面向新工科的Linux 課程教學改革

薛開慶，張 濤

（1.西華大學計算機與軟件工程學院；2.西華大學心理健康服務與研究中心，四川成都 610039）

0 引言

以大數據和人工智能為代表的新一輪科技革命和產業變革正在開展。為主動適應和推動這些變革，支持創新，服務智能制造，教育部先后發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》［1］、《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》［2］、《關于公布首批“新工科”研究與實踐項目》［3］和《高等學校人工智能創新行動計劃的通知》［4］，對推進新工科建設提出了具體要求。新工科的“新”主要體現在以下幾個方面：①對傳統工科進行改造升級；②新科技新經濟的發展會產生新的工科專業；③工科與其它學科深度交叉融合產生新的專業［5］。計算機類學科本身就是典型的工科，新工科提出為我國高等工程教育改革提供了新思路和新辦法。現代信息技術日新月異，計算機學科除了不斷對傳統學科進行融合改造以外，其本身也要主動適應技術變革，主動適應新經濟、新工科要求，對相關課程進行改革、探索和實踐，調整教學內容、教學方式，提高教學質量。

1991 年Linus Torvalds 開發了Linux 0.01。由于Linux開源免費的理念，受到全世界發燒友、眾多企業和組織的鼎力支持。眾人拾柴火焰高，Linux 不斷完善，不斷更新版本，當前網絡編程、云計算、大數據和人工智能等相關研究和應用大多依賴Linux 平臺。幾乎所有高校計算機類專業都開設了操作系統原理這門課程，但沒有進一步開設Linux操作系統相關課程，部分學校雖然開設了這門課程，但將其設置為選修課，造成很多高校計算機類專業Linux 課程教學力量十分薄弱。學生沒有打好Linux 基礎，沒有掌握Linux 基本的操作技能，其后果就是進一步學習網絡編程、云計算、大數據和人工智能等課程時存在一些技術障礙，比如搭建基于Linux 的大數據實驗平臺時感到困難。

本文對傳統Linux 課程教學現狀進行分析，找出存在的問題，在新工科理念下大膽進行課程內容調整。對授課方式進行改革，提升學生思考問題的主動性，提高解決問題的能力。

1 Linux 操作系統教學現狀

1.1 重講授，輕實踐

Linux 操作系統是一門實踐性非常強的課程，學習Linux 之前，大多數學生已經學過操作系統原理、程序設計基礎等課程。有了這些基礎，本應該將這門課程深入學習，為后續課程打下堅實基礎，但很多高校由于硬件條件限制，繼續采用在多媒體教室授課的傳統做法，邊講解邊演示，課程最后才到機房上機，這時前面學的知識很多已經遺忘，上機練習交份實驗報告就結束課程，學習效果很不理想。

1.2 學生重實踐，缺乏指導

現在就業壓力大，計算機相關專業學生特別渴望學習一些實用技術，但因為沒有教師細致的指導，理論沒有和實踐項目有機結合，只是機械記憶了一些操作命令和步驟，掌握也不牢靠。傳統教學沒有充分調動學生學習的積極性和主動性，從課后作業、上機實驗到課程設計，大多數學生都是被動完成學習任務，缺乏深入理解和思考，缺乏創新能力，缺乏綜合解決問題的能力，遇到新問題時找不到抓手。

1.3 與企業要求相差甚遠

企業對Linux 從業人員需求主要有Liunx 系統管理人員和Linux 程序開發人員兩類。

（1）Linux 系統管理人員要求掌握Linux 操作系統的基本原理，能夠進行內核參數調優，熟悉Linux 的常用服務器，能快速進行部署、配置、備份、恢復和排錯等，能夠掌握Linux 下使用腳本和程序來高效完成系統的日常維護工作。要求系統管理人員保障Linux 服務器順利運行。

（2）Linux 編程人員要求熟悉Linux 原理及基本操作，具備Linux 下運用C/C++或者Java 的編程能力，掌握Linux 下某些數據庫系統運用，能利用Linux 平臺加載大數據、人工智能等軟件工具進行數據分析處理等。

綜上分析，不難看出傳統的Linux 教學與企業要求相差甚遠。當然不必苛求僅僅通過學校的幾門課程就掌握企業所需的全部技能，但企業對實際技術的具體需求對Linux 教學來說具有很重要的參考和指導意義。因此，教師在教學過程中要了解企業需求，并把這些需求傳遞給學生，讓學生學習更有目標性和針對性，這樣才能將學習的基礎知識、基本原理和企業需求有機融合，學生畢業進入企業后才能快速適應工作要求，達到學習和工作之間的無縫銜接。

2 教學改革實踐

Linux 是計算機相關專業的一門重要課程，與操作系統、數據結構、程序設計、軟件工程、大數據、云計算和人工智能等課程關系密切，具備很強的實踐性。如何根據普通本科院校學生特點，使Linux 教學更有成效，梁正平等［6］和吳大親等［7］基于CDIO 理念進行了有特色的探索和研究。本文以西華大學計算機與軟件工程學院為依托，根據教育部對新工科的要求，考慮企業實際需求，對Linux 課程教學進行改革和實踐。參加教改實驗的有西華大學計算機與軟件工程學院2017-2019 級相關專業500 多名學生，歷經3年。

2.1 教材選取和內容取舍

Linux 這門課程既是對《操作系統原理》的鞏固和深化，也是后面學習云計算、大數據、網絡編程和機器學習等課程的基礎，其先修后繼課程關系如圖1 所示。

Fig.1 Relationship between pre-study and subsequent courses of Linux圖1 Linux 先修后繼課程關系

西華大學計算機科學與技術專業和信息安全專業將Linux 設為選修課（48 學時），而軟件工程專業和物聯網專業將Linux 設為必修課（48 學時）。要求云計算、大數據、人工智能和機器學習方向的學生必須選修Linux 課程，掌握好Linux 這門利器，使學生在進一步學習上述方向課程時能很快上手搭建配置相應環境，學習相關軟件，提高動手能力。考慮學生既要學習Linux 系統的基本操作又要學習Linux 系統下的編程，所以把《Linux 系統及編程基礎》［8］選作教材，另外提供參考輔導書《Linux C 程序設計王者歸來》［9］，主要為學有余力的學生進一步提高編程能力。

根據技術發展和企業需求，對教材內容進行了適當的取舍和補充，具體內容和課時安排如表1 所示。

Table 1 Teaching content and class arrangement表1 教學內容和課時安排

2.2 教學內容和方法

考慮到Linux 操作系統是一門實踐性很強的課程，為了增強學生的動手能力，將所有教學活動都安排在實驗機房中進行。教師可以一邊講解一邊指導學生動手操作，將理論、原理和實踐有機融合，大大提高了學生實踐動手能力。教學內容大致分為基礎知識、系統服務器配置和編程3 部分。

（1）基礎知識。包括Linux 發展歷史、特點、組成、版本介紹；Linux 安裝和基本配置（每個學生自帶筆記本，學會在VMWare Workstation 虛擬機下安裝比較常用的Linux 版本之一Ubuntu）；Linux 命令基礎（如何登錄、注銷、關機、重啟，如何重置密碼、如何獲得幫助）；文件系統（了解Linux 文件系統類型、組成和特點，掌握Linux 文件操作命令、目錄操作命令、更改文件的存取權限、創建鏈接文件方法）；Vim 編輯器（掌握Vim 三種工作模式，明確當前處于什么模式之下，掌握常用的Vim 編輯命令，能夠使用Vim 編寫Shell 腳本和C 程序）。

（2）系統網絡服務器管理。包括用戶管理（用戶、組的添加刪除和更改）、設備管理（磁盤和分區管理、設備的掛載和卸載）、進程管理、日志管理、網絡管理（常用網絡管理命令和網絡故障的基本排除方法）；文件服務器管理配置（NFS 配置，samba 配置）、DNS 服務器管理配置、Web 服務器管理和配置、Mail 服務器管理和配置、FTP 服務管理和配置等。

（3）編程。包括Shell 編程（Shell 基本命令、Shell 變量、Shell 腳本的輸入和輸出、Shell 算術和邏輯運算、Shell 的控制結構、Shell 函數等）；C 編程（掌握GCC 編譯器工具、GDB調試工具和make 程序維護工具；掌握如何創建進程、進程的執行、進程的終止、進程的等待及進程間的信號通信等；掌握線程控制系統調用；掌握如何創建、打開和關閉文件、掌握文件的讀寫及文件的定位）；GTK+圖形界面程序設計（掌握實驗GTK+開發圖形用戶界面程序，能夠創建按鈕和標簽、文本輸入框、單選復選按鈕、組合框、框架、圖像控件，能夠制作菜單、工具欄和狀態欄）。

整個過程中精講多練。教師主要講解關鍵知識點和技巧，大量的時間讓學生動手練習，在“做中學”，掌握知識和技能更加牢靠。學生有解決不了的問題由教師給予提醒和指導解答。

該門課程安排8 個實驗，具體實驗內容及要求如表2所示。其中實驗8 主要是安排學生集體合作項目，如搭建具有主從（master-slave）模式的大數據處理平臺等，讓學生體會類似企業中的分工合作，提高團隊意識，鍛煉協作能力。另外，鼓勵學生參加Linux 相關的各種競賽，通過競賽提高專業實踐技能，提高解決技術難題的能力，也提高了學生的就業能力。

Table 2 Course experiment content and class time allocation表2 課程實驗內容及課時分配

2.3 課程考核

為督促學生認真學習，加強了考核環節，主要考核學生的動手能力和靈活應用知識的能力，成績構成如表3 所示。其中，如果學生平時在課堂上積極回答問題，在實踐環節主動幫助同學解決問題，會加分；對重要的實驗，教師要考察學生的實際完成情況；綜合項目要求學生錄制講解視頻，演示如何理解、分析、設計和完成這個項目。另外，如果學生在一些Linux 相關競賽活動中取得了好的成績要適當加分。

Table 3 Score composition表3 成績構成

2.4 教學效果及分析

與傳統的教學方式相比，新的教學模式堅持“學生是教學活動的主體”這一基本理念，同時充分發揮教師的主導作用。在教學活動中充分調動學生參與學習的積極性，讓學生主動思考，發現問題，討論問題，提高解決問題的能力。通過觀察比較學生課堂表現、作業完成情況、實驗動手能力和項目完成情況，證明該教學方法更加符合普通高校學生實際情況。在課程結束時，通過西華大學課程質量管理系統（http：//xhu.mycospxk.com/）匿名調查，絕大多數學生對該教學方法表示贊同，2017-2019 級各專業對課程滿意度的綜合評分如表4 所示，選擇滿意和非常滿意的學生比例達到了98.5%。

Table 4 Comprehensive evaluation scove of course satisfaction表4 課程滿意度綜合評分

3 結語

Linux 操作系統是計算機相關專業的一門重要課程。本文根據Linux 操作系統教學要求，考慮普通本科院校學生特點，采用案例教學，對教學方法進行大膽探索，把Linux基本原理、重要操作、服務器配置、腳本編程、C 編程、圖形化編程有機結合起來，精講多練，充分調動學生的積極性，提高了學生分析問題和解決問題的能力，得到了學生的充分支持和高度評價，取得了良好效果，對如何培養應用型本科人才有一定的指導作用。后續將與課程教師多溝通，對Linux 教學內容、教學方式進行調整，拋棄一些陳舊內容，引入新的、后續必備的基礎內容，使學生能完成相應的實驗環境搭建配置，更順利地完成相應的實驗任務。