“創(chuàng)客”理念在《Linux操作系統(tǒng)》課程中的應(yīng)用

申海杰　陳曉范　田新志　邊倩　王振鐸

摘要：《Linux操作系統(tǒng)》是西安思源學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的專業(yè)方向課，本課程結(jié)合項(xiàng)目驅(qū)動進(jìn)行案例式教學(xué)，整個教學(xué)過程突出以學(xué)生為中心的思想，并建立了“思政+知識+能力”的科學(xué)、客觀、公正的基于過程化管理的教學(xué)效果評價體系。實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，提高了學(xué)生主動實(shí)踐、終身學(xué)習(xí)的能力。該文主要介紹了基于項(xiàng)目式教學(xué)的創(chuàng)客教育理念在該課程改革中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客;Linux;課程

中圖分類號：G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）06-0146-03

1研究現(xiàn)狀

1.1“創(chuàng)客”理念

“創(chuàng)客”來源于英語中的“Maker”[1]。現(xiàn)在， 創(chuàng)客運(yùn)動不僅在技術(shù)上、制造業(yè)上和商業(yè)上體現(xiàn)出變革力量， 而且對教育帶來了不可估量的變革作用。人們紛紛開始探索創(chuàng)客運(yùn)動對教育領(lǐng)域的巨大作用 [2]。

“創(chuàng)客”理念與“實(shí)踐教學(xué)”的思想是契合一致的，而且可以結(jié)合到學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)中[3]。“創(chuàng)客”理念主要包括“體驗(yàn)教育”“項(xiàng)目教學(xué)”“創(chuàng)新教育”“DIY”等，將其融入課程教學(xué)中可以提高學(xué)生解決問題的能力，和提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

1.2 Linux系統(tǒng)

Linux操作系統(tǒng)誕生于1991年10月5日，創(chuàng)始人是芬蘭赫爾辛基大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)大三的學(xué)生Linus Benedict Torvalds，它是一個基于UNIX的一個新的操作系統(tǒng)[4]。Linux操作系統(tǒng)的源代碼開放，全世界所有的編程愛好者都可以通過Internet免費(fèi)獲取進(jìn)行研究[5]。Linux的另外一個特點(diǎn)就是可裁剪，在保障穩(wěn)定運(yùn)行的同時可以裁剪的非常小巧，所以在嵌入式領(lǐng)域中Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。目前，《Linux操作系統(tǒng)》課程也是很多工科院校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的重要專業(yè)課。為適應(yīng)社會發(fā)展及學(xué)生就業(yè)的需要，西安思源學(xué)院電子信息工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) （物聯(lián)網(wǎng)方向） 針對物聯(lián)網(wǎng)人才能力需求特點(diǎn)，將《Linux操作系統(tǒng)》課程安排為本專業(yè)必修專業(yè)課。

2 研究內(nèi)容

隨著國家對大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的重視，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力成了很多高校的研究目標(biāo)。而5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能的發(fā)展也對傳統(tǒng)教學(xué)方式提出了新的挑戰(zhàn)。如何結(jié)合新技術(shù)提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力已經(jīng)成為值得我們深入研究的全新課題[2]。

本文的研究目標(biāo)是將“創(chuàng)客”理念融入《Linux操作系統(tǒng)》課程的教學(xué)過程中。研究《Linux操作系統(tǒng)》課程教學(xué)的文章有很多，有關(guān)創(chuàng)客教育的研究也很多， 不過國內(nèi)尚未見“創(chuàng)客”理念在《Linux操作系統(tǒng)》課程教學(xué)中的應(yīng)用的文章。但是“創(chuàng)客”理念與Linux操作系統(tǒng)緊密相關(guān)， 由于Linux本身是開源軟件，很多創(chuàng)客產(chǎn)品都是基于Linux操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。所以，研究“創(chuàng)客”理念在《Linux操作系統(tǒng)》課程教學(xué)中的應(yīng)用具有切實(shí)的應(yīng)用前景[6]。

3 研究思路

首先，“創(chuàng)客”理念強(qiáng)調(diào)的DIY能力和課程目標(biāo)中的學(xué)生動手能力的培養(yǎng)是一致的;其次，“創(chuàng)客”理念中的以學(xué)生為中心和“OBE”理念中的以學(xué)生為中心培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力也是一致的;然后，“創(chuàng)客”理念強(qiáng)調(diào)的通過實(shí)踐來學(xué)習(xí)也和創(chuàng)新教育理念中的“從實(shí)踐中來到實(shí)踐中去”不謀而合;最后，“創(chuàng)客”項(xiàng)目驅(qū)動的學(xué)習(xí)方式也和OBE教育的理念中的成果導(dǎo)向不謀而合。通過將“創(chuàng)客”理念融入《Linux操作系統(tǒng)》課程的教學(xué)中可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[7]。

4 “創(chuàng)客”理念在《Linux操作系統(tǒng)》課程中的應(yīng)用

本節(jié)介紹“創(chuàng)客”理念結(jié)合《Linux操作系統(tǒng)》課程進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)的具體應(yīng)用情況。

我校網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)《Linux操作系統(tǒng)》課程考核形式為完成“基于Linux的人臉識別考勤系統(tǒng)”的項(xiàng)目式大作業(yè)。通過該項(xiàng)目作業(yè)最終使學(xué)生能夠了解項(xiàng)目開發(fā)基本流程， 并且掌握設(shè)計(jì)的Linux常用命令、Linux下常用的軟件安裝方法、Linux腳本程序的編寫、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信等課程相關(guān)知識。

4.1 項(xiàng)目名稱

基于Linux的人臉識別考勤系統(tǒng)。

4.2 需求分析

“基于Linux的人臉識別考勤系統(tǒng)”的一大功能就是實(shí)現(xiàn)刷臉考勤，與傳統(tǒng)紙質(zhì)簽到、口頭點(diǎn)名、手動刷卡不同，該系統(tǒng)利用開源代碼基于Linux平臺實(shí)現(xiàn)，無須專門硬件設(shè)備，通過攝像頭抓拍上課學(xué)生的人臉信息，和后臺云端事先錄入學(xué)生的人臉進(jìn)行對比，最終實(shí)現(xiàn)人臉識別考勤。由于AI技術(shù)的發(fā)展已非常成熟，相對傳統(tǒng)方式考勤該系統(tǒng)可以縮短考勤時間提升考勤效率，還可以避免傳統(tǒng)考勤方式互相代簽的現(xiàn)象，使教學(xué)管理更加高效準(zhǔn)確。

4.3項(xiàng)目設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)后臺使用開源平項(xiàng)目Home Assistant，將筆記本電腦自帶的攝像頭連接虛擬機(jī)中的Linux虛擬機(jī)，通過MJPEG-streamer 將采集圖像發(fā)布為Web方式，再通過Web攝像頭方式接入 Home Assistant，使用Python程序進(jìn)行人臉識別，識別后使用自動化處理，TTS語音播報學(xué)生姓名，并微信推送到教師手機(jī)。“基于Linux的人臉識別考勤系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了學(xué)生上課考勤的自動化，通過使用人臉識別考勤改進(jìn)了傳統(tǒng)考勤系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，還可以避免傳統(tǒng)考勤普遍存在的作弊現(xiàn)象，結(jié)合腳本程序?qū)⒖记诮Y(jié)果保存為報表則為課堂出勤統(tǒng)計(jì)提供了依據(jù)。最大的優(yōu)勢是本系統(tǒng)無須購置專門的考勤機(jī)設(shè)備，基本上實(shí)現(xiàn)了零成本考勤。總體方案原理如圖1所示。

4.4 項(xiàng)目具體實(shí)施

學(xué)生依據(jù)前面項(xiàng)目分析、項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段生成的系統(tǒng)框架方案圖， 結(jié)合學(xué)習(xí)過的“Linux操作系統(tǒng)”課程知識， 結(jié)合GitHub平臺的開源代碼完成系統(tǒng)各個功能模塊的實(shí)現(xiàn)，最終完成整個系統(tǒng)。

HomeAssistant是基于Python語言開發(fā)的一款可用于智慧空間構(gòu)建的神器。基于HomeAssistant，可以方便地連接各種外部設(shè)備（智能設(shè)備、攝像頭、郵件、短消息、云服務(wù)等，成熟的可連接組件有近千種），手動或按照自己的需求自動化地聯(lián)動這些外部設(shè)備，構(gòu)建隨心所欲的智慧空間。并且HomeAssistant是開源的：它不屬于任何商業(yè)公司，用戶可以無償使用。

本項(xiàng)目實(shí)施過程中首先搭建HomeAssistant平臺， 然后將功能分解為多個模塊，每次集成一個模塊，模塊設(shè)計(jì)與模塊集成同步進(jìn)行，具體集成方式為每次設(shè)計(jì)新的模塊后即進(jìn)行本模塊的集成，如集成未通過則進(jìn)行排錯，直到全部模塊均集成完畢。如圖2所示。

具體模塊包括：

1） mjpg-streamer攝像頭畫面采集模塊

mjpg_streamer的作用是從攝像頭采集圖像，并把畫面以流的形式，通過基于IP的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綖g覽器端。

a.安裝mjpg-streamer軟件：

安裝成功后，可以通過瀏覽器訪問攝像頭畫面

b.開機(jī)自動連接攝像頭：

c.在homeassistant中集成攝像頭：

camera：

- platform： mjpeg

mjpeg_url： http：//127.0.0.1：8080/？action=stream

name： camera

2） 人臉識別模塊

本插件使用GitHub開源代碼，模塊利用python語音實(shí)現(xiàn)對接百度AI人臉識別服務(wù)并處理返回結(jié)果。

a.添加人臉識別插件：

b.在homeassistant中集成人臉識別sensor

sensor：

- platform ：baidu_face

app_id： "*******"

api_key： "*******"

secret_key： "*******"

group_list： "*******"

entity_id： "*******"

access_token： "*******"

3） 語音播報模塊

TTS 是 Text To Speech 的縮寫，即“從文本到語音”。它是同時運(yùn)用語言學(xué)和心理學(xué)的杰出之作，在內(nèi)置芯片的支持之下，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，把文字智能地轉(zhuǎn)化為自然語音流。本系統(tǒng)刷臉簽到后會使用TTS將“XXX同學(xué)已簽到！”文字轉(zhuǎn)為語音并調(diào)用MPD播放器進(jìn)行本地播報。

a. 配置tts

b. 安裝mpd播放器

c. 在homeassistant中集成mpd播放器和tts

tts：

- platform： baidu

#app_id，api_key，secret_key從百度云上注冊得到

app_id： "**********"

api_key： "**********"

secret_key： "**********"

speed： 5

pitch： 5

volume： 15

person： 0

media_player：

- platform： mpd

host： 127.0.0.1

d. 在homeassistant中定義自動化流程

4） 微信推送模塊

本插件使用GitHub開源代碼，模塊利用python語音實(shí)現(xiàn)對接企業(yè)微信服務(wù)并按照預(yù)先配置實(shí)現(xiàn)消息定向推送。

a. 在homeassistant中集成企業(yè)微信插件

notify：

- platform： Qiyeweichat

name： weixin_sign_in

corpid： **********

agentId： **********

secret： **********

touser： '**********'

b. 在homeassistant中定義自動化流程

4.5 項(xiàng)目測試

項(xiàng)目實(shí)施與項(xiàng)目測試同步進(jìn)行，具體測試方式為每次集成新的模塊后即進(jìn)行本模塊的運(yùn)行測試，如運(yùn)行未通過則進(jìn)行排錯，直到運(yùn)行測試通過。全部模塊均集成完畢后對整個系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行最終測試。測試運(yùn)行效果如圖3所示。

4.6 項(xiàng)目完成成果形式及創(chuàng)新性

本項(xiàng)目完成成果形式為學(xué)生通過搭建homeassistant平臺并集成各模塊組件最終實(shí)現(xiàn)“基于Linux的人臉識別考勤系統(tǒng)”，要求系統(tǒng)能夠?qū)嶋H運(yùn)行并測試通過。

該項(xiàng)目系統(tǒng)還具有以下創(chuàng)新點(diǎn)：

1）精準(zhǔn)的學(xué)生考勤

本系統(tǒng)使用人臉識別技術(shù)簽到，相對于傳統(tǒng)考勤方式準(zhǔn)確度更高、可避免學(xué)生間互相代簽行為。

2）功能實(shí)現(xiàn)場地要求低

本系統(tǒng)成本低廉，適用多種場景，市場化前景樂觀。

3）安全性

本系統(tǒng)支持活體檢測，可避免學(xué)生用照片替人代簽行為。

4）公開透明性

本系統(tǒng)使用TTS技術(shù)實(shí)現(xiàn)簽到后實(shí)時語音播報學(xué)生姓名信息功能。

5）微信推送

本系統(tǒng)簽到信息可第一時間通過企業(yè)微信功能推送至老師手機(jī)。

5 總結(jié)

Linux是自由軟件項(xiàng)目的重要組成部分，它目前廣泛地應(yīng)用于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等領(lǐng)域中。本課程結(jié)合項(xiàng)目驅(qū)動進(jìn)行案例式教學(xué)，整個教學(xué)過程突出以學(xué)生為中心的思想，并建立了“思政+知識+能力”的科學(xué)、客觀、公正的基于過程化管理的教學(xué)效果評價體系。實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，提高了學(xué)生主動實(shí)踐、終身學(xué)習(xí)的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙廣元，王文慶，蔡秀梅.創(chuàng)客教育視野下“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015，25（9）：116-121.

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】