面向數據科學與大數據技術本科專業的Linux編程課程建設初探

高子林?劉志強?熊江?馮玉明

摘 要：隨著大數據技術快速的發展，越來越多的高校開設了數據科學與大數據技術這一本科專業。值得注意的是，Linux操作系統是大數據技術最主要的支撐平臺，所以本文以重慶三峽學院應用型數據科學與大數據技術專業人才培養方案為導向，針對Linux在傳統編程教學中存在的問題，通過引入信息化的教學理念，提出了在Linux編程教學中采用新的“理論+實驗”的教學方法。實踐表明，該方法既改進了教學模式，又有利于調動學生學習的積極性，同時也防止出現產學脫節的情況。

關鍵詞：大數據;Linux編程;教學方法

1 引言

目前，中國正在經歷科技高速發展的階段，國內對大數據、云計算、人工智能等新興技術的研究腳步也日益加快。學術界圍繞著大數據技術進行激烈地討論，已然成為諸多學者的研究熱點。與此同時，企業界也紛紛在大數據技術方向慷慨解囊，持續加大投入[1]。值得注意的是，這些新興技術特別是大數據技術絕大多數都是以Linux操作系統為平臺建立起來的。

事實上，Linux操作系統及編程早已被應用于各個領域。例如在服務器操作系統中，Linux被用于網絡管理、文件存儲、Web服務、數據庫系統等;又如在嵌入式系統中，由于Linux系統具有可裁剪性、移植性強、工具鏈齊全等優勢，因此Linux系統及編程廣泛應用于嵌入式系統的設計之中（包括操作系統和應用軟件的設計）。當然，在大數據時代，Linux不但被當做大規模數據處理的基礎架構，如在Spark、Hadoop等數據處理中被大量運用，還在TensorFlow、Caffe等深度學習框架中嶄露頭角。

考慮到如今大數據技術以Linux系統為主流平臺，因此要培養大數據技術方向的人才，掌握Linux系統及編程至關重要。據全球著名IT咨詢公司蓋特納（Gartner）咨詢公司預測，大數據將為全球帶來440萬個IT新崗位和上千萬個非IT崗位。不難看出，市場對大數據方面的人才需求巨大。為了走出這一困境，能夠盡快給社會提供更多具有大數據實踐運用技能的優質大學生人才，部分高校（包括“985工程”大學和各類高職高專院校）開設了大數據相關專業，如數據科學與大數據技術專業，這些高校均把Linux編程課程設定為專業核心課程。值得注意的是，傳統的Linux編程講授相對于學生來說非常晦澀難懂，甚至會出現單調乏味等情況，導致學生接受此類知識的興趣不高，因此對該課程的教學改革與重新規劃十分必要。本文從大數據相關專業對Linux編程課程的教學需求出發，為了防止出現新技術與課堂教學脫節的情況，要求對Linux編程的課堂教學方式做出改變，充分利用信息化模式來講授課程，為后續大數據技術相關課程的學習打下良好的基礎。

2 課程教學特點

2.1 課程性質與定位

Linux源于UNIX，從一開始就繼承了UNIX的先進性，是一個真正的多任務、多用戶、具有復雜內核的操作系統。利用現行的CPU任務切換功能，它可以實現多個用戶同時使用一臺計算機系統，同時，它還是自由軟件項目的重要組成部分。目前，Linux已被廣泛運用于計算機科學研究、軟件技術研究、網絡服務后臺系統等需要高可靠性、高復雜度的環境中。

Linux編程課程是計算機科學與技術、數據科學與大數據技術等專業的專業基礎課程，在學習該課程之前需先修《計算機應用基礎》、《操作系統》等相關課程。由于Linux操作系統是以大數據、云計算為代表的眾多新技術的主要支持平臺[3]，學生只有在熟悉Linux系統及編程的前提下，才能逐步實現在該平臺上完成大數據、云計算以及人工智能等新興技術的部署和開發。因此，它是學習眾多新技術的基礎，特別是對培養大數據技術人才至關重要[4]。

2.2 課程目標

該課程以軟件工程學科“十三五”建設發展規劃為導向，以提高學生Linux操作系統下的實際編程能力以及工程能力為總體目標。具體的教學目標是：首先使學生熟悉Linux系統的運行環境和常用的基本命令;然后讓學生掌握Linux編程工具（包括GDB、MAKE、GCC、GNU等）、應用編程（包括系統結構、文件及目錄操作、進程管理、網絡編程等）以及Linux系統管理（包括文件系統管理、用戶管理、進程管理、軟件安裝管理）;最終讓學生完成內核配置及編程、驅動編程、I/O端口操作等任務。

3 教學過程中存在的問題

以重慶三峽學院計算機科學與工程學院的教學班為例，在本人教授Linux系統及編程這一課程的過程中，存在以下比較突出的問題：

1）課堂教學手段不合理。在傳統的課堂教學中，老師往往把教學授課的過程看成是學生配合老師完成教案的過程，易于用“灌輸式”的教學方式來直接給學生講解書本上的Linux基本指令是如何運用的。但是，Linux基本命令既多又復雜，這容易使學生們學得“暈頭轉向”，長久下去必然會產生厭學情緒，從而影響學生學習的積極性和主動性。而且老師也往往為了完成教學任務，在不了解每個學生的實際情況下，容易把課堂進度拉得較快，導致部分學生直接選擇放棄該課程的學習。

2）實驗課程學時安排較少。實驗課學時安排得不合理使學生在課堂上學到的Linux基本操作命令沒有得到鞏固練習，從而產生遺忘。特別是在后續學習大數據技術相關的專業課程時，往往需要很多的Linux知識，而這樣的遺忘會讓學生大腦一片空白、毫無頭緒。再加上實訓課學時安排的較少和老師在理論課上只是碎片化的知識講解，這樣很難讓學生掌握其真正的深層內容，只是走馬觀花地學習到了一些表面知識。這不僅降低了教學效果，而且不能達到市場對于相關崗位人才的要求。

3）授課內容沒有與時俱進。傳統Linux系統及編程課程的教學內容并沒有與大數據技術專業課程相結合，只是“以本為本”，教材上怎么寫，老師就怎么教，而且教師對大數據技術相關知識知之甚少，讓學生們學習到的Linux編程知識無法和大數據技術課程的教學要求相匹配，這很容易使得教學內容與新技術發展產生脫節，影響教學質量。

4 教學模式的改進

4.1 理論教學的改進

1）重新構思和設計課程教學方案。課程教學思路應該以大數據技術核心課程和市場需求的大數據人才為指引。可以向Linux編程和大數據技術專業課程的任課教師、互聯網、學生、學校和行業內的相關專家了解情況、收集意見，也可以去人才市場了解各個用人單位對于Linux的崗位要求等，通過把多種渠道收集的信息加以整合，來幫助任課教師重新構思設計Linux課程教學。

2）要依據對大數據行業的專業調查報告來選取教材內容。對于課程內容的編寫要緊密結合當下的新技術，編寫出既滿足大數據技術教學要求又滿足就業市場對于Linux崗位要求的課程內容。

3）現在是互聯網時代，可以用信息化的方式進行理論教學“三步法”。第一步：在課堂講授前，用微信群和QQ群等聊天工具給學生發一些課件和音/視頻資料，讓他們及時預習。同時安排他們通過慕課來提前學習Linux基礎課程，學習后并完成Linux相應的網上題庫來進行課前小測驗。然后把答題結果上傳至云服務端，教師通過實時查看學生答題結果以及預習的情況來調整授課內容，達到提高教學效率的目的。第二步：在課堂進行授課時，老師可以利用之前搜集到的學生答題情況分為幾個專題，除了有針對性的向學生講解專題，還可以通過列舉解決方案的方式，啟發學生思考，達到鍛煉學生自主學習能力的目的。第三步：在課堂講授之后，老師不但可以根據本堂課的授課內容布置相應的書面作業，而且要讓學生在網上完成Linux相應的題庫來強化對知識的理解與記憶。特別是對于那些學習能力差、知識掌握不牢的同學，鼓勵他們在線咨詢老師的同時，也建議他們可以通過一些虛擬學習平臺（如超星學習平臺和慕課等）來鞏固練習和彌補不足。

4.2 實驗教學的改進

1）增加實驗課時。要讓學生充分利用實驗課時間來練習鞏固Linux命令，強化記憶，為下一步學習大數據技術相關課程打下堅實基礎。并且對于課程中的實驗，老師可以先進行演示操作，讓學生近距離觀看實驗操作過程，然后再讓學生在實驗室所提供的環境下進行相應操作，增強對實驗和理論知識的理解。

2）要培養學生動手開發能力。為了充分調動學生實驗積極性，同樣可以將實驗課程分為三步來進行。第一：采用學生分組的方式，將實驗任務分為幾個過程，然后把不同的過程交派給不同的任務小組。第二：在圓滿完成實驗任務的小組中挑選出一個代表進行現場演示，并且老師對其演示結果進行點評。通過學生自己帶頭進行實驗示范，在學生之間形成良性競爭，進一步提高學習效率。第三：讓在實驗中表現出色的學生在全班上與其他同學深入探討、互相交流實驗心得，這樣可以進一步提高學生的知識掌握程度和實驗能力。特別地，針對學生在試驗過程中遇到的各種困難，老師不必馬上進行解答，可以先讓小組內進行討論，然后老師再進行指導。這種學生之間的交流可以激發他們的學習興趣。

3）以Linux項目開發的方式，讓學生積累項目開發經驗。一個實際的項目開發，通常需要大家齊心協力共同來完成，為了學生能夠勝任市場上對于大數據技術相關的Linux開發崗位，可以在實驗中給各個任務小組安排不同的項目。具體而言，每一個項目以小組為單位，每個小組內部選舉產生一名學生作為組長，負責統籌組織組員，以及給其他組員分派任務并監督項目的完成情況，項目成員之間可以互相學習交流，共同進步。對于完成項目較好的小組，可以在實訓成績項加分，這樣更能激發同學的實驗熱情。

4）提高實驗成績在總成績中的占比。綜合（總）成績的評定能決定學生的實驗態度，為了激發學生的實驗熱情和提高學生的實踐能力，需要提高實驗成績在總成績中的比例，如將原來的20%提高到40%。學生在實驗室完成老師所交待的實驗任務之后，還要在課后繼續完成實訓作業和實驗報告。通過完成作業和實驗報告來檢查自己到底對實驗有沒有掌握，并總結自己的學習過程。

5 結束語

隨著科技的飛速發展，Linux不僅運用于科研領域，也在各個行業嶄露頭角。當前我校正處于向應用型技術大學過渡的關鍵時期，所以竭力支持每位老師去探索應用型人才的培養方式。特別是在理論教學方式的創新和實驗教學方式的改革上，要著重突出教學的針對性和實用性。本文針對Linux編程課程在教學過程中普遍存在的問題，從滿足大數據市場需求的角度出發，探討了新興專業“數據科學與大數據技術”中Linux編程這一核心課程的教學教改問題。在信息化不斷深入的前提下，要學會充分利用互聯網、大數據、云計算等先進技術來提高教師教學和學生學習的效率和質量，彌補傳統教學模式存在的不足，進而完善學生相關知識體系結構，達到提高教學質量的目的。

參考文獻

[1]魏建英.基于云計算與大數據處理課程教學模式探究[J].科技創新導報，2016（36）：213-214.

[2]山東職業學院.國家級精品課程-Linux網絡操作系統[EB/OL].http：//www.icourses.cn/coursestatic/course_2843.html.

[3]蘇朋程.云計算研究虛擬化技術的研究[J].計算機技術與發展，2017，27（4）：29-33.

[4]陸釗.面向大數據技術的Linux課程內容甄選探討[J].信息技術與信息化，2017（5）：119-121.

作者簡介

高子林（1986-），男，重慶萬州人，工學博士，講師，研究方向為復雜動態網絡分析與控制。