算法效率分析，而缺乏提高效率方法和技巧的介绍，综上所述，深感有教材建设的必要性。 　　 　　2本教材建设宗旨及其结构设计 　　 　　根据现状分析，本教材建设以“适用性实用性”为宗旨，定位于普通高校计算机专业本科学生，以素质教育的为需求，注重培养学生解决实际问题的能力。基于此宗旨本书分四个层次： 　　第一篇“引入篇”包含两章，从问题求解的步骤开始认识算法及其重要地位、并学习算法设计的基本过程、算法效率分析方法；为提高学生的学习兴趣，还对当前主流算法及软件进行了简要介绍(此节可作为选修)。 　　第二篇“基础篇”，对算法设计基本工具循环、递归机制和数据结构的应用技巧和提高算法效率的方法做了讲解。 　　第三篇“核心篇”包含两章，主要介绍了常用的几种算法策略，如：枚举法、递推法、分治法、贪婪算法、动态规划及与图搜索有关的算法策略，并对算法策略及其应用进行了总结比较。 　　第四篇“应用篇”，每节针对同一问题采用不同的数学模型、不同数据结构或不同的算法策略进行算法设计，并进行算法效率上的分析比对。 　　 　　3教材建设特色 　　 　　教材建设遵循《中国计算机科学与技术学科教程2002》(“China Computing Curricula 2002”，简称“CCC2002”)知识体系，属于算法和复杂性(AL)的范畴。以AL1.基本算法分析和AL2.算法策略作为教材核心。 　　教材建设中吸收国内外同类教材[2] [3][4]的优点并加以消化，力争浅显易懂地讲解深奥的算法设计策略和分析方法。在体现“适用性实用性”的宗旨下，本书和现有算法设计的教材相比主要特色有： 　　(1) 重系统性，符合认知规律 　　本教材结构严谨，章节划分合理、层次分明。特别是教材第三篇“核心篇”摒弃同类教材中根据问题划分章节的方法，通过对算法策略特点的概括和归纳，以同一策略下的应用差别来划分章节，能反映知识点间的联系，符合认知规律。同时，在各章末尾对算法进行比较、总结，使学生能方便、全面地掌握算法策略的本质及其应用体系。 　　(2) 重启发性，体现创新意识 　　有些算法设计教材中的例题，先给出问题的算法设计结果，再去讲解它们。这样做只能使学生“知其然”而“不知其所以然”。本书中例题要经过问题分析、数学建模、数据结构设计和算法设计后，才给出算法和算法分析。这样讲解富有启发性，利于培养学生“设计”算法的能力，而不是“记忆”算法的能力。同时，改变学生被动接受知识的习惯，养成主动学习的意识。 　　(3) 重适用性，提高学习效率 　　第二篇“基础篇”是从程序设计到算法设计承上启下的内容，对问题求解的基本方法、算法基本工具的使用及提高算法效率的基本技巧做了必要的总结、归纳，相信这些内容会给普通院校的广大学生有较大的裨益，可以从根本上促使其打好学习算法设计的基础，提高学习效率。 　　(4) 重开放性，培养学科兴趣 　　第一篇中对现代算法的概览，旨在扩大学生的知识面，提高学生对算法设计学习的兴趣。教材中还介绍了从算法到程序转换中的常见错误和注意事项，引导学生不能仅停留在形式化的算法描述阶段，而是要大胆上机实现，检验算法设计的结果。这样在提高学习本学科兴趣的同时，还能尽快提高学生的实践能力。 　　(5) 重实践性，拓宽思维空间 　　教材中介绍的算法设计方法与现代的编程方法步调一致，有利于激发学生问题求解的欲望，增强综合应用能力。第四篇“算法设计实践”，每节中针对同一问题采用不同的数学模型、不同数据结构或不同的算法策略进行算法设计，旨在扩展学生解决问题的思路，促使学生灵活运用算法知识，而不是生搬硬套教材中的算法。同时，也可以通过对多种算法设计的分析比较认识算法的优劣。 　　 　　4教材建设成果 　　 　　教材已于2006年3月由清华大学出版社出版。教材出版后虽然仅使用一次，但教材初稿已多次作为算法设计与分析课程的讲稿，学生使用后普遍反映良好，他们认为教材将复杂的算法思想进行了高度的概括归纳，以简洁的方式呈现给读者，具有易读、易懂性，实例丰富，非常实用。省内其它院校进修的教师也认为这个教材(讲稿)内容充实，第四篇是全书的一个亮点，非常有利于提高学生的算法设计应用能力；教材没有过多的算法注释，为启发式、探究式、研究式教学方法提供了好的教学平台。2010年6月该教材已被列入国家“十一五”规划教材。 　　参考文献 　　[1] 李海伦，唐全，“程序设计”课程教学改革的研究与实践——加强算法设计教学，提高学生编程能力《计算机教育》2005年 7期21-22 　　[2] 王晓东主编《计算机算法设计与分析(第二版)》，电子工业出版社，2004 　　[3] (沙特)阿苏外耶著，吴伟昶等译，《算法设计技巧与分析》，电子工业出版社,2004.8 　　[4] Sara Baase，Allen Van Gelder，《计算机算法——设计与分析导论》第三版，高等教育出版社，2001.6 网络入侵检测技术分析及应用研究 　　关键词:入侵检测;网络安全;计算机应用;信息;程序设计 ;VC 　摘要:论文首先分析了入侵检测的概念,指出了入侵检测的发展情况,以数据分析的角度给出了它的基本分类。作为实践活动,在后面给出了一个基本的网络入侵检测的程序实现,为相应的程序开发起到借鉴作用。 　　 　　 　　一、入侵检测技术综述 　　(一)入侵检测的技术分类 　　当前入侵检测技术,从数据分析角度不同,可以分为误用模型的入侵检测以及异常入侵检测系统两种。前者做一个基本假设:一切来自网络及本地的安全入侵都可以按某种方式被精确地编码,并通过对已知的各种入侵形式进行相应的编码,来构成入侵模式库。这种方式通过采样网络安全相关的特征数据,而且与入侵模式库中的模式进行匹配来实现。异常检测系统首先通过对宿主计算机系统中的一组与安全相关的特征属性的取值进行统计和分析,为系统正常运行状态下的行为建立起一个特征轮廓印。然后不断监测这些安全相关特征属性的实时取值,与正常行为特征轮廓出现大的差异时检测入侵。 　　二、入侵检测的程序实践 　　(一)系统总体设计 　　本系统将实现为一个基于网络的入侵检测系统,本系统采用误用检测技术。与普通的采用误用检测技术的入侵检测系统相比,该系统内部并没有设置复杂的特征库,所有的入侵模式都要用户自己设置,然后依据这些模式对入侵行为进行拦截或放行。 　　(二)系统功能模块 　　1.网络数据收集及检测引擎 　　本部分采用应用层截包方案,即在驱动程序中截包,然后送到应用层处理的工作模式。在应用层工作,改变了工作模式,每当驱动程序截到数据,送到应用层处理后再次送回内核,再向上传递到IP协议。综合考虑各种因素,本部分决定采用应用层的截包方案。 　　2.驱动程序拦截网络数据包的方式 　　利用驱动程序拦截网络数据包的方式很多,本系统采用Win2k Filter-Hook Driver拦截数据包。在win2000设备程序开发包(DDK)中,微软包含一个新的命名为Filter-Hook Driver的网络驱动程序。本程序采用 DrvFltIp.sys 驱动程序实现IP协议过滤。其中回调函数是这类驱程的主体部分。DrvFltIp.sys IP过滤驱动程序使用这个过滤钩子来判断IP数据包的处理方式。所注册的过滤钩子是用PacketFilterExtensionPtr数据类型定义的。Filter-Hook使用该I/O控制码建立一个IRP,并将其提交给IP过滤驱动程序。该控制码向IP过滤驱动程序注册过滤钩子回调函数,当有数据包发送或者接收时,IP过滤驱动程序调用这些回调函数。在本系统中定义了四种设备控制代码。分别是开始过滤、停止过滤、添加过滤规则、清除过滤规则: 　　#define START_IP_HOOK CTL_CODE(FILE_DEVICE_DRVFLTIP, 　　DRVFLTIP_IOCTL_INDEX,METHOD_BUFFERED, FILE_ANY_ACCESS) 　　#define STOP_IP_HOOK CTL_CODE(FILE_DEVICE_DRVFLTIP, 　　DRVFLTIP_IOCTL_INDEX+1,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCE SS) 　　#define ADD_FILTER CTL_CODE(FILE_DEVICE_DRVFLTIP, 　　DRVFLTIP_IOCTL_INDEX+2,METHOD_BUFFERED,FILE_WRITE_ACC ESS) 　　#define CLEAR_FILTER CTL_CODE(FILE_DEVICE_DRVFLTIP, 　　DRVFLTIP_IOCTL_INDEX+3,METHOD_BUFFERED,FILE_ANY_ACCES S) 　　3.SCM管理器 　　程序通过SCM管理器创建或打开服务。首先通过语句OpenSCManager(NULL, NULL, SC_MANAGER_ALL_ACCESS);打开SCM管理器,然后通过CreateService(m_hSCM, IpFltDrv,SERVIC E_AL L_ACCESS,SERVICE_KERNEL_DRIVER,SERVICE_DEMAND_START, SERVIC E_ERROR_NORMAL, IpFltDrv.sys, NULL, 0, NULL, NULL, NULL)启动IP过滤驱动;启动IP过滤驱动后,要启动IP过滤钩子驱动,其中驱动程序收到上层发过来的控制代码后即按照注册的钩子函数进行入侵检测。 　　4.攻击模式库 　　该部分由用户自己设置。针对特定的攻击,设置攻击的源IP,端口,及子网掩码,目的IP,端口,及子网掩码,然后选择要拦截或放行的协议类型。每一次设置相当于一条记录,可以设置多条记录,攻击模式库即由这些记录共同构成。 　　三、总结 　　驱动程序会按照用户的选择对拦截的数据包进行处理,在报警及响应过程完毕后,点击菜单项的ShowReport选项,会对遭受的攻击及处理的结果作出响应。该系统可以较好的完成入侵检测的功能,保证网络的安全。 　　 　　参考文献: 　　[1]Paxson,V.Bro:A system for detecting network intruders in real-time[J].Computer Networks, 1999,31(23):2435-2463 　　[2]董小玲.信息安全的分水岭——2000年世界信息安全问题回顾[J].计算机安全,2001,1:36-42   网络化教学平台环境下高职计算机基础教学的改革与实践 　　关键词:网络化;计算机基础;教学改革 　摘要:以道路桥梁工程技术专业计算机基础课程教学实践为例,探究网络化教学环境下高职院校计算机基础教学在培养目标、教学内容、教学模式、教学方法和手段、教材等方面的改革思路。 　　 　　随着世界信息技术的飞速发展,高等教育向网络化、虚拟化、国际化、个性化方向发展,在国家示范性高等职业院校建设规划的推动下,高职院校网络教学平台有机地整合在数字校园中构建,专业教学资源库和教学平台建设网络化日趋成熟,这对非计算机专业的计算机基础课程教学提出了更高的要求。 　　 　　一、发挥网络化教学平台环境的优势,融入专业教学培养学生的信息素养 　　网络化教学平台环境不仅具有跨时空、大信息量、交互性和个性化的特点,而且还具有丰富的信息资源和方便的获取方式等优势。如与资源库相结合;与数字校园的其它系统的整合;融入智能技术、移动技术、网格技术、点对点技术等新技术;支持多模式的网络教学;支持多媒体教学资源的动态积累、管理、共享、使用和评价;支持各种教学系统和工具之间的资源积累、使用与交换;支持课程或教师教学的个性化;课程与教师能够根据自身教学需要个性化地实施教学活动;根据教学或学习要求按标准制作成新的学习材料或课件,能够被不同的网络教学平台发现,并能跟踪其使用情况等。 　　社会的信息化对大学生的信息素质也提出了更高的要求,用人单位对毕业生的计算机能力要求增加,入学新生的计算机知识起点显著提高,以职业综合能力培养为目标的工作过程系统化课程体系要求计算机基础教学融入专业教学中,培养高职学生的具备良好的信息素养。对非计算机专业的高职学生而言,信息素养应包括:(1)高效获取信息的能力;(2)熟练、批判性地评价信息的能力;(3)有效地吸收、存储和快速提取信息的能力;(4)运用多媒体形式表达信息、创造性使用信息的能力;(5)将以上一整套驾驭信息的能力转化为自主、高效地学习与交流的能力;(6)学习、培养和提高信息文化新环境中公民的道德、情感,法律意识与社会责任。 　　 　　二、围绕专业的人才培养目标系统设计教学内容 　　高职院校的计算机基础教学应面向应用,服务于培养高素质高技能人才这一总目标,教学目标一直以来停留在学习计算机文化基础知识的阶段,主要内容包括计算机应用基础知识、Windows操作系统、中文Word文字处理软件、中文Excel电子表格软件、中文Powerpoint演示文稿和网络基础及Internet应用。在网络化教学平台环境成熟的高职学院,应该把教学目标定位为培养学生掌握一定的计算机基础知识、技术与方法,以及利用计算机解决专业领域中的问题及日常事务问题,根据目标系统设计教学内容。如道路桥梁工程技术专业的计算机基础由原来的“计算机文化基础-计算机软件应用”两阶段的“计算机文化基础”和“AutoCAD”、公路软件应用两部分内容,调整为“计算机文化基础-计算机技术基础-计算机应用基础”三阶段的“计算机文化基础”、“计算机程序设计基础”、“多媒体技术与应用”、“计算机辅助设计及应用”四个部分内容。使高职计算机教育贯穿于整个专业教育过程,做到学生学习期间不断线。实现计算机基础教学在培养学生的计算机知识、能力、素质方面起到基础性和先导性的作用,在专业课中的计算机教学在更大程度上提高学生在本专业领域中应用计算机解决问题的能力与水平。 　　 　　三、加强实践教学,探索适应网络化的教学模式 　　计算机课程的实践性很强,计算机知识的掌握与能力的培养在很大程度上有赖于学生上机的实践。在数字化校园支持下,为学生提供了一个理想的数字化学习环境,支持研究型学习、案例式学习、发现式学习、资源型学习、协作型学习等多种学习模式。因此,必须以应用作为出发点,重视和加强实践教学环节,探索网络化教学平台环境下的教学模式。通过加强网上练习和网上实验,培养学生的上机动手能力、解决实际问题的能力以及知识综合运用能力。 　　 　　四、以教学情境设计为切入点,不断改革教学方法和手段 　　教学方法与手段要服从于教学内容,要着眼于高技能人才的培养。从“计算机+大屏幕”发展到目前的“网络化教学平台”,体现了教学手段和方法的个性化发展和变革。由于学校情况不同,专业不同,学生基础不同。对同一课程中不同教学内容,应该设计不同的学习情境,采用相适合的教学方法与手段,将本课程中的精髓和要点提取出来制作成多媒体课件传授给学生,课件应尽量减少纯文字的描述,增加生动形象的图形、动画信息,通过色彩的变化突出重点、难点内容,并通过加入提问启发学生的思维、吸引学生的注意。如在Word2003、Excel2003和PowerPoint2003的教学设计中,采用任务为导向的教学方法,设计插入一些比较有特色和较易引起学生兴趣的Flash动画设计、PhotoShop图像处理等教学内容。 　　五、结合专业工学结合人才培养模式编写特色教材 　　计算机基础课程教材不仅要与当前高等职业教育改革相适应,与专业人才的培养目标,与当前职业人才对计算机基础知识、技能的结构需求相适应,还应与人才培养模式、教学模式相匹配,反映先进的教育教学思想,计算机科学技术的新发展、新软件和新技术,体现计算机基础教学的实践性、适应性、科学性和先进性。已有大量优秀的大学计算机基础教材在使用中,随着高等职业教育的改革和发展,如项目化、以任务驱动为特色,适应工学结合人才培养模式要求,满足学生自主、交互、协同、构建式学习模式和网络化教学平台环境要求的高职计算机基础教材还有待广大同仁努力开发。 　　 　　参考文献: 　　[1]周子立.高职计算机基础课程教学改革的实践[J].机械职业教育,2009,11 　　[2]龙怡高职计算机应用基础课程教学的现状与对策[J].广东技术师范学院学报2008,2 　　[3]赵锐.大学计算机基础教育模式探讨[J].广东工业大学学报,2009,6 　　[4]沈国珍.大学计算机基础课程教学改革与实践[J].计算机教育2008,24     摘要：本文结合“计算机操作系统”课程的特点，分析了发达国家实验教学开设的状况，有针对性地提出了计算机操作系统实验的设计思想、教学内容及其教学模式。 　　关键词 本文来自：计算机毕业网：计算机操作系统；实验教学；工程能力培养；创新能力 　　　　　　 　　1引言 　　 　　计算机操作系统课程是理论性和实践性都很强的学科，计算机操作系统实验教学作为课堂教学的继续，不仅是计算机教学中不可缺少的重要环节，也是计算机教学成效的初步体现。近年来我院计算机实验教学中心从多方面加强计算机操作系统的实验教学工作，措施之一就是改进和优化实验课程的设置，分层次、立体化地安排实验课程的内容，从而加强对学生动手能力的培养，促进了学生基本技能和工程实践能力的提高。 　　 　　2发达国家大学实验教学状况 　　 　　美国密歇根大学工学院机械系三、四年级共开设15门课程记56个学分，其中：主干课6门(6×4)，设计课3门(3×4)，大实验课2门(2×4)、其他课程4门(4×3)。由此可见，其中设计课程、实验课程共计5门20个学分，占课程总数的1/3，占学分总数的1/3强。 　　麻省理工学院(MIT)加强学生工程实践能力训练的办法是让学生利用课余及假期进入科研或直接参与企业的某一项目。为此分别拟订了不同的实践计划，目前实施的计划有： 　　(1) 本科研究导向计划(UROP)：该计划要求学生在教授指导下完成某些研究性实验，有70％~80％的本科生进入该计划； 　　(2) 本科实践导向计划(UPOP)：该计划与企业结合，组织学生参与企业中的某项设计或工程实践，有30％本科生进入该计划； 　　(3) 技术创业计划：该计划只有少数优秀学生参与，着重强调探索与创新，甚至允许学生自己办个小公司去实施。 　　从以上的例证中我们可以发现以下几个共同点： 　　(1) 实验课程的课时和学分比例都在全部课程的1/3以上； 　　(2) 实验教学完全面向具体工程，培养学生的动手能力和创新能力； 　　(3) 实验教师有丰富的工程实践经验； 　　(4) 实验教学计划是动态的，修改的依据是实际工程需要。 　　 　　3精心构建“计算机操作系统”课程实验体系 　　 　　为使学生更好地掌握操作系统知识，针对该课程内容复杂、涉及面广、实践性强等特点，课程组不断跟踪国内外著名计算机专业教学计划，结合实际教学经验，精心构建操作系统课程体系和实验体系。以“计算机操作系统”为核心配套形成丰富的实验内容，将实践教学分为三个层次四种类型，具体包括：操作系统基础实验、操作系统原理实验、基于操作系统程序设计和操作系统内核综合实验，如图1所示。课程内容与实验间相互促进，理论与实际紧密结合，由浅入深、循序渐进，覆盖主流系统平台，结合应用编程，取得了理解、抽象、思考、实验、设计和掌握知识结构和应用技术的成功。 　　 　　本课程的实践教学环节包括三个层次，即课程实验、应用实验和综合实验。在实践过程中，充分发挥师生互动的作用，充分利用“实验室课堂”和“案例库”，完成相应实践过程，达到能力训练和启发创新的目的。 　　1) 课程实验 　　含系统上机操作等过程，是一种体验性的实践，实践平台包括当前主流操作系统(Windows和Unix/Linux)。 　　2) 应用实验 　　主要完成模块设计和程序设计，是难度较大的实践环节，通过案例复现和模块替换实验等，掌握技术实现和模块设计的方法与技巧。 　　3) 综合实验 　　较大型的综合实验，可以与操作系统应用技术结合，可以以学生团队方式参加。根据情况，部分课题可以拓展到本科毕业设计课题完成。 　　根据不同的实验层次，设计了四种实验类型，即操作验证型、技术应用型、模块设计型、综合型四种类型： 　　1) 操作验证型实验属于操作系统实际操作，目的是让学生熟悉目前流行的多用户、多任务操作系统，激发学习兴趣，为理论课程的学习提供基础。包括系统配置、命令使用、Shell语言、系统安装等； 　　2) 技术应用型实验是操作系统原理技术实现，从系统软件和结构的基础上理解设计和实现过程，联系Windows/UNIX两类主流操作系统，理解系统整体框架、各种不同算法、软件设计架构、功能实现特点、安全机制实施等内容，使抽象能够与设计结合，与实际的操作系统相联系，去除操作系统的神秘感和复杂感，随课开设的操作系统原理实验指导学生设计系统中的各种数据结构及算法，比较算法性能，使学生理解和重视设计原理。包括算法设计、结构编程、模块替换等； 　　3) 模块设计型实验是操作系统的模块设计，引入开放系统和开放源码技术，利用Shell设计和C对系统核心编程，掌握并积累基于现代操作系统环境的编程经验。包括调度、分配、并发、管理等； 　　4) 综合型实验(含课程设计)是操作系统应用设计，是在前面实验的基础上对学生综合能力的训练，供有一定基础、并对操作系统有关内容感兴趣的学生选择。本实验在前面知识的基础上，有重点地分析开源Linux系统内核源代码并设计出相关系统模块，培养学生的综合设计能力，激发学生的创新能力，达到对本课程内涵的深入理解和灵活运用。 　　通过分类型和阶段的实践过程，加强了学生系统编程与内核模块设计的能力，使学生对课程的重点和难点，如多道程序、进程调度和切换、并行与并发、资源分配和冲突的解决、系统对外的连接、系统软件的架构和应用切入模式等都有了更加深入的认识，加深了课程内容的理解和运用，创新效果明显。 　　 　　4实验体系的特点与创新 　　 　　1) 注重实践环节，强调能力培养，合理进行学生考核 　　计算机实验教学中心利用较好的实验室条件，开设“实验室课堂”，构建“操作系统案例库”，结合课程实验、应用实验和综合实验加强学生系统编程与内核模块设计的能力。这些案例既作为教学，也供学生自行设计或复现，优秀作品又进入案例库循环，使学生能即学即用，及时发现和解决问题，对抽象概念通过实践环节理解，拓展深层次思考，对学生的能力训练收到很好的效果。 　　2) 立体化、分层次设计实验体系，全面培养学生创新能力 　　本课程的实践教学分为三个层次四种类型。其中，课程实验主要解决学生对“计算机操作系统”中主要技术原理、算法的理解和设计问题。应用实验主要训练学生对典型操作系统的具体实现技术的掌握；综合设计实验(含课程设计)主要训练学生面对实际的操作系统进行综合分析、方案设计和具体设计操作系统的综合解决能力。 　　3) 实验环节面向具体操作系统，强调工程化设计 　　根据目前发达国家对学生工程教育的培养，结合我国学生大学毕业后普遍存在

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