從“操作系統(tǒng)”的教學(xué)淺談學(xué)生能力的培養(yǎng)

張　旭　錢(qián)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(mén)課程的教學(xué)實(shí)際,提出要在教學(xué)的過(guò)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(lèi)號(hào):G642 ` 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(huì)做人,二要學(xué)會(huì)思維,三才是學(xué)習(xí)必要的知識(shí)。對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科來(lái)說(shuō),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(huì)過(guò)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(huì),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(shí),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(zhuān)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(zhuān)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(duì)如何教好這門(mén)課程,如何使學(xué)生通過(guò)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(wèn)題

“操作系統(tǒng)”是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)非常重要的理論課程,但許多同學(xué)都覺(jué)得相對(duì)于程序設(shè)計(jì)和程序語(yǔ)言課程而言,學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”這門(mén)課程除了考研需要外好像沒(méi)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(cè)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(wú)疑掩蓋了在更高的層次上對(duì)操作系統(tǒng)核心知識(shí)的追求和獲取。

“操作系統(tǒng)”課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的核心理論課之一,在計(jì)算機(jī)教學(xué)的地位無(wú)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(jiǎn)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(guò)程、抹殺了專(zhuān)業(yè)和非專(zhuān)業(yè)的區(qū)別。作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生,我們不僅要知其然,更要知其所以然。通過(guò)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(duì)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(tái)上開(kāi)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(zhuān)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(shí)作為基礎(chǔ)?？梢?jiàn),“操作系統(tǒng)”課程在計(jì)算機(jī)專(zhuān)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(lái)看,以適當(dāng)?shù)闹R(shí)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?cè)诿鞔_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(duì)于學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō),就是要在讀書(shū)時(shí),致力于對(duì)其實(shí)質(zhì)的充分領(lǐng)會(huì)和對(duì)其精髓的掌握,并且能夠靈活地應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)(包括已經(jīng)具有的經(jīng)驗(yàn))去分析問(wèn)題、解決問(wèn)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(wú)目標(biāo)地憑“感覺(jué)”去學(xué)習(xí)實(shí)踐。豐富的知識(shí)、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(guò)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(niǎo)瞰,深顯微,巧模擬”。通過(guò)操作系統(tǒng)概論的講解,使學(xué)生首先了解到這門(mén)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(duì)這門(mén)課程有了一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí),這即是“快鳥(niǎo)瞰”。課程的講解中,通過(guò)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(guò)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(shí),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(duì)課程知識(shí)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(shí)的學(xué)習(xí)中都是不可或缺的。

宋代大詩(shī)人蘇軾有一首詩(shī)膾炙人口的喻理詩(shī)《題西林壁》——“橫看成嶺側(cè)成峰,遠(yuǎn)近高低各不同,不識(shí)廬山真面目,只緣身在此山中”。詩(shī)詞表面含義是對(duì)俊秀空靈的廬山的描寫(xiě),可從深層次卻是告訴我們對(duì)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(duì)問(wèn)題實(shí)質(zhì)的領(lǐng)會(huì),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(wèn)題的進(jìn)一步的思路或是技巧。比如說(shuō),處理機(jī)調(diào)度這一章的學(xué)習(xí)中,在講評(píng)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(lái)看的話,就有不同的評(píng)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(lái)考慮,所以評(píng)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(lái)出發(fā),培養(yǎng)學(xué)生的理性思維,無(wú)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(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的引導(dǎo)和體驗(yàn):講死鎖問(wèn)題時(shí),通過(guò)安全狀態(tài)的例子(只有一類(lèi)資源)來(lái)引出銀行家算法;講存儲(chǔ)器管理一章時(shí)可以一點(diǎn)點(diǎn)的引出從連續(xù)存儲(chǔ)到非連續(xù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn);講提前讀、延遲寫(xiě)等內(nèi)容等等,都可以讓學(xué)生獲得知識(shí)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(yè)式存儲(chǔ)管理中的請(qǐng)求分頁(yè)時(shí),我們說(shuō)頁(yè)表的結(jié)構(gòu)中增加了缺頁(yè)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(duì)應(yīng)的是外存的磁盤(pán)塊號(hào),在講緩沖管理的時(shí)候,我們從實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)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(lái)源,對(duì)應(yīng)的也是外存的磁盤(pán)塊號(hào)。那么在講到I/O軟件和磁盤(pán)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(yè)面的大小、緩沖區(qū)中緩沖體的大小和邏輯磁盤(pán)塊的大小相一致的結(jié)論來(lái),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(shí),更重要的是把操作系統(tǒng)作為一個(gè)整體聯(lián)系了起來(lái),學(xué)生從中可以進(jìn)行探索和知識(shí)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(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的人才來(lái)講,能力的培養(yǎng)以及通過(guò)這些能力的培養(yǎng)來(lái)提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)不是一兩門(mén)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(guò)程中完成的。因此,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)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。“操作系統(tǒng)”課程就是一門(mén)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(shí),使學(xué)生建立起來(lái)一個(gè)完整的知識(shí)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(shí),不論是在談信號(hào)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(chǔ)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(shí),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(mén)理論課程,但在講授的過(guò)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(lái)探索和解決問(wèn)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(chǔ)器管理的頁(yè)面置換算法時(shí),LRU置換算法從理論上來(lái)講是一種比較好的算法,但具體實(shí)現(xiàn)起來(lái)需要系統(tǒng)有較多的硬件支持,實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(guò)程中,不僅要使學(xué)生學(xué)好當(dāng)前的知識(shí),而且使學(xué)生學(xué)會(huì)這種將所學(xué)的知識(shí)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(shí)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(lái)作為教育核心的知識(shí)則被看成教育的基礎(chǔ),用來(lái)實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)與素質(zhì)教育,稱(chēng)之為“知識(shí)的載體屬性”。改革開(kāi)放需要大量具有創(chuàng)造性、開(kāi)拓性、責(zé)任感、緊迫感、競(jìng)爭(zhēng)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(yú)”,忽視了學(xué)生能力的培養(yǎng)和提高,致使學(xué)生無(wú)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(wú)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(guò)對(duì)“操作系統(tǒng)”教學(xué)的體會(huì),希望可以改變教學(xué)方式,轉(zhuǎn)變“授魚(yú)”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。

參考文獻(xiàn):

[1] CCC2002教程研究組.CCC2002[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2002.

[2] 湯小丹,梁紅兵,哲鳳屏,等. 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)[M]. 3版. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2007.

[3] Andrew S. Tanenbaum. Modern Operating Systems[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

[4]William Stallings. Operating Systems Internals and Design Principles [M]. 5th ed. PrenticeHall,New Jersey,2004.

[5] 教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì). 高等學(xué)校計(jì)算機(jī)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告暨專(zhuān)業(yè)規(guī)范[M].北京:高等教育出版社,2006.

[6] 孫為軍. 操作系統(tǒng)原理課程的教學(xué)研究與實(shí)踐[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2008(7):61-62.

[7] 李倩. 計(jì)算機(jī)信息技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)與專(zhuān)業(yè)課程整合的研究[J]. 現(xiàn)代企業(yè)教育,2006(12):35-37.

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