淺談基于操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)范文

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摘要：本文按照計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)的要求，提出了基于操作系統(tǒng)的層次系統(tǒng)能力目標(biāo)，目標(biāo)以并發(fā)與共享為中心，以此為基礎(chǔ)，提出與該系統(tǒng)能力層次相適應(yīng)的課程體系，結(jié)合當(dāng)前工程教育融合創(chuàng)新要求，提出了一系列基于本課程體系的創(chuàng)新措施。

關(guān)鍵詞：工程教育；融合創(chuàng)新；操作系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)

一、基于操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力層次

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力從提出到目前，經(jīng)歷了復(fù)旦共識(shí)、天大行動(dòng)到北京指南，各方的專家學(xué)者已經(jīng)給出很多定義。第四屆高等院校計(jì)算機(jī)類專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)高峰論壇上，國(guó)防科技大學(xué)王志英教授，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)劃分為三個(gè)層次——計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)[1]。操作系統(tǒng)屬于系統(tǒng)軟件，構(gòu)造、分析與維護(hù)操作系統(tǒng)，是一種計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)能力。各大語言及其工具，都提供了很多與底層系統(tǒng)方面的接口供開發(fā)設(shè)計(jì)人員使用。結(jié)合多年來的實(shí)踐，從操作系統(tǒng)來講，我們把與之相關(guān)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力分為三個(gè)類別層級(jí)。第一層次是應(yīng)用軟件中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力：能解決應(yīng)用軟件開發(fā)設(shè)計(jì)所涉及到的同步、互斥、進(jìn)程、線程以及效率等問題；第二層次是維護(hù)系統(tǒng)能力：能利用操作系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)設(shè)置完成系統(tǒng)模塊選取，部署軟件，監(jiān)控資源，控制管理運(yùn)行，配置等工作；第三層次是構(gòu)造、分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)能力：能在掌握理解操作系統(tǒng)的理念，架構(gòu)，方法，理論，模塊，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)上，分析設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，解釋有關(guān)現(xiàn)象，甚至按要求修改內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能。操作系統(tǒng)課程是我校計(jì)算機(jī)類專業(yè)的核心課程之一，多年來，完成了基于資源管理的操作系統(tǒng)關(guān)鍵概念等多項(xiàng)研究課題，也結(jié)合操作系統(tǒng)課程開展了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目活動(dòng)。結(jié)合多年來與企業(yè)合作開展軟件開發(fā)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，明確了開展基于操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)研究，對(duì)于工程教育在計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)中落地開花具有重要價(jià)值。

二、基于操作系統(tǒng)系統(tǒng)能力培養(yǎng)課程體系

為了達(dá)成操作系統(tǒng)各個(gè)層次系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，需要建構(gòu)新的課程體系。在該體系中，各課程內(nèi)容緊密結(jié)合各層次要求。通過對(duì)這些課程內(nèi)容的掌握，具備系統(tǒng)能力的基本要求。開設(shè)的課程見表1。另外，工程教育的精髓就是“融合與創(chuàng)新”[2]，因此在課程安排、內(nèi)容選取以及教育方法與手段上，也要革新，不僅需要選取經(jīng)典傳統(tǒng)的課程模塊，更要體現(xiàn)各個(gè)課程之間的有機(jī)聯(lián)系，打通“關(guān)節(jié)點(diǎn)”，真正讓操作系統(tǒng)成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，而不是停留在支離破碎的模塊上。上表1中列出了五門操作系統(tǒng)課程，在教學(xué)內(nèi)容上，涉及到應(yīng)用層次軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)，也有底層硬件抽象層次上的系統(tǒng)軟件分析、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，這不僅是工程教育融合的本質(zhì)體現(xiàn)，也是操作系統(tǒng)課程的本質(zhì)要求。這是因?yàn)椋僮飨到y(tǒng)本身處于軟硬系統(tǒng)之間，面向應(yīng)用，面對(duì)用戶，傳遞管理與控制到底層，這就需要全方位、多層次、全視角來學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)。在課程安排上，操作系統(tǒng)原理課程可以與Linux內(nèi)核分析結(jié)合。

三、基于“融合創(chuàng)新”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力培養(yǎng)保證措施

“融合創(chuàng)新”是工程教育的核心靈魂，也是當(dāng)今教育界討論的關(guān)鍵話題之一。結(jié)合操作系統(tǒng)課程群實(shí)際情況，可以采取以下措施：1.參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等競(jìng)賽，提高學(xué)習(xí)積極性。近年來，國(guó)家為了創(chuàng)新工程建設(shè)，在高等學(xué)校中開展了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)，獲得批復(fù)的項(xiàng)目分為國(guó)家級(jí)、省級(jí)等層次，并按層次撥付一定的費(fèi)用。我們基于操作系統(tǒng)課程，組織學(xué)生申報(bào)了《一種基于資源方的分布式互斥機(jī)制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》（2014）等多項(xiàng)國(guó)家級(jí)省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。另外，也組織學(xué)生參加了學(xué)校的挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽，《輕量級(jí)操作系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)》獲得學(xué)校第8屆（2012年）挑戰(zhàn)杯三等獎(jiǎng)。今年，再次組織學(xué)生以《64位的批處理操作系統(tǒng)原型設(shè)計(jì)》項(xiàng)目參加學(xué)校挑戰(zhàn)杯比賽。通過這些活動(dòng)的開展，讓學(xué)生們感覺到了本課程學(xué)習(xí)的知識(shí)是有用處的，而不是僅僅停留在理論學(xué)習(xí)的架子上，也吸引了學(xué)生對(duì)課程的注意力，有效提高了學(xué)習(xí)興趣。最關(guān)鍵的是，通過項(xiàng)目的具體實(shí)施與展開，讓同學(xué)們明白了課本知識(shí)來源于實(shí)踐，同時(shí)又指導(dǎo)實(shí)踐的精髓。正如學(xué)生所述，通過參加這些項(xiàng)目，“讓我對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解更加深刻了100倍！”2.加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化課程考核方式，突出融合與創(chuàng)新要求。課程的考核方式一般就是期末筆試，這顯然與融合創(chuàng)新有點(diǎn)格格不入。在課程考核方面，強(qiáng)化了過程記錄與考核，如實(shí)驗(yàn)檢查與批改作業(yè)關(guān)注“異樣”結(jié)果，在上課前，重點(diǎn)分析一下這些不一樣的地方，既肯定正確的方法，也指出錯(cuò)誤之處，打破僵化，開拓思維。另外，提高了平時(shí)記錄對(duì)課程最終成績(jī)的影響因子。同時(shí)，課外也不定時(shí)的布置一些附加任務(wù)，如撰寫同步與互斥問題總結(jié)，對(duì)于能夠按時(shí)高質(zhì)量完成任務(wù)的同學(xué)，適當(dāng)增加平時(shí)記錄并獲得相應(yīng)的平時(shí)成績(jī)分項(xiàng)。3.強(qiáng)化學(xué)習(xí)交流，開展主動(dòng)型學(xué)習(xí)。教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)自學(xué)的重要性，分發(fā)一些資料或布置一些額外作業(yè)，要求學(xué)生利用課外時(shí)間完成，并通過課程班級(jí)QQ群與學(xué)生交流。交流過程中，注重提供方法，指明方向，而不是僅僅給出答案。

四、總結(jié)

本文結(jié)合我們?cè)趶氖虏僮飨到y(tǒng)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)前工程教育的熱點(diǎn)，從本課程的角度，提出了操作系統(tǒng)課程為基礎(chǔ)的系統(tǒng)能力層次及其達(dá)成的課程體系內(nèi)容。該課程體系以一個(gè)原型操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，與其他課程融會(huì)貫通，致力于培養(yǎng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力。最后，文中也提出了開展“融合創(chuàng)新”的一些具體措施。致謝：本文受到安徽省教育研究項(xiàng)目《面向工程創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類專業(yè)人才系統(tǒng)能力培養(yǎng)模式研究》（編號(hào)：RE17100022）以及安徽工業(yè)大學(xué)教育研究項(xiàng)目《工程教育背景下大學(xué)生計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)能力培養(yǎng)研究》（編號(hào)：RE17200024）資助，在此感謝！

參考文獻(xiàn)：

[1]王志英.新工科建設(shè)中的系統(tǒng)能力培養(yǎng)項(xiàng)目(ppt),第四屆高等院校計(jì)算機(jī)類專業(yè)系統(tǒng)能力培養(yǎng)高峰論壇[Z].2018,05-12.

[2]李茂國(guó),朱正偉.工程教育范式:從回歸工程走向融合創(chuàng)新[J].中國(guó)高教研究,2017,(06).

作者：郭玉華 鄭嘯 單位：安徽工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院