从“操作系统”的教学浅谈学生能力的培养

摘要:本文从教育观的发展出发,联系“操作系统”这门课程的教学实际,提出要在教学的过程中广泛联系相关课程,培养学生的理性思维、综合能力和素质。

关键词:操作系统;教学;理性思维

中图分类号:G642 ` 文献标识码:A

1引言

现代教育的观点认为,学生在学校里一要学会做人,二要学会思维,三才是学习必要的知识。对计算机科学与技术学科来说,今天流行的系统,甚至今天流行的技术,很可能不久就会过时。所以,创造性的学习,综合能力和素质的培养显得尤为重要。要“使研究为本的学习成为标准”,努力给学生提供“塑造顶峰体验”的机会,从一点一滴入手,逐渐引导学生建立理性的思维,创新的意识,达到培养高素质人才的目的。

计算机操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件,是整个计算机系统的基础和核心,是用户与计算机之间的接口。“计算机操作系统”课程是高等学校信息科学、计算机技术的核心和基础课程,在计算机专业教学计划中处于重要的地位,它的掌握理解程度,直接影响着计算机学习者的专业水平及发展方向。本文从“操作系统”的教学出发,对如何教好这门课程,如何使学生通过操作系统的学习,在素质和能力培养方面得到锻炼和提高作一探讨。

2目前“操作系统”教学中存在的问题

“操作系统”是计算机专业的一门非常重要的理论课程,但许多同学都觉得相对于程序设计和程序语言课程而言,学习“操作系统”这门课程除了考研需要外好像没有什么用处。而现实中Windows操作系统的大量使用和操作系统教材普遍以Unix为蓝本的矛盾更加剧了这种现象。学生可能花了很大的时间和兴趣,把它放在了记忆各种性能参数的比较,系统的配置和注册表的修改,较为复杂的功能的设置上面,沉迷于各种小技巧的获得,这无疑掩盖了在更高的层次上对操作系统核心知识的追求和获取。

“操作系统”课程是计算机专业的核心理论课之一,在计算机教学的地位无庸置疑。操作系统本身作为计算机系统中最重要的系统软件,是裸机功能的第一次扩充。而它的出现,在简化计算机的操作、方便了人们使用的同时也屏蔽了计算机的工作过程、抹杀了专业和非专业的区别。作为计算机专业的学生,我们不仅要知其然,更要知其所以然。通过操作系统,不仅可以极大地锻炼我们的逻辑思维能力,而且可以促进对其他理论课程的理解,从而为我们学习和理解新型操作系统,应用操作系统以及在操作系统平台上开发自己的应用系统打下坚实的基础。在计算机专业教学中“操作系统”课程与其他课程之间有着承上启下的作用,“数据结构”、“计算机组成原理”等课程是“操作系统”的先修课,而“电子商务”、“多媒体技术”、“系统结构”、“网络安全”等课程需要操作系统的知识作为基础。可见,“操作系统”课程在计算机专业教学中的课程中的地位十分重要。

3理性思维的培养,多角度学习能力的提高

从现代教育观的发展来看,以适当的知识为载体,实施素质和能力培养,要强调在学习、工作、探索中的“理性”成分,只有有了“理性”,行为才能是更有效的、瞄准目标的行为。所谓“理性”,通俗地讲,就是要求人们在明确的思想指导下沿着较清晰的思想路线,按照一定的规律进行特定的活动。教育中的理性成分的强化程度决定了现代教育成功的程度,因此,我们必须强调这种理性化的教育。对于学习来说,就是要在读书时,致力于对其实质的充分领会和对其精髓的掌握,并且能够灵活地应用所学的知识(包括已经具有的经验)去分析问题、解决问题,而不是凭一时的想象或者一时的灵感发现,更不是漫无目标地凭“感觉”去学习实践。丰富的知识、良好的素质、较强的能力,这些都是“理性”的基础。

“操作系统”课程体系结构非常清晰,是由一条主线,即操作系统的功能贯穿始终的。在授课的过程中,我们可以培养学生一种良好的学习思维能力,即“快鸟瞰,深显微,巧模拟”。通过操作系统概论的讲解,使学生首先了解到这门课程要学习的内容就是操作系统的五大功能及其实现,从总体上、宏观上使同学们对这门课程有了一个清晰的认识,这即是“快鸟瞰”。课程的讲解中,通过每一部分,详细讲解操作系统各个功能的具体实现原理,使同学们从微观上具体掌握课程内容,这即是“深显微”。而功能的实现过程,我们可以在实验课程中,利用现有的条件,使同学们结合所学理论,并综合运用编程方面的知识,模拟实现操作系统的某些功能,如进程调度、内存分配等,加深同学们对课程知识的理解,同时有所创新,这即是“巧模拟”。这种学习思维能力在任何知识的学习中都是不可或缺的。

宋代大诗人苏轼有一首诗脍炙人口的喻理诗《题西林壁》――“横看成岭侧成峰,远近高低各不同,不识庐山真面目,只缘身在此山中”。诗词表面含义是对俊秀空灵的庐山的描写,可从深层次却是告诉我们对待一种事物,观看的角度不同,得到的理解也各不相同。这不也正是一种理性思维的方式吗?

在操作系统课堂上强调对问题实质的领会,可以让学生建立起这样的一种思维的模式:首先是要明确目标,最基本的任务是什么;其次是从理论的角度去寻求实现该目标的方法,即要探讨任务是如何解决的;最后要进行总结,从不同的层次和角度进行探讨,探索解决问题的进一步的思路或是技巧。比如说,处理机调度这一章的学习中,在讲评价处理机调度方式和调度算法的性能指标是,可以引导学生进行思维活动:处理机调度的任务是使得在多道程序设计技术下的系统的资源可以有效共享,多道程序都可以得到调度执行,为此,采用什么样的调度方式和调度算法就是我们要关心的内容。但是站在系统的角度和用户的角度分别来看的话,就有不同的评价指标,比如系统应提高整体的效率,而用户只是从自身程序的执行效率是否高来考虑,所以评价指标就各不相同。从明确目标,找到解决方法,探索进一步的思路或技巧的这一思维模式来出发,培养学生的理性思维,无疑是非常好的一个例子。

在“操作系统”的课堂教学中有很多章节都可以对学生进行知识发现过程的引导和体验:讲死锁问题时,通过安全状态的例子(只有一类资源)来引出银行家算法;讲存储器管理一章时可以一点点的引出从连续存储到非连续存储的实现;讲提前读、延迟写等内容等等,都可以让学生获得知识发现的体验。在这里我想谈一谈下面这个例子。在讲页式存储管理中的请求分页时,我们说页表的结构中增加了缺页的外存地址,那么外存地址是什么呢,不管是它是在文件区中还是交换区中,最终对应的是外存的磁盘块号,在讲缓冲管理的时候,我们从实现的角度来谈,缓冲区是由缓冲首部和缓冲体构成,而缓冲首部中要记录缓冲体中数据的来源,对应的也是外存的磁盘块号。那么在讲到I/O软件和磁盘的数据组织时,我们就能引导学生从系统实现的角度得出页面的大小、缓冲区中缓冲体的大小和逻辑磁盘块的大小相一致的结论来,那么在得到这个结论的时候,我们不仅仅复习了前面所学的知识,更重要的是把操作系统作为一个整体联系了起来,学生从中可以进行探索和知识发现。

4广泛联系相关课程,培养综合能力和素质

对于计算机科学与技术学科的人才来讲,能力的培养以及通过这些能力的培养来提高学生的专业素质不是一两门孤立的课就可以完成的,而是需要在一个循环渐进的过程中完成的。因此,培养学生学会发散的思维方式,强化系列课程的设置与建设、建立相关课程的广泛联系就显得十分重要。“操作系统”课程就是一门和其他计算机相关课程紧密联系的课程,在“操作系统”的教学上,应该广泛地联系学生所学前导课程的知识,使学生建立起来一个完整的知识体系框架。

在操作系统中大量使用到了数据结构和程序设计方面的知识,不论是在谈信号量机制时,还是讲动态分区时的各种分配策略,或是成组链接法,都大量使用到了队列、堆栈操作,做模拟实验时就要要求学生非常熟练相关的编程;在存储管理、设备管理等章节中要联系到大量的计算机硬件知识,如指令的执行,动态重定位的实现,中断及DMA的原理等等;操作系统还广泛的联系到了软件工程、信息安全等课程的内容。

另外,“操作系统”课程本身很大程度上是一门理论课程,但在讲授的过程中要注重联系到实际,注重从原理和实现是两个方面来探索和解决问题,一些理论上可以实现或者很容易实现的东西在实际上却并不容易实现。例如,在操作系统中讲到存储器管理的页面置换算法时,LRU置换算法从理论上来讲是一种比较好的算法,但具体实现起来需要系统有较多的硬件支持,实现起来比较复杂,所以在实际应用中多采用的是LRU的近似算法如Clock算法。这就要求老师在授课的过程中,不仅要使学生学好当前的知识,而且使学生学会这种将所学的知识进行系统学习、综合分析的能力和素质。

5小结

现代教育的发展在知识和能力的基础上强调素质;其中,能力培养和素质教育被摆到了重要的位置上,而原来作为教育核心的知识则被看成教育的基础,用来实现能力培养与素质教育,称之为“知识的载体属性”。改革开放需要大量具有创造性、开拓性、责任感、紧迫感、竞争观、合作观以及效益观等良好综合能力的人才,这是时代的发展提出的急切的呼唤。随着计算机应用向纵深方向进一步拓展,计算机“操作系统”课程的重要性日益凸显,然而传统的教学模式由于存在着偏重于老师的“灌输式教学”,强调“授鱼”,忽视了学生能力的培养和提高,致使学生无法深入掌握操作系统原理的精华并加以应用,从而使学生产生了操作系统无用论的思想,因此积极探索操作系统原理教学模式的改革具有十分重要而深远的意义。通过对“操作系统”教学的体会,希望可以改变教学方式,转变“授鱼”为“授渔”,增强学生的各种能力,提高学生自身的综合素质,培养出顺应时展的人才。

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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