面向人工智能專業的“Linux操作系統”課程項目驅動教學探討

李軍輝

摘要：“Linux操作系統”課程是人工智能專業的一門重要專業課程，在計算機科學中有很重要的地位和作用。隨著越來越多的高校開設人工智能專業，為了更好地服務該專業，文章針對人工智能技術方向，提出對“Linux操作系統”課程進行項目式教學的討論，分別從Linux基礎知識和人工智能基礎應用兩個方向設計課程項目內容，以提升“Linux操作系統”課程的教學質量，提高教學效果。

關鍵詞：Linux操作系統;人工智能專業;項目驅動式教學

中圖分類號：C642

1緒論

Linux是一個開源、免費的類Unix操作系統，支持多用戶、多線程、多過程，其具備穩定性、安全性以及多并發性等特點，已成為使用量最多的服務器操作系統。熟練掌握和使用Linux操作系統已成為計算機類專業人員必備的技能之一。因此，從“雙一流”大學到各類高職院校，我國很多高校的計算機科學技術、軟件工程、網絡工程等計算機相關專業，都開設Linux相關課程，要求學生對Linux操作系統有基本的認識，并能夠比較熟練地應用Linux操作系統進行配置與開發。

隨著近年來人工智能技術的興起，越來越多的高校設立“人工智能專業”，同時也開設Linux相關課程。而面向人工智能的應用工具，如以TensorFlow、PyTorch為代表的深度學習框架，以及以Hadoop為代表的大規模數據處理框架等，基本上都是運行在基于Linux操作系統的集群服務器上。然而，傳統的Linux操作系統課程教學模式并不能滿足人工智能專業的教學需求。例如，人工智能專業的自然語言處理、計算機視覺等核心課程十分重視基于Linux平臺和深度學習的程序開發，而傳統的Linux課程教學內容較少涉及基于Linux的程序開發。此外，傳統Linux課程的教學方式以“教師講授+學生一般性提問”為主，存在內容單調、過程呆板等問題，容易導致學生自主性和創新性不足。為了滿足人工智能技術專業的教學要求，避免學生厭倦于Linux命令和選項參數繁多等現象，如何使學生充分掌握并與其他人工智能課程（如深度學習、機器學習、自然語言處理和計算機視覺等相關課程）實際應用結合，培養學生知行合一的思維習慣，是本門課程急需解決的問題。

傳統Linux教學中存在的問題，提出面向人工智能專業的項目驅動式教學。項目驅動式教學是比較成熟的教育模式之一，它通過實施一個或多個完整的項目進行教學活動，其目的是將書本上的Linux理論知識與人工智能專業的實踐有機地結合起來，提高學生解決實際問題的能力。

2傳統教學中存在的問題

傳統的“Linux操作系統”課程教學的特點可以概括為以下幾點：（1）理論性和邏輯性強，基本知識點抽象復雜;（2）教學方式比較單一，傳統灌輸知識模式仍普遍;（3）要求學生具備一定的編程能力和數據結構知識，對學生要求高，但學生學習興趣低，重視不足。這往往造成學生對該課程的學習過程存在這樣的現象，即一開始對該課程具有較強的興趣，愿意和教師進行交流，但隨著課程內容的不斷推進，逐漸對該課程失去主動性。通過多年的教學，下面將傳統“教師講授+學生一般性提問”模式存在的問題分別進行描述：

（1）“Linux操作系統”課程學習困難。Linux操作系統本身具有理論性強和邏輯性強、抽象復雜煩瑣等的特點，造成學生不易理解，難以完整、全面地掌握Linux的相關知識，更加難以靈活運用其知識點應用于相關領域，與Linux操作系統課程開設目標相悖。另外，教師通常將課本上的知識點通過PPT的方式進行講解，但在安排課程內容缺乏邏輯性和合理性，知識混亂，讓學生更加難以理解。

（2）教學內容枯燥乏味。傳統的教學模式以傳授課本知識為主，Linux操作系統課程理論內容本身內容復雜抽象且繁多，加上課時有限，這種情況下教師教學難度大，給教師帶來壓力。一味灌輸課本上的知識讓課堂變得枯燥乏味，很難調動課堂氛圍，也很難激起學生學習興趣，傳統的教學模式并不適用于“Linux操作系統”課程。

（3）學生和教師交流少。課堂之上學生與教師的交流對調動課堂氛圍具有重要的作用，課堂之后學生與教師的交流討論對學生充分掌握知識具有重要作用。教師在教學中是主導地位，學生是主體地位。然而，在實際教學過程中，由于教師主體地位的權威性，學生與教師的交流越來越少，這種情況下，學生往往處于被動地位，被動地學習知識，是傳統的線上課堂教學的弊端之一。師生關系應該不僅體現在課堂之上，也應該體現在課堂之后。新型的師生關系應該改變學生在教學中的被動地位，化被動為主動。這種主動除了學生自主學習之外，常常表現在課堂之后學生主動向教師請教和討論問題。

（4）學生課程學習興趣低，重視不足。有些學生由于對“Linu操作系統”課程的認識不足，當發現課程內容變得復雜時，逐漸消退學習興趣，從而降低自己的要求，僅期望在總評中達到合格。這種心理的存在容易導致學生產生厭學、棄學的念頭，從而影響學生的行為表現。高校通常是大課堂模式，學生人數多，難以管理。到了惡劣天氣時，有些學生會以各種理由請假，導致出勤率下降。另外，在上課期間有些學生沒有認真聽講，多會出現上課發呆、睡覺、玩手機等現象。

3基于項目式教學的改革

項目式教學法以項目為主線，在教學過程中以項目的層層推進來帶動學科基礎概念和理論學習，注重解決實際問題，將學習過程與實踐活動相融合，項目的完成驅使學生進行有意義的知識構建;以教師為主導，學生為主體，強調學生之間的合作學習，將小組協作和獨立學習相結合。

3.1教學大綱的重構

面向人工智能專業，修改傳統的Linux操作系統教學大綱，在掌握Linux操作系統相應知識的基礎上，新大綱以培訓學生的自主能力為主，同時側重基于Linux平臺的程序開發，更好地為其他人工智能課程服務。教學環節包括課堂講授、項目實驗、課堂討論等多個環節。按一學期17周計算，Linux操作系統共34個理論課時和17實踐課時，理論課和實踐課交叉進行。

需要設置合理的成績考核，讓學生意識到各部分成績考核的重要性，才能讓學生在各部分表現好，遵守課堂紀律，認真完成課程任務。教學期間，將所有學生分成若干個小組，并固定小組成員。學生必須按時參加和完成項目，不準無故缺席、早退和調換組。在項目完成過程中，要求每個小組提交實驗報告。對每個項目，教師組織考核答辯，對項目組每個成員考核成績。成績評定標準包括如下幾項，每項總分為100分：

（1）本組學生自評分，即根據項目實施過程中的表現，項目組的每位同學給組內其他同學打分，并計算每位同學獲得平均分作為該項成績。

（2）教師打分，教師根據提交的實驗報告、程序代碼質量、平時表現等進行打分，作為該項成績。

（3）其他同學打分，即除本組的其他同學，根據匯報的內容，答辯的表現等進行打分，并計算平均分。學生的實驗分數為20%×小組自評分+40%×教師打分+40%×其他同學打分。

除以上實驗分數外，同時也組織期末考試，主要考查學生對Linux系統基礎知識的掌握。學生的最終成績為30%×期末考試成績+70%實驗分數。

3.2教學/實驗內容的設計

在設計教學內容時，項目的設計和實施過程是關鍵，其涉及項目驅動教學如何有效促進學生認知能力和創新能力，如果在項目驅動式教學融合思政元素，也是設計教學內容時要考慮的重要問題。這里將教學/實驗內容主要分為兩類：基礎知識相關，以及人工智能基礎應用相關。

3.2.1基礎知識相關教學/實驗內容

Linux系統的基礎知識包括5大模塊，分別是：

（1） Linux系統概述與安裝：知識點包括Unix和Linux操作系統的發展過程、Linux操作系統的安裝和基本配置、Linux操作系統桌面環境的使用，以及Linux操作系統的遠程登錄。

（2）文件和磁盤管理：學習Linux文件系統的基礎知識。其知識點包括Linux文件系統結構、文件相關操作、文本文件相關操作、磁盤相關操作等。

（3） Linux用戶和作業管理：學習用戶/用戶組和用戶作業的管理。其知識點包括用戶和用戶組的關系、文件權限管理、用戶作業管理等。此外，還包括文件特殊權限的管理。

（4） Shell編程：Shell腳本是日常的Linux系統管理工作中必不可少的。其知識點包括變量的賦值及使用、字符串操作、數值計算、語法結構、控制語句和函數等。

（5）系統管理等：Linux操作系統的管理，知識點包括系統監控、服務監控，以及日志文件的查看與分析等。

以上基本知識采用項目引導式教學，設計合適的項目，使得學生在完成項目過程中，能夠主動地去掌握其相關知識。在學生答辯過程中，教師再針對每個模塊，詳細補充各個知識點的內容。同時，為了更好地融合思政元素，重點講授以華為OpenEuler為代表的國產操作系統，并以該操作系統為平臺進行基礎知識相關的教學和實驗平臺。

3.2.2人工智能基礎相關教學/實驗內容

為了更好地與人工智能專業相結合，在該課程的教學中，將考慮如下的模塊：

（1）深度學習環境的配置：深度學習通過深度神經網絡模型模擬人類獲取知識的過程，它的基礎主要是神經網絡和統計方法，可以廣泛用于圖像識別、文字識別、聲音識別以及大數據分析等領域，并取得了非常好的效果。可以說，深度學習開啟了第二代人工智能。

（2） Git版本控制工具的使用：GitHub是世界上最大的軟件遠程倉庫，是一個面向開源和私有軟件項目的托管平臺，使用Git做分布式版本控制。

根據以上知識點，設計合適的項目，使得學生在完成以上項目過程中，能夠對深度學習有更好的認識。

4結語

針對新開設的人工智能專業，如何有效開展“Linux操作系統”課程教學與學習是一項值得研究的問題。傳統的“Linux操作系統”教學存在著諸多問題，導致學生陷入死記各種操作指令，降低他們對該課程內容學習的主動性。針對這種情況，可以將項目驅動教學法應用于該課程的教學，對課程進行改革。此外，結合人工智能專業背景，設計與其相關的課程項目，提高學生的主動性。在教學周期中，不但要重視項目驅動教學法的具體實施，也要重視對教學內容的設計和更新。

作者簡介：李軍輝（1983— ），男，江西崇仁縣人，博士，副教授，研究方向：自然語言處理。