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(xué)實(shí)際,提出要在教學(xué)的過程中廣泛聯(lián)系相關(guān)課程,培養(yǎng)學(xué)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(xué);理性思維

中圖分類號:G642 ` 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1引言

現(xiàn)代教育的觀點(diǎn)認(rèn)為,學(xué)生在學(xué)校里一要學(xué)會做人,二要學(xué)會思維,三才是學(xué)習(xí)必要的知識。對計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(shí)。所以,創(chuàng)造性的學(xué)習(xí),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(xué)習(xí)成為標(biāo)準(zhǔn)”,努力給學(xué)生提供“塑造頂峰體驗(yàn)”的機(jī)會,從一點(diǎn)一滴入手,逐漸引導(dǎo)學(xué)生建立理性的思維,創(chuàng)新的意識,達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、有效地組織多道程序運(yùn)行的系統(tǒng)軟件,是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心,是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口?！坝?jì)算機(jī)操作系統(tǒng)”課程是高等學(xué)校信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的核心和基礎(chǔ)課程,在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中處于重要的地位,它的掌握理解程度,直接影響著計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)者的專業(yè)水平及發(fā)展方向。本文從“操作系統(tǒng)”的教學(xué)出發(fā),對如何教好這門課程,如何使學(xué)生通過操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí),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(xué)中存在的問題

“操作系統(tǒng)”是計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門非常重要的理論課程,但許多同學(xué)都覺得相對于程序設(shè)計(jì)和程序語言課程而言,學(xué)習(xí)“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(shí)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(lán)本的矛盾更加劇了這種現(xiàn)象。學(xué)生可能花了很大的時(shí)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(jì)算機(jī)專業(yè)的核心理論課之一,在計(jì)算機(jī)教學(xué)的地位無庸置疑。操作系統(tǒng)本身作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的系統(tǒng)軟件,是裸機(jī)功能的第一次擴(kuò)充。而它的出現(xiàn),在簡化計(jì)算機(jī)的操作、方便了人們使用的同時(shí)也屏蔽了計(jì)算機(jī)的工作過程、抹殺了專業(yè)和非專業(yè)的區(qū)別。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)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(jìn)對其他理論課程的理解,從而為我們學(xué)習(xí)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)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(xué)習(xí)能力的提高

從現(xiàn)代教育觀的發(fā)展來看,以適當(dāng)?shù)闹R為載體,實(shí)施素質(zhì)和能力培養(yǎng),要強(qiáng)調(diào)在學(xué)習(xí)、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(zhǔn)目標(biāo)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(dǎo)下沿著較清晰的思想路線,按照一定的規(guī)律進(jìn)行特定的活動(dòng)。教育中的理性成分的強(qiáng)化程度決定了現(xiàn)代教育成功的程度,因此,我們必須強(qiáng)調(diào)這種理性化的教育。對于學(xué)習(xí)來說,就是要在讀書時(shí),致力于對其實(shí)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(xué)的知識(包括已經(jīng)具有的經(jīng)驗(yàn))去分析問題、解決問題,而不是憑一時(shí)的想象或者一時(shí)的靈感發(fā)現(xiàn),更不是漫無目標(biāo)地憑“感覺”去學(xué)習(xí)實(shí)踐。豐富的知識、良好的素質(zhì)、較強(qiáng)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(xué)生一種良好的學(xué)習(xí)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(xué)生首先了解到這門課程要學(xué)習(xí)的內(nèi)容就是操作系統(tǒng)的五大功能及其實(shí)現(xiàn),從總體上、宏觀上使同學(xué)們對這門課程有了一個(gè)清晰的認(rèn)識,這即是“快鳥瞰”。課程的講解中,通過每一部分,詳細(xì)講解操作系統(tǒng)各個(gè)功能的具體實(shí)現(xiàn)原理,使同學(xué)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(shí)現(xiàn)過程,我們可以在實(shí)驗(yàn)課程中,利用現(xiàn)有的條件,使同學(xué)們結(jié)合所學(xué)理論,并綜合運(yùn)用編程方面的知識,模擬實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的某些功能,如進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存分配等,加深同學(xué)們對課程知識的理解,同時(shí)有所創(chuàng)新,這即是“巧模擬”。這種學(xué)習(xí)思維能力在任何知識的學(xué)習(xí)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(yuǎn)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(qiáng)調(diào)對問題實(shí)質(zhì)的領(lǐng)會,可以讓學(xué)生建立起這樣的一種思維的模式:首先是要明確目標(biāo),最基本的任務(wù)是什么;其次是從理論的角度去尋求實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的方法,即要探討任務(wù)是如何解決的;最后要進(jìn)行總結(jié),從不同的層次和角度進(jìn)行探討,探索解決問題的進(jìn)一步的思路或是技巧。比如說,處理機(jī)調(diào)度這一章的學(xué)習(xí)中,在講評價(jià)處理機(jī)調(diào)度方式和調(diào)度算法的性能指標(biāo)是,可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維活動(dòng):處理機(jī)調(diào)度的任務(wù)是使得在多道程序設(shè)計(jì)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(jià)指標(biāo),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(jià)指標(biāo)就各不相同。從明確目標(biāo),找到解決方法,探索進(jìn)一步的思路或技巧的這一思維模式來出發(fā),培養(yǎng)學(xué)生的理性思維,無疑是非常好的一個(gè)例子。

在“操作系統(tǒng)”的課堂教學(xué)中有很多章節(jié)都可以對學(xué)生進(jìn)行知識發(fā)現(xiàn)過程的引導(dǎo)和體驗(yàn):講死鎖問題時(shí),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(shí)可以一點(diǎn)點(diǎn)的引出從連續(xù)存儲到非連續(xù)存儲的實(shí)現(xiàn);講提前讀、延遲寫等內(nèi)容等等,都可以讓學(xué)生獲得知識發(fā)現(xiàn)的體驗(yàn)。在這里我想談一談下面這個(gè)例子。在講頁式存儲管理中的請求分頁時(shí),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(shí)候,我們從實(shí)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(shí),我們就能引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)實(shí)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(gè)結(jié)論的時(shí)候,我們不僅僅復(fù)習(xí)了前面所學(xué)的知識,更重要的是把操作系統(tǒng)作為一個(gè)整體聯(lián)系了起來,學(xué)生從中可以進(jìn)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(xué)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(gè)循環(huán)漸進(jìn)的過程中完成的。因此,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會發(fā)散的思維方式,強(qiáng)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(jì)算機(jī)相關(guān)課程緊密聯(lián)系的課程,在“操作系統(tǒng)”的教學(xué)上,應(yīng)該廣泛地聯(lián)系學(xué)生所學(xué)前導(dǎo)課程的知識,使學(xué)生建立起來一個(gè)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(jì)方面的知識,不論是在談信號量機(jī)制時(shí),還是講動(dòng)態(tài)分區(qū)時(shí)的各種分配策略,或是成組鏈接法,都大量使用到了隊(duì)列、堆棧操作,做模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)就要要求學(xué)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(jì)算機(jī)硬件知識,如指令的執(zhí)行,動(dòng)態(tài)重定位的實(shí)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(shí)際,注重從原理和實(shí)現(xiàn)是兩個(gè)方面來探索和解決問題,一些理論上可以實(shí)現(xiàn)或者很容易實(shí)現(xiàn)的東西在實(shí)際上卻并不容易實(shí)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(shí),LRU置換算法從理論上來講是一種比較好的算法,但具體實(shí)現(xiàn)起來需要系統(tǒng)有較多的硬件支持,實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜,所以在實(shí)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(xué)生學(xué)好當(dāng)前的知識,而且使學(xué)生學(xué)會這種將所學(xué)的知識進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)、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(qiáng)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(shí)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(zé)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(shí)代的發(fā)展提出的急切的呼喚。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用向縱深方向進(jìn)一步拓展,計(jì)算機(jī)“操作系統(tǒng)”課程的重要性日益凸顯,然而傳統(tǒng)的教學(xué)模式由于存在著偏重于老師的“灌輸式教學(xué)”,強(qiáng)調(diào)“授魚”,忽視了學(xué)生能力的培養(yǎng)和提高,致使學(xué)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(xué)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(xué)模式的改革具有十分重要而深遠(yuǎn)的意義。通過對“操作系統(tǒng)”教學(xué)的體會,希望可以改變教學(xué)方式,轉(zhuǎn)變“授魚”為“授漁”,增強(qiáng)學(xué)生的各種能力,提高學(xué)生自身的綜合素質(zhì),培養(yǎng)出順應(yīng)時(shí)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