張　旭　錢慎一

摘要:本文從教育觀的發(fā)展出發(fā),聯(lián)系“操作系統(tǒng)”這門課程的教學實際,提出要在教學的過程中廣泛聯(lián)系相關(guān)課程,培養(yǎng)學生的理性思維、綜合能力和素質(zhì)。

關(guān)鍵詞:操作系統(tǒng);教學;理性思維

中圖分類號:G642 ` 文獻標識碼:A

1引言

現(xiàn)代教育的觀點認為,學生在學校里一要學會做人,二要學會思維,三才是學習必要的知識。對計算機科學與技術(shù)學科來說,今天流行的系統(tǒng),甚至今天流行的技術(shù),很可能不久就會過時。所以,創(chuàng)造性的學習,綜合能力和素質(zhì)的培養(yǎng)顯得尤為重要。要“使研究為本的學習成為標準”,努力給學生提供“塑造頂峰體驗”的機會,從一點一滴入手,逐漸引導學生建立理性的思維,創(chuàng)新的意識,達到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

計算機操作系統(tǒng)是控制和管理計算機系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、有效地組織多道程序運行的系統(tǒng)軟件,是整個計算機系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心,是用戶與計算機之間的接口。“計算機操作系統(tǒng)”課程是高等學校信息科學、計算機技術(shù)的核心和基礎(chǔ)課程,在計算機專業(yè)教學計劃中處于重要的地位,它的掌握理解程度,直接影響著計算機學習者的專業(yè)水平及發(fā)展方向。本文從“操作系統(tǒng)”的教學出發(fā),對如何教好這門課程,如何使學生通過操作系統(tǒng)的學習,在素質(zhì)和能力培養(yǎng)方面得到鍛煉和提高作一探討。

2目前“操作系統(tǒng)”教學中存在的問題

“操作系統(tǒng)”是計算機專業(yè)的一門非常重要的理論課程,但許多同學都覺得相對于程序設(shè)計和程序語言課程而言,學習“操作系統(tǒng)”這門課程除了考研需要外好像沒有什么用處。而現(xiàn)實中Windows操作系統(tǒng)的大量使用和操作系統(tǒng)教材普遍以Unix為藍本的矛盾更加劇了這種現(xiàn)象。學生可能花了很大的時間和興趣,把它放在了記憶各種性能參數(shù)的比較,系統(tǒng)的配置和注冊表的修改,較為復(fù)雜的功能的設(shè)置上面,沉迷于各種小技巧的獲得,這無疑掩蓋了在更高的層次上對操作系統(tǒng)核心知識的追求和獲取。

“操作系統(tǒng)”課程是計算機專業(yè)的核心理論課之一,在計算機教學的地位無庸置疑。操作系統(tǒng)本身作為計算機系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)軟件,是裸機功能的第一次擴充。而它的出現(xiàn),在簡化計算機的操作、方便了人們使用的同時也屏蔽了計算機的工作過程、抹殺了專業(yè)和非專業(yè)的區(qū)別。作為計算機專業(yè)的學生,我們不僅要知其然,更要知其所以然。通過操作系統(tǒng),不僅可以極大地鍛煉我們的邏輯思維能力,而且可以促進對其他理論課程的理解,從而為我們學習和理解新型操作系統(tǒng),應(yīng)用操作系統(tǒng)以及在操作系統(tǒng)平臺上開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)打下堅實的基礎(chǔ)。在計算機專業(yè)教學中“操作系統(tǒng)”課程與其他課程之間有著承上啟下的作用,“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“計算機組成原理”等課程是“操作系統(tǒng)”的先修課,而“電子商務(wù)”、“多媒體技術(shù)”、“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”、“網(wǎng)絡(luò)安全”等課程需要操作系統(tǒng)的知識作為基礎(chǔ)?？梢?“操作系統(tǒng)”課程在計算機專業(yè)教學中的課程中的地位十分重要。

3理性思維的培養(yǎng),多角度學習能力的提高

從現(xiàn)代教育觀的發(fā)展來看,以適當?shù)闹R為載體,實施素質(zhì)和能力培養(yǎng),要強調(diào)在學習、工作、探索中的“理性”成分,只有有了“理性”,行為才能是更有效的、瞄準目標的行為。所謂“理性”,通俗地講,就是要求人們在明確的思想指導下沿著較清晰的思想路線,按照一定的規(guī)律進行特定的活動。教育中的理性成分的強化程度決定了現(xiàn)代教育成功的程度,因此,我們必須強調(diào)這種理性化的教育。對于學習來說,就是要在讀書時,致力于對其實質(zhì)的充分領(lǐng)會和對其精髓的掌握,并且能夠靈活地應(yīng)用所學的知識(包括已經(jīng)具有的經(jīng)驗)去分析問題、解決問題,而不是憑一時的想象或者一時的靈感發(fā)現(xiàn),更不是漫無目標地憑“感覺”去學習實踐。豐富的知識、良好的素質(zhì)、較強的能力,這些都是“理性”的基礎(chǔ)。

“操作系統(tǒng)”課程體系結(jié)構(gòu)非常清晰,是由一條主線,即操作系統(tǒng)的功能貫穿始終的。在授課的過程中,我們可以培養(yǎng)學生一種良好的學習思維能力,即“快鳥瞰,深顯微,巧模擬”。通過操作系統(tǒng)概論的講解,使學生首先了解到這門課程要學習的內(nèi)容就是操作系統(tǒng)的五大功能及其實現(xiàn),從總體上、宏觀上使同學們對這門課程有了一個清晰的認識,這即是“快鳥瞰”。課程的講解中,通過每一部分,詳細講解操作系統(tǒng)各個功能的具體實現(xiàn)原理,使同學們從微觀上具體掌握課程內(nèi)容,這即是“深顯微”。而功能的實現(xiàn)過程,我們可以在實驗課程中,利用現(xiàn)有的條件,使同學們結(jié)合所學理論,并綜合運用編程方面的知識,模擬實現(xiàn)操作系統(tǒng)的某些功能,如進程調(diào)度、內(nèi)存分配等,加深同學們對課程知識的理解,同時有所創(chuàng)新,這即是“巧模擬”。這種學習思維能力在任何知識的學習中都是不可或缺的。

宋代大詩人蘇軾有一首詩膾炙人口的喻理詩《題西林壁》——“橫看成嶺側(cè)成峰,遠近高低各不同,不識廬山真面目,只緣身在此山中”。詩詞表面含義是對俊秀空靈的廬山的描寫,可從深層次卻是告訴我們對待一種事物,觀看的角度不同,得到的理解也各不相同。這不也正是一種理性思維的方式嗎?

在操作系統(tǒng)課堂上強調(diào)對問題實質(zhì)的領(lǐng)會,可以讓學生建立起這樣的一種思維的模式:首先是要明確目標,最基本的任務(wù)是什么;其次是從理論的角度去尋求實現(xiàn)該目標的方法,即要探討任務(wù)是如何解決的;最后要進行總結(jié),從不同的層次和角度進行探討,探索解決問題的進一步的思路或是技巧。比如說,處理機調(diào)度這一章的學習中,在講評價處理機調(diào)度方式和調(diào)度算法的性能指標是,可以引導學生進行思維活動:處理機調(diào)度的任務(wù)是使得在多道程序設(shè)計技術(shù)下的系統(tǒng)的資源可以有效共享,多道程序都可以得到調(diào)度執(zhí)行,為此,采用什么樣的調(diào)度方式和調(diào)度算法就是我們要關(guān)心的內(nèi)容。但是站在系統(tǒng)的角度和用戶的角度分別來看的話,就有不同的評價指標,比如系統(tǒng)應(yīng)提高整體的效率,而用戶只是從自身程序的執(zhí)行效率是否高來考慮,所以評價指標就各不相同。從明確目標,找到解決方法,探索進一步的思路或技巧的這一思維模式來出發(fā),培養(yǎng)學生的理性思維,無疑是非常好的一個例子。

在“操作系統(tǒng)”的課堂教學中有很多章節(jié)都可以對學生進行知識發(fā)現(xiàn)過程的引導和體驗:講死鎖問題時,通過安全狀態(tài)的例子(只有一類資源)來引出銀行家算法;講存儲器管理一章時可以一點點的引出從連續(xù)存儲到非連續(xù)存儲的實現(xiàn);講提前讀、延遲寫等內(nèi)容等等,都可以讓學生獲得知識發(fā)現(xiàn)的體驗。在這里我想談一談下面這個例子。在講頁式存儲管理中的請求分頁時,我們說頁表的結(jié)構(gòu)中增加了缺頁的外存地址,那么外存地址是什么呢,不管是它是在文件區(qū)中還是交換區(qū)中,最終對應(yīng)的是外存的磁盤塊號,在講緩沖管理的時候,我們從實現(xiàn)的角度來談,緩沖區(qū)是由緩沖首部和緩沖體構(gòu)成,而緩沖首部中要記錄緩沖體中數(shù)據(jù)的來源,對應(yīng)的也是外存的磁盤塊號。那么在講到I/O軟件和磁盤的數(shù)據(jù)組織時,我們就能引導學生從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度得出頁面的大小、緩沖區(qū)中緩沖體的大小和邏輯磁盤塊的大小相一致的結(jié)論來,那么在得到這個結(jié)論的時候,我們不僅僅復(fù)習了前面所學的知識,更重要的是把操作系統(tǒng)作為一個整體聯(lián)系了起來,學生從中可以進行探索和知識發(fā)現(xiàn)。

4廣泛聯(lián)系相關(guān)課程,培養(yǎng)綜合能力和素質(zhì)

對于計算機科學與技術(shù)學科的人才來講,能力的培養(yǎng)以及通過這些能力的培養(yǎng)來提高學生的專業(yè)素質(zhì)不是一兩門孤立的課就可以完成的,而是需要在一個循環(huán)漸進的過程中完成的。因此,培養(yǎng)學生學會發(fā)散的思維方式,強化系列課程的設(shè)置與建設(shè)、建立相關(guān)課程的廣泛聯(lián)系就顯得十分重要?！安僮飨到y(tǒng)”課程就是一門和其他計算機相關(guān)課程緊密聯(lián)系的課程,在“操作系統(tǒng)”的教學上,應(yīng)該廣泛地聯(lián)系學生所學前導課程的知識,使學生建立起來一個完整的知識體系框架。

在操作系統(tǒng)中大量使用到了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計方面的知識,不論是在談信號量機制時,還是講動態(tài)分區(qū)時的各種分配策略,或是成組鏈接法,都大量使用到了隊列、堆棧操作,做模擬實驗時就要要求學生非常熟練相關(guān)的編程;在存儲管理、設(shè)備管理等章節(jié)中要聯(lián)系到大量的計算機硬件知識,如指令的執(zhí)行,動態(tài)重定位的實現(xiàn),中斷及DMA的原理等等;操作系統(tǒng)還廣泛的聯(lián)系到了軟件工程、信息安全等課程的內(nèi)容。

另外,“操作系統(tǒng)”課程本身很大程度上是一門理論課程,但在講授的過程中要注重聯(lián)系到實際,注重從原理和實現(xiàn)是兩個方面來探索和解決問題,一些理論上可以實現(xiàn)或者很容易實現(xiàn)的東西在實際上卻并不容易實現(xiàn)。例如,在操作系統(tǒng)中講到存儲器管理的頁面置換算法時,LRU置換算法從理論上來講是一種比較好的算法,但具體實現(xiàn)起來需要系統(tǒng)有較多的硬件支持,實現(xiàn)起來比較復(fù)雜,所以在實際應(yīng)用中多采用的是LRU的近似算法如Clock算法。這就要求老師在授課的過程中,不僅要使學生學好當前的知識,而且使學生學會這種將所學的知識進行系統(tǒng)學習、綜合分析的能力和素質(zhì)。

5小結(jié)

現(xiàn)代教育的發(fā)展在知識和能力的基礎(chǔ)上強調(diào)素質(zhì);其中,能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育被擺到了重要的位置上,而原來作為教育核心的知識則被看成教育的基礎(chǔ),用來實現(xiàn)能力培養(yǎng)與素質(zhì)教育,稱之為“知識的載體屬性”。改革開放需要大量具有創(chuàng)造性、開拓性、責任感、緊迫感、競爭觀、合作觀以及效益觀等良好綜合能力的人才,這是時代的發(fā)展提出的急切的呼喚。隨著計算機應(yīng)用向縱深方向進一步拓展,計算機“操作系統(tǒng)”課程的重要性日益凸顯,然而傳統(tǒng)的教學模式由于存在著偏重于老師的“灌輸式教學”,強調(diào)“授魚”,忽視了學生能力的培養(yǎng)和提高,致使學生無法深入掌握操作系統(tǒng)原理的精華并加以應(yīng)用,從而使學生產(chǎn)生了操作系統(tǒng)無用論的思想,因此積極探索操作系統(tǒng)原理教學模式的改革具有十分重要而深遠的意義。通過對“操作系統(tǒng)”教學的體會,希望可以改變教學方式,轉(zhuǎn)變“授魚”為“授漁”,增強學生的各種能力,提高學生自身的綜合素質(zhì),培養(yǎng)出順應(yīng)時代發(fā)展的人才。

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The Discuss of Training Students Ability in Teaching Operating Systems

ZHANG Xu, QIAN Shen-yi

(Dept. of Comp. Science and Eng., Zhengzhou Inst. of Light Ind., Zhengzhou 450002, China)

Abstract: In this paper, contacting the teaching practice of operating systems, we bring out that we should abroad combine the related courses during teaching, cultivate students sense thought, all kinds of ability and diathesis.

Key words: Operating Systems; teaching; sense thought