新工科背景下Linux操作系統課程的教學探索與改革

（河南城建學院計算機與數據科學學院 河南·平頂山 467036）

0 引言

Linux操作系統為當前影響力巨大的開源操作系統，具有軟件免費、源碼開放、性能高效、可靠安全等特點，在嵌入式系統、大數據應用和機器學習方面有廣泛的應用，而且便于定制，進行二次開發。

Linux操作系統課程是計算機類、信息管理類課程的專業核心課之一，也是云計算、大數據、人工智能等新技術的重要基礎課；同時，Linux操作系統應用與管理技術也是上述專業的畢業生在今后崗位上須掌握的重要技能之一{阮曉龍,2018#14}。

“新工科”背景下，傳統的Linux操作系統課程的內容已不能滿足云計算、大數據、人工智能等新技術對操作系統的要求。如果僅僅追求學生掌握Linux操作系統基本知識，就無法實現“新工科”對學生工程實踐能力、創新思維能力、分析解決問題能力的新型培養目標。為此，本文從Linux操作系統課程教學存在的問題及困境出發，以“新工科”視角重新審視和定位，從教學模式、教學資源、實踐項目等方面探索其教學改革的新方案。

1 目前Linux操作系統教學存在的問題及困境

1.1 目前Linux操作系統教學存在的問題

1.1.1 偏重知識傳授

Linux的教學內容大部分為基礎原理，教師通過 PPT、課堂講授等方式進行講解，但教師往往講授太多，整個學習過程中學生只是被動地接受老師知識灌輸，主動參與實踐的機會很少。同樣，該模式的實驗、課程設計主要為知識傳授服務，很少引入Linux操作系統的實際應用。

1.1.2 實踐環節相對獨立，案例訓練不夠系統

不同于程序開發課程，學生可以設計開發單一的實際作品，Linux操作系統設計與實踐環節比較抽象。此外，Linux操作系統編程、安全、存儲等在內容結構上又相對獨立，學生很難把以上知識點通過單一案例貫穿融合，進而無法形成完整的Linux操作系統知識結構。

1.1.3 課程設計與實際應用聯系不密切

課程設計題目往往只側重該課程的知識，如基于UNIX C、SOCKET和MySQL實現C對MySQL數據庫的訪問、shell編程進行用戶信息管理、linux環境中的LAMP開發環境搭建與應用等，則只關注單一知識單元的設計與分析，只關注計算機類課程的設計，不能達到綜合訓練的目的，與云計算、大數據、人工智能等新技術幾乎沒有聯系，與新工科強調的學科交叉相悖，也不符合工程教育專業認證畢業生具備“解決復雜工程問題能力”的培養要求。

1.2 Linux操作系統教學的困境

與Windows操作系統相比，Linux操作系統的學習入門難度比較大，知識點雜、工具命令多，難度較大，學生不容易掌握，教學中存在著以下幾點困境。

（1）Linux涉及的基礎知識較多，教學內容廣泛，學生在初學階段較吃力；

（2）Linux基礎命令、基本工具較多，知識點比較零碎，知識體系也不夠嚴謹，學生學習時很難快速構建完整的知識架構；

（3）Linux操作系統版本多，命令格式不統一、有多種實現方式可以同一目的，對學生的經驗和試錯能力要求較高；

（4）Linux主要用于生產開發環境，教學內容必須和企業級應用相結合進行設計，但此要求進一步增加了課程的教學與學習難度。

2 慕課與項目式教學相結合的教學模式

當前，有很多學者探索與實踐MOOC+翻轉課堂、MOOC/SPOC+混合式等教學模式，這些教學模式擴大了學生學習內容的深度和廣度，有效推動了專業課程知識的學習。但是，新工科培養的人才需要擁有解決工程技術問題的能力以及工程創新能力，而能力往往從實踐項目和工程案例獲得。如何把工程項目和案例引入到Linux操作系統專業課程教學中呢?

基于慕課的快速發展，我們提出了慕課與項目式教學相結合的混合教學模式。該模式將課程教學與課程設計連成一體，采用基于慕課的混合教學模式進行課程教學，采用CDIO模式進行設計—制作實踐項目完成課程設計。

2.1 慕課資源構建與整合

從教育學的角度來看，MOOC是一種面向大眾、免費開放、面向自學的學習資源。“新工科”建設要求以學生為中心，因材施教，注重發展學生的興趣，因此要積極引入“翻轉課堂”、“CDIO”等主動型教學模式，充分發揮學生的主體作用，鼓勵學生獨立思考，強化在線學習交流。

目前，“慕課”資源已在國內教學平臺中予以廣泛應用并取得了較好的效果。Linux操作系統課程知識點多、涵蓋面廣、知識難度大，加上學生數量多、教學資源相對緊缺，非常適合引入“慕課”等網絡資源，并且與課堂教學相結合，構建“混合式”的教學資源模式。

部署“慕課”資源到學習網站上更有助于豐富教學過程和效果的考核，學生在線學習課程并完成教學作業，教師登錄平臺進行批改，可大幅提升教學效率，降低教學成本；同時，學生可以更充分的利用碎片化時間進行網上學習，加深對知識的記憶和理解，充分調動學生的學習積極性和主動性。為解決課時少，大量課堂時間用于知識講授的問題，我們梳理教學內容，選取核心內容進行微課錄制。

2.2 基于CDIO的項目式課程設計

2.2.1 項目導向式教學法

CDIO是指構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)、運作(Operate)。CDIO改革的主要目標是以C-D-I-O的產品生命周期為教育背景，以工程實踐為載體，培養學生掌握基礎工程技術知識及提高動手操作能力，在新產品的開發過程中引導創新，并理解和研究技術發展對社會的重要影響，承擔起培養工程科技人才的社會責任。

我們在Linux操作系統教學改革中，以Linux在企業的應用項目為驅動，結合學校對信息化建設的要求和工作流程，要求學生組建CDIO團隊，參與到項目的實施過程中。教師主要起指導作用，督促學生完成一次構思—＞設計—＞實施—＞改進和展示。在“C”階段，教師提出基本的用戶需求，引導學生分析思考，學生團隊對所選擇的項目進行總體構思，明確詳細的項目內容和具體任務，確定每組成員及其分工；在“D”階段，各項目組查閱大量參考文獻，進行組內討論，確定基本方案，選定項目的基本思路、系統架構的選型、所選技術的合理性和優越性等；在“I”階段，學生必須掌握“Linux操作系統”大綱規定的基本知識技能，由學生進行操作；在“O”階段，各組學生根據展示結果，發現自己原來構思中的缺陷，進一步修改后再設計、執行和運作，同學和老師再一次評價。

2.2.2 場景化的Linux操作系統課程項目

針對目前Linux操作系統教學中多以基礎實驗為主、應用場景缺乏的特點，我們在教學中努力實現基礎實驗與開放式項目實驗相結合，盡量貼近企業的實際生產，打造了一套綜合性設計型的Linux操作系統項目案例，實現基礎知識與項目案例的映射對應，全面提高學生的綜合應用能力；同時，將Linux操作系統課程資源與大數據實驗、Python實驗資源充分融合，突出各自重點，強調知識關聯，加深學生對Linux操作系統在新領域應用上的理解和掌握。

以筆者所教Linux操作系統課程的整體課程設計方案為例，企業應用服務器的架設與維護項目的教學情境和教學內容可歸納為以下三點：

（1）Web開發環境：LAMP開發環境、JSP開發環境。

（2）Linux服務器的搭建與管理：FTP文件傳輸服務器的架設、DHCP服務器的架設、郵件服務器的架設、iptables防火墻的架設。

（3）虛擬化及大數據處理平臺：Hadoop平臺搭建、Openstack平臺搭建。

這樣以Linux企業級應用為任務，將課程中的基礎知識、命令知識、管理知識和網絡知識等知識點貫穿在各個子項目中，從而將這些知識點貫穿成為一個有機的整體。

2.2.3 在其它相關學科選擇項目

Linux操作系統是一門應用性的課程，因此，我們的教學實施過程中一般偏向知識傳授和生產相關案例的介紹。在課程的講授過程中，選取適當的案例，介紹Linux操作系統在化學品存儲和運輸監測、新型化學物質結構模擬等化工研究方面的應用。

2.3 Linux操作系統課程混合教學模式

2.3.1 學生先進行慕課線上學習，完成線上教學相關任務

線上課程需要提前1周推送教學資源、習題與討論題等，教師提前布置課堂作業，通常為學習課程知識，讓學生通過觀看MOOC提前學習并思考問題，完成預習報告；學生線上學習遇到難題可以在MOOC平臺互動討論；教師也能獲得學生線上出勤動態及學習情況。

2.3.2 到線下課堂進行師生互動

鑒于慕課已對課程內容進行了系統講解，線下課堂只需使用較少課時檢驗線上學習效果、對課程內容作宏觀梳理、通過實際工程案例剖析探討知識應用，教師也能將更多的時間用在解答學生的疑惑和問題上。再配合線下作業、課程實驗和階段考試，即可為學生構建課程知識體系。

3 結語

“新工科”背景下，傳統的Linux操作系統課程的內容已不能滿足云計算、大數據、人工智能等新技術對操作系統的要求，亟需調整發展方向，借助更科學的教學模式，更豐富的平臺資源，更有效的現代化手段，提高學生的學習興趣和主動性，為前沿技術的學習打好堅實的基礎。本文從Linux操作系統課程教學存在的問題及困境出發，以“新工科”視角重新審視和定位，從教學模式、教學資源、實踐項目等方面探索其教學改革的新方案，為工科類課程的教學改革提供了思路，對有效提高學生的創新能力和工程實踐能力，對新工科專業課程的教學具有重要的借鑒意義。