大學計算機教學論文

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大學計算機教學論文

　　隨著社會信息化的縱深發(fā)展，各行各業(yè)的信息化進程都在不斷加速。用人單位對大學畢業(yè)生的計算機應(yīng)用能力要求也隨之提高，計算機水平已經(jīng)成為衡量大學生專業(yè)素質(zhì)與能力的突出標志。但高校的計算機教學效果并不理想，與社會的需求仍存在不小的差距。以下是小編整理的大學計算機教學論文，歡迎閱讀。

大學計算機教學論文

　　一、“大學計算機基礎(chǔ)”課程教學現(xiàn)狀

　　根據(jù)教育部高等院校計算機基礎(chǔ)教學指導(dǎo)委員會的指導(dǎo)意見，計算機基礎(chǔ)教學主要講授計算機技術(shù)的四大領(lǐng)域：系統(tǒng)平臺與計算環(huán)境、算法基礎(chǔ)與程序設(shè)計、數(shù)據(jù)管理與信息處理、系統(tǒng)開發(fā)與行業(yè)應(yīng)用。重點掌握三方面的應(yīng)用技能：計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與信息檢索方法、關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的基本使用方法和多媒體信息處理工具的使用方法�！按髮W計算機基礎(chǔ)”課程需要講授的知識體系分解為知識單元和知識點，要求各學校對每一個知識點的內(nèi)容、傳授的方式、檢驗是否掌握的方式都要制定相應(yīng)的要求和標準�！按髮W計算機基礎(chǔ)”是大學本科生的第一門公共計算機基礎(chǔ)課，是計算機基礎(chǔ)教學的核心課程，培養(yǎng)目標基本是盡可能使非計算機專業(yè)的學生對計算機科學的主要領(lǐng)域有一個基本的了解，計算機是什么、能做什么、如何做，因此教學內(nèi)容廣泛，知識點豐富且各種知識相互交叉，基本上是各領(lǐng)域基礎(chǔ)知識和基本技術(shù)的濃縮。在一本教材一門課程（約70學時）中，從教材到教學都是以名詞解釋為主，基本上對周以真教授提到的計算思維的特征點都粗略地解釋了“它是什么”，卻沒有進一步解釋“為什么”，而“為什么”中蘊含了豐富的計算思維。如何對非計算機專業(yè)的學生、在有限的學時內(nèi)將“操作系統(tǒng)”單元中蘊含的計算思維清晰地展示給學生，首先應(yīng)該按照計算思維的理念，對這部分知識中基本的最有價值的能在有限的學時內(nèi)講清楚的知識進行取舍篩選。早期的大學計算機基礎(chǔ)教學主要是技能培養(yǎng)，之后是能力培養(yǎng)，對計算機的認知能力、應(yīng)用計算機解決問題的能力、基于網(wǎng)絡(luò)的學習能力、依托信息技術(shù)的共處能力。現(xiàn)在在能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，計算思維的培養(yǎng)作為計算機基礎(chǔ)教學的核心內(nèi)容。我們重新審視“大學計算機基礎(chǔ)”課程的知識單元和知識點，把這些知識點中蘊含的計算思維的內(nèi)容明確出來，在培養(yǎng)學生運用計算機技術(shù)能力的同時，培養(yǎng)計算思維�！安僮飨到y(tǒng)”作為十分重要的一個知識單元，通常介紹操作系統(tǒng)的層次架構(gòu)、資源管理、發(fā)展史及常見的操作系統(tǒng)。作為計算機系統(tǒng)資源的管理者，操作系統(tǒng)對CPU、內(nèi)存、文件、輸入輸出設(shè)備進行管理，同時操作系統(tǒng)對計算機硬件進行抽象和分解，形成了進程、線程、虛擬內(nèi)存、文件系統(tǒng)、各種輸入輸出模式等操作系統(tǒng)構(gòu)造的出現(xiàn)，以此方法來控制這個巨型龐雜系統(tǒng)的設(shè)計和運轉(zhuǎn)。通過預(yù)防、保護及冗余、容錯、糾錯的方式保證操作系統(tǒng)本身的正確運行。雖然CPU、內(nèi)存、磁盤、輸入輸出等設(shè)備的形式和構(gòu)造相差很大，但對它們進行管理采用的思維方法卻有很多相同點，集中體現(xiàn)在處理機管理、內(nèi)存管理的方式方法中，充分展示計算機如何為事物抽象、分解、建模、并行處理的思維方法，在時間和空間之間、處理能力和存儲容量之間的進行折中的思維方法�？傊诓僮飨到y(tǒng)中計算思維無處不在，是培養(yǎng)學生計算思維方法的絕佳園地。

　　二、在“操作系統(tǒng)”知識單元中挖掘計算思維方法

　　1、操作系統(tǒng)的層次架構(gòu)。操作系統(tǒng)是一種層次管理機制，分為多個功能模塊，按層次分解，每層的功能不同，下面一層只對上面一層負責，上面一層只對緊連的下一層進行控制。層次結(jié)構(gòu)的思維方法使得操作系統(tǒng)的構(gòu)造過程變得簡單易行。

　　2、進程模型，進程是為了在CPU上實現(xiàn)多道編程而出現(xiàn)的概念。任何時刻CPU上只能執(zhí)行一條指令，所以任意時刻CPU只有一個進程在執(zhí)行，由程序計數(shù)器確定執(zhí)行哪條指令。從邏輯上看每個進程都可以執(zhí)行，也可能掛起讓別的`進程執(zhí)行，之后又接著執(zhí)行。每個進程需要記住每次掛起時自己所處的位置，以保證下次執(zhí)行時從此處開始。從時間上看，每個進程都在執(zhí)行；從邏輯上看，多道程序并發(fā)執(zhí)行；從CPU角度上看，進程經(jīng)常切換。這就是進程模型。

　　3、進程管理，操作系統(tǒng)通過維護進程的一些信息管理進程（通過管理事物的信息來管理事物是一種管理思維方式）。創(chuàng)建進程時，操作系統(tǒng)為其建立進程控制塊，它采納的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有線性表、鏈表和結(jié)構(gòu)（struct）。進程管理要解決的問題是資源分配，既要公平又要高效地利用資源。進程可以并發(fā)執(zhí)行，并發(fā)進程之間存在同步互斥的關(guān)系，這種關(guān)系被抽象成一個模型：生產(chǎn)者與消費者。 4、線程，進程在一個時間里只能執(zhí)行一件事，如果想做多件事就得使用“分身術(shù)”。線程是進程的分身，線程與進程擁有同樣的程序文本，但是線程的上下文不一致。線程是進程的一個執(zhí)行序列，一個進程可以同時擁有多個執(zhí)行序列，就像一個舞臺可以有多個演員同時出場一樣。線程使我們可以在軟件指令執(zhí)行上并發(fā)。

　　5、閉鎖，進程/線程同步機制中閉鎖的實現(xiàn)有多種方法，以中斷啟用與禁止來實現(xiàn)鎖、用測試和設(shè)置指令來實現(xiàn)鎖、以非繁忙等待的中斷啟用與禁止來實現(xiàn)鎖、以最少繁忙等待的測試和設(shè)置指令來實現(xiàn)鎖。這一系列問題非常適合使用啟發(fā)式思維方法，依據(jù)知識點內(nèi)在聯(lián)系進行邏輯推理啟發(fā)教學，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的思維能力，同時調(diào)動學生積極性，激發(fā)他們的學習興趣。

　　6、虛擬內(nèi)存管理。程序要運行必須先加載到內(nèi)存。用戶對內(nèi)存的要求是：大容量、高速度和持久性，而實際上卻是一個由緩存、主存、磁盤組成的內(nèi)存系統(tǒng)。內(nèi)存管理就是使程序在任何一個層次上的存放對用戶來說都是一樣的，這就是虛擬內(nèi)存管理，它對由緩存、主存、磁盤組成的內(nèi)存系統(tǒng)進行抽象思維，使用戶感覺擁有一個空間像磁盤那樣大、速度像緩存那樣快的比物理內(nèi)存空間大得多的地址空間。

　　7、內(nèi)存空間分配。多道編程可以大幅提高CPU和內(nèi)存的利用率，改善用戶響應(yīng)時間，這些優(yōu)勢的代價是操作系統(tǒng)的復(fù)雜程度。例如不能將程序加載到固定的內(nèi)存空間，進而不能使用靜態(tài)地址重定位，必須使用動態(tài)地址重定位。多道程序數(shù)量的增加不是無限的，超過某個限度，多道程序之間的資源競爭反而會降低系統(tǒng)效率，需要在操作系統(tǒng)的復(fù)雜程度和CPU內(nèi)存利用率之間進行折中。動態(tài)地址重定位增加了系統(tǒng)消耗，但提高了操作系統(tǒng)的靈活性。我們可以將程序加載到內(nèi)存任何地方，可以方便實施地址保護，實現(xiàn)虛擬內(nèi)存。

　　8、操作系統(tǒng)不知道一個程序會進行多少層嵌套調(diào)用，不知道程序運行會產(chǎn)生多少新數(shù)據(jù)，因而不能事先確定給一個程序分配多少內(nèi)存空間。配置一個超大空間會造成內(nèi)存資源浪費，配置小了程序無法繼續(xù)執(zhí)行。當一個程序所占空間不夠時，操作系統(tǒng)將它倒出到磁盤上，等待大片內(nèi)存空間的出現(xiàn)，再加載到其中繼續(xù)執(zhí)行，操作系統(tǒng)的這種管理方式稱為交換（swap）。如果程序的增長超過了物理內(nèi)存空間的容量，操作系統(tǒng)使用的辦法是重疊（Overlay）。將程序分成功能相對完整的單元，一個單元執(zhí)行后再執(zhí)行下一個單元，條件是一旦執(zhí)行下一個單元就不會再執(zhí)行前面的單元，操作系統(tǒng)把后面的程序單元配置到前面的程序單元上，將其覆蓋，這樣就可以執(zhí)行一個比物理內(nèi)存大得多的程序。

　　9、分頁系統(tǒng)中頁面更換算法。如果CPU訪問的頁面不存在，系統(tǒng)產(chǎn)生缺頁中斷，中斷服務(wù)程序負責把位于磁盤上的數(shù)據(jù)加載到物理內(nèi)存中。磁盤的訪問速度遠遠慢于內(nèi)存，頻繁的缺頁中斷的系統(tǒng)消耗是巨大的，因此要精心設(shè)計頁面更換算法。算法中蘊含了人類社會的處事哲學：追求公平，同時又希望自己能被區(qū)別對待。操作系統(tǒng)中到處都閃爍計算思維的光輝，線程通信中的“管道”思維、“信號”及“信號量”、線程同步中競爭引起的死鎖的解決方案、哲學家就餐問題、銀行家算法、處理器調(diào)度的調(diào)度算法等。

　　三、計算思維能力的培養(yǎng)

　　在“大學計算機基礎(chǔ)”課程中，從理論上講授計算思維的同時，實驗教學也是學生掌握計算思維方法的重要一環(huán)。計算思維的培養(yǎng)是以計算能力的培養(yǎng)為基礎(chǔ)，只有接受過良好的計算機技術(shù)培訓(xùn)，具備了應(yīng)用計算機解決問題的能力，才能逐漸領(lǐng)悟計算機科學家在面對問題時所習慣采用的思維方法，否則計算思維只能停留在理論層面，對學生來說無異于紙上談兵。對非計算機專業(yè)的學生而言，計算機基礎(chǔ)課定位為基本概念、技術(shù)和方法，這種指導(dǎo)思想不利于計算思維的培養(yǎng)。對計算機有深刻理解才會汲取相應(yīng)深刻的思維理念。計算機的高速與精確，使得計算思維是一種精確思維，在時間上以納秒為尺度，以量化的方式對信息進行加工處理，使概略變得精確、使模糊變得清晰的思維方式，這與其他很多學科不同。相對于計算機的高速與精確，很多學科可以看做是粗放的技術(shù)，在邏輯思維上凸顯粗放的特點。在不遠的將來，這些學科可能會通過使用先進的計算技術(shù)和計算科學逐步由粗放到精確�！按髮W計算機基礎(chǔ)”課程的很多內(nèi)容都含有明顯的計算思維方法，很多案例對計算思維提供了很好的詮釋，但是對培養(yǎng)計算思維能力還遠遠不夠，需要在知識結(jié)構(gòu)上進一步調(diào)整，在教材中進一步挖掘，在教學中進一步探討，理清計算思維的基本要素、培養(yǎng)方法、實施途徑和評測規(guī)范。在現(xiàn)有學時少、師資弱的教學環(huán)境中，主動采取有效措施，從思想觀念、師資隊伍建設(shè)入手強化培養(yǎng)計算思維能力的意識。

　　計算思維的形成是一個長期的過程，它不是學一門課程就能掌握的。計算思維教學貫穿在所有的大學計算機基礎(chǔ)課程中，如程序設(shè)計、微機原理與接口技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與應(yīng)用、多媒體技術(shù)與應(yīng)用等課程。當今社會計算機技術(shù)已經(jīng)滲透到社會生活的方方面面，計算思維必將成為多數(shù)人必須具備的、最基礎(chǔ)的、不可缺少的思維方式。對于非計算機專業(yè)的學生來說，擁有計算思維能力，并能自覺地應(yīng)用于日常的學習、工作中，是適應(yīng)社會需求的必經(jīng)之路。

　　參考文獻：

　　[1]陳國良，董榮勝、計算思維與大學計算機基礎(chǔ)教育[J]、中國大學教學，2011，（1）。

　　[2]陸漢權(quán)，何欽銘，徐鏡春、基于計算思維的“大學計算機基礎(chǔ)”課程教學內(nèi)容設(shè)計[J]、中國大學教學，2012，（9）。

　　[3]龔沛曾，楊志強、大學計算機基礎(chǔ)教學中的計算思維培養(yǎng)[J]、中國大學教學，2012，（5）。

　　[4]李廉、計算思維——念與挑戰(zhàn)[J]。中國大學教學，2012，（1）。

　　[5]董榮勝，古天龍、計算思維與計算機方法論[J]、計算機科學，2009，（1）。

　　[6]何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴、計算機基礎(chǔ)教學的核心任務(wù)是計算思維能力的培養(yǎng)——九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》解讀[J]、中國大學教學，2010，（9）。

　　[7]鄒恒明、操作系統(tǒng)之哲學原理[M]、北京：機械工業(yè)出版社，2012。

　　作者簡介：侯彥利（1966—），女，河北饒陽，副教授，學士，研究方向：人工智能。

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