開放式Linux實驗教學平臺設計與實現(xiàn)

【摘要】針對Linux實驗教學中存在的實驗環(huán)境不夠靈活、實驗學習時間受限和無法實時溝通的問題，論文提出了“1個網(wǎng)絡平臺，2條技術路線，3種參與角色，1套實驗教學網(wǎng)站”的開放式Linux實驗教學理念。依據(jù)此教學理念設計的開放式Linux實驗教學平臺不僅為學生提供了一個開放的全天候實驗環(huán)境，為師生們間的溝通和交流提供了一條高效的途徑，而且有效解決了Linux實驗教學中存在的上述問題，取得了較好的實驗教學效果。

【關鍵詞】Linux;建構主義;教學平臺;虛擬機

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)01—0152—04

一 Linux教學中存在的問題分析

Linux是計算機專業(yè)的一門專業(yè)課，大多數(shù)同學反映該課程比較難學，多數(shù)同學的學習情況和考試成績不太理想。究竟該課程難學的主要原因是什么?有沒有很好的解決途徑?帶著諸多疑問，對一屆學生的Linux課程學習情況進行了跟蹤調查，通過座談、問卷等多種方式，得到以下幾點:

1. Linux課程內(nèi)容不好理解，知識點不容易掌握。這是由Linux課程本身的特點造成的，在Linux課程授課內(nèi)容中，絕大多數(shù)內(nèi)容需要在命令行模式下完成，無法通過像WINDOWS那樣的圖形化直觀界面來完成。這對于伴隨WINDOWS視窗操作系統(tǒng)長大的80后學生很不適應，加上該課程內(nèi)容一般作為網(wǎng)絡管理人員或開發(fā)人員使用，離同學們平時生活較遠，普及率不是很高，學習內(nèi)容不易接受。

2. Linux上機實驗內(nèi)容不夠具體詳實，教師上課的課件不能實時查看，無法結合實驗環(huán)境同步練習。學生平時無法及時反映學習中存在的問題，無法及時完成問題的咨詢、答疑和溝通，同學、老師之間缺少實時溝通的渠道，造成學習效率低下。

3. 用于Linux課程實驗的學習環(huán)境不夠靈活、充分，不能夠完全滿足課程中各種實驗的要求，尤其是一些需要對Linux操作系統(tǒng)的各種參數(shù)進行修改的實驗，一定程度上制約了同學們學習的積極性和自主創(chuàng)新性。

4. 能夠用于進行Linux課程實驗學習的時間太受限，除每周2課時的實驗室上課時間外，其余時間學生沒有實驗環(huán)境，所以無法進行學習，造成很多實驗內(nèi)容不能得到進一步熟練，無法完成。

通過對上述4個問題的分析，不難發(fā)現(xiàn)，問題1是一個共性問題，只有通過熟能生巧的方法解決。其余3個問題均是針對Linux課程的教學、實驗和學習環(huán)境提出的，集中反映的一點就是目前的Linux課程教學、實驗和學習環(huán)境開放程度不夠，不能滿足學生學習的需求。

為解決上述問題，提高Linux實驗教學質量，從實驗教學環(huán)境搭建、學生實驗學習手段、教學內(nèi)容和實驗內(nèi)容編排、問題解決渠道等幾方面進行了改革嘗試，提出了“1個網(wǎng)絡平臺，2條技術路線、3種參與角色，1套教學網(wǎng)站”的開放式Linux實驗教學理念，如圖1所示，解決了Linux實驗教學中存在的各種問題，取得了較好的教學效果。

二 開放式Linux教學平臺設計理念

開放式Linux實驗教學平臺設計理念很大程度上受建構主義核心理論啟發(fā)。建構主義(Constructivism)也稱為結構主義，由瑞士學者讓#8226;皮亞杰最早提出。建構主義理論的核心可以用一句話概括為:以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學知識意義的主動建構[1]。建構主義學習理論認為“情境”、“協(xié)作”、“會話”和“意義建構”是學習環(huán)境中的四大要素。建構主義提倡在教師指導下的、以學習者為中心的學習，既強調學習者的認知主體作用，又不忽視教師的指導作用，教師是意義建構的幫助者、促進者，而不是知識的傳授者與灌輸者;學生是信息加工的主體，是意義的主動建構者，而不是外部刺激的被動接受者和被灌輸?shù)膶ο蟆?/p>

如何能根據(jù)建構主義的核心理論構建一個“以學生為中心”的開放式Linux實驗教學平臺呢?圖1所示為我們提出的開放式Linux實驗教學平臺設計理念:

1. 1個網(wǎng)絡平臺

指以校園網(wǎng)為平臺，該平臺校將開放式Linux實驗教學平臺的各元素緊密地聯(lián)系在一起。

2. 2條技術路線

技術路線1是在實驗室或計算機機房的實驗用計算機上安裝好VMWARE虛擬軟件環(huán)境。通過VMWARE虛擬軟件環(huán)境安裝好一套完整的Linux環(huán)境，整個VMWARE虛擬軟件環(huán)境和Linux環(huán)境都受保護卡保護，從而確保每次啟動計算機后，該環(huán)境均有效。另外為了能實現(xiàn)同學們自己安裝、設置、修改Linux環(huán)境的需要，我們提供Linux幾個版本的安裝鏡像文件，在實驗室整理計算機系統(tǒng)的時候一并存在計算機硬盤上，這樣同學們做實驗時便可以利用VMWARE虛擬軟件提供的功能來自行安裝Linux環(huán)境以滿足自己的實驗要求。

技術路線2是提供一臺Linux實驗服務器。該實驗服務器具備同學們做所有Linux課程實驗的環(huán)境，要求該服務器必須能從校園網(wǎng)上任何時間都能訪問到。這樣同學們既可在實驗室本地計算機上做實驗也可通過TELNET或SSH等遠程訪問命令登陸到該服務器完成相應的實驗項目。

3. 3種參與角色

指Linux授課內(nèi)容、實驗內(nèi)容的制訂者-教師，學習者-學生，問題答疑者-教師、學生或游人。

4. 1套Linux實驗教學網(wǎng)站

Linux實驗教學網(wǎng)站將3種角色有機地聯(lián)系在一起，能夠即時反映問題，即時完成問題的答疑和溝通，學習效率得到極大的提高，調動了同學們學習的積極性。

通過上述對開放式Linux教學平臺設計理念的闡述，我們會發(fā)現(xiàn)該理念還具有另外一個顯著的特點——開放性。

同學們可以在自己的電腦上非常方便地搭建出該實驗環(huán)境進行學習或通過校園網(wǎng)遠程登陸Linux實驗服務器進行學習?？傊ㄟ^校園網(wǎng)可以在任何時間、任何地點進行學習，通過Linux實驗教學網(wǎng)站實現(xiàn)和教師、同學以及其他人的實時交流。學習的時間、空間均不再受限制，有效解決了Linux實驗教學中存在的各種問題，體現(xiàn)了開放式實驗室的特點，也真正體現(xiàn)了建構主義“以學生為中心”的核心思想。

上述開放式Linux實驗教學平臺設計理念的4個組成部分相互聯(lián)系，有機地組合在一起，缺一不可:

“1個網(wǎng)絡平臺”是整個開放式Linux實驗教學平臺設計理念的基礎，它把各個組成部分聯(lián)系在一起，起到了一個物理支撐平臺的作用。“2條技術路線”是開放式Linux實驗教學平臺實驗的關鍵手段，VMWARE虛擬軟件平臺可以實現(xiàn)所有需要超級用戶權限的實驗、所有需要對Linux操作系統(tǒng)本身需要修改或重新編譯的實驗;Linux實驗服務器可以實驗所有需要實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)作的實驗，二者缺一不可，共同完成所有的實驗項目?！?種參與角色”在校園網(wǎng)平臺的基礎上通過“1套Linux實驗教學網(wǎng)站”有機地聯(lián)系在一起，起到實時溝通、實時交流的作用。

三 開放式Linux實驗教學平臺具體實現(xiàn)

1. VMWARE簡介[2-3]

虛擬化技術在20世紀60年代首次開發(fā)，當時是為了對大型機硬件進行分區(qū)以提高硬件利用率。VMWARE于20世紀90年代發(fā)明了針對x86平臺的虛擬化技術，以解決未得到充分利用及其他的一些問題。

虛擬機是一種嚴密隔離的軟件容器，它可以運行自己的操作系統(tǒng)和應用程序，就好像一臺物理計算機一樣。它包含自己的虛擬(即基于軟件實現(xiàn)的)CPU、RAM 硬盤和網(wǎng)絡接口卡(NIC)，可以在物理計算機虛擬出多臺虛擬機器，供實驗需要。

2. 實驗室環(huán)境搭建[4]

實驗室環(huán)境搭建中，安裝VMWARE環(huán)境是最主要的任務，本文采用的是WMWARE Workstation 5，雙擊VMWARE安裝文件，按照默認方式和軟件安裝要求填入序列號即可將軟件安裝完畢。

將Linux操作系統(tǒng)安裝盤鏡像文件復制到計算機上，啟動VMWARE軟件，點擊“file”→“new”→“Virtual Machine Wizard”，在“Guest operating system”中選擇“Linux”，其余選項默認即可，設置CDROM類型為“Use ISO image”，根據(jù)提示選擇鏡像文件后，參照Linux實驗服務器搭建安裝Linux服務器。安裝完畢，將超級用戶的密碼告訴所有同學，以便于同學們以后做實驗。

3. Linux實驗服務器搭建

啟動Linux安裝步驟，在“Installation Type”選擇“Custom”方式，以備后面我們自行選擇各種內(nèi)容用于實驗;在“Additional Language Support”中再選上“Chinese(P.R.of china)”以支持我們后面各實驗中的中文字符;在“Package Group Selection”的“Desktops”中選擇“X Window System”，將“Server”中的項及其子項全部選中，將“Development”中的開發(fā)工具項及其子項全部選中，將“System”中開發(fā)工具選項及其子項全部選中，其余按缺省選項安裝即可。

Linux實驗服務器搭建完畢，在該服務器上為每個同學創(chuàng)建一個合法賬號和密碼以及相應實驗環(huán)境，為后面的各實驗項目做準備。

4. Linux教學網(wǎng)站設計實現(xiàn)[5-6]

Linux教學網(wǎng)站采用Linux課程中的PHP技術編寫，后臺為MySQL數(shù)據(jù)庫，Apache服務器作為WEB服務器，網(wǎng)站主要功能模塊如圖2所示:

(1) 管理員模塊

這部分是Linux教學網(wǎng)站管理員的主要任務，主要包括帳號管理、信息內(nèi)容審核管理和系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份3個子模塊。帳號管理主要包括對教師、學生申請的帳號進行審核，主要通過考察學生證號碼來區(qū)分是否是參與學習的學生，防止其他人員進入影響學習。信息內(nèi)容審核管理主要對學生發(fā)出問題的內(nèi)容和對問題回復內(nèi)容進行審核，避免一些和學習無關的內(nèi)容產(chǎn)生。系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份主要是對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行實時備份，以防止意外出現(xiàn)后進行數(shù)據(jù)恢復。

(2) 教師模塊

教師角色負責整個教師模塊的管理工作，主要包括教學課件管理、實驗項目管理、問題答疑和最新資料、技術發(fā)布4個子模塊。教學課件管理包括課件發(fā)布、修改等功能。實驗項目管理包括每次實驗課具體實驗項目的發(fā)布、修改等功能。問題答疑是對同學們針對教學內(nèi)容或實驗項目提出的問題進行具體的回答。最新資料、技術發(fā)布主要是發(fā)布和Linux有關的最新技術、資料或軟件等。

(3) 學生模塊

在學生模塊中，學生通過學習教學內(nèi)容、實驗項目，針對具體問題發(fā)布相關的技術咨詢或反饋教學內(nèi)容或實驗項目中存在的問題或對已有問題結合自己的見解給予解答。

(4) 游人模塊

該模塊主要針對游人而設置。當游人訪問網(wǎng)站時，他們可對教學內(nèi)容、實驗項目以及相關問題進行評價，公正客觀的評價會對我們的教學起到積極的推動作用。另外，如果游人比較熟悉該部分內(nèi)容，他還可以針對若干問題進行解答。

5開放式Linux教學平臺運行流程

開放式Linux教學平臺的運行流程如圖3所示:

(1)教師在多媒體教室通過校園網(wǎng)登陸到Linux教學網(wǎng)站，利用教學課件為同學們上課，上課過程中隨時登陸到Linux實驗服務器進行相關內(nèi)容的演示操作。

(2)學生在實驗室通過校園網(wǎng)登陸到Linux教學網(wǎng)站按照教學課件和實驗項目內(nèi)容利用實驗室機房提供的環(huán)境或通過遠程登陸命令TELNET或SSH登陸到Linux實驗服務器進行相關實現(xiàn)項目的練習，練習過程中可隨時將發(fā)現(xiàn)的問題通過Linux教學網(wǎng)站進行咨詢。在課余的其他時間，同學們可以在宿舍、自習室或其他任何能夠上網(wǎng)的地點使用自己的電腦來進行實驗內(nèi)容的學習，學習的方式如同在實驗室機房一樣。

(3)答疑者(教師、學生或游人)可以在任何能夠訪問校園網(wǎng)的上網(wǎng)點對學生提出的問題進行實時答疑，實現(xiàn)問題的實時溝通和交流。

通過校園網(wǎng)和Linux教學網(wǎng)站，將教師、學生和答疑者3種角色緊密地聯(lián)系在一起，真正做到了在任何時間、任何地點都可以學習，真正體現(xiàn)了開放式的特點。

四 開放式Linux教學平臺應用中的幾個問題及解決方法

在開放式Linux教學平臺應用過程中，針對不同的實驗項目我們應該選擇不同的實驗環(huán)境，具體如下:

1. 對于需要超級用戶權限的實驗項目，如用戶管理、內(nèi)核升級等，需要使用Linux虛擬機來完成，因命令使用不當，可能造成整個Linux服務器崩潰，所以，我們應該在Linux虛擬機上完成。

2. 對于分布式或網(wǎng)絡實驗項目，如C/S模式程序開發(fā)等，需要在Linux實驗服務器上來完成，這樣有利于看到程序效果。

3. 其他普通實驗項目，可任意選擇環(huán)境進行，效果都是一樣的。

五 結束語

開放式Linux教學平臺，解決了傳統(tǒng)Linux實驗教學中存在的實驗環(huán)境不夠靈活、實驗學習時間受限制、無法實時溝通等種種問題，給師生們提供了一個全天候的學習交流環(huán)境，為學生和老師間的溝通提供了一條高效的途徑，極大地方便了同學們的學習。從而很大程度上提高了同學們學習的積極性，學習成績有了明顯的提升。

參考文獻

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[6] 阮越.Linux教學實驗系統(tǒng)的一種構建方法[J].計算機技術與發(fā)展， 2009，19(3):227-231.