Linux操作系统实验教学体系改革

阮晓龙

河南中医学院网络信息中心 河南郑州 450046

Linux操作系统实验教学体系改革

阮晓龙

河南中医学院网络信息中心 河南郑州 450046

针对Linux操作系统课程的特点，阐述了Linux操作系统实验教学中存在的诸多问题以及改革的重要性。结合笔者的教学经验，从实验环境、教学平台、知识框架、实验内容以及实验考核方式等方面对Linux操作系统实验教学系统进行探索与实践。

Linux操作系统；实验教学体系

1 Linux操作系统实验教学中存在的问题

1.1 实验环境的局限性

由于实验室设备有限，为满足多门实验课程的教学需求，实验室的计算机均安装有保护卡。操作系统一旦重启，无法保证实验数据的安全性。用于教学演示的多媒体电子教学软件一般安装在Windows操作系统上，很少有应用于Linux操作系统的软件版本。

1.2 实验教学资源携带不便且传输速度慢

对于教师和学生，每次上实验课时携带实验资源不方便。实验教学中教师通过多媒体电子教学软件向学生分发实验指导书、实验素材或实验涉及的软件时，传输速度缓慢。

1.3 实验教学内容受限

由于实验环境和实验学时的限制，实验课程的教学内容不宜太难、扩展性不能太大、课外自主实验不能过多。

1.4 实验教学质量、进度、成果无法评估

在Linux操作系统实验环境下教师无法对学生进行有效的监督和管理，使得实验教学质量、进度、效果无法评估。

2 开展Linux操作系统实验教学改革的基本思路

针对上述问题，笔者结合多年的教学经验对Linux操作系统实验教学体系进行了一系列的改革和探索，其中包括四方面指导性的基本思路。

(1)基于虚拟化技术构建实验教学云平台，彻底改善实验教学环境，提升实验教学内涵。

(2)借助MOOC的先进经验开发应用基于校园网的课程教学平台，实现对实验教学过程的有效管理。[1]

(3)依托实验教学云平台对实验教学内容进行改革，基于虚拟化技术特性强化实验的综合性、设计性。

(4)依托课程教学平台，完善实验考核体系，实现实验过程和教学效果的有效监控和评估。[2]

3 实验环境与教学平台的实现

3.1 实验教学云平台的实践

良好的实验平台是学生上好实验课的前提，为了解决实验室教学环境的问题，根据实验课程内容的需要，利用VMware推出基于云计算的新一代数据中心虚拟化套件vSphere实现虚拟化的实验教学云平台，拓扑结构如图1所示。

在实验课程开始前，通过模板复制的方式为每位学生创建一个独立的Linux操作系统，通过Bridge的方式为每个Linux操作系统设置固定的IP地址，并配置安装OpenSSH Server服务，最后将远程访问权限分发给每位学生。

图1 实验教学云平台拓扑结构

以Windows操作系统为学习平台的学生群体，借助校园网络环境，可以在实验室、教学区、学生公寓，使用PuTTY客户端189软件输入Linux操作系统的IP地址，通过安全性和稳定性较高的SSH方式登录，从而实现Shell控制台下Linux操作系统的远程管理。

实验学习平台为Windows操作系统、实验操作通过PuTTY客户端和SSH协议在远程虚拟主机上实现。

3.2 课程教学平台的实践

为了深化开放课堂教学，推进应用技术的发展，辅助实验教学更好地开展，通过自主开发和开源软件相结合，开发建设一系列课程教学平台。目前已经投入使用的课程教学平台有课程资源发布网、棒棒糖-互联网技术开放课程网络学习平台以及高速资源镜像服务系统。

将课程相关的教学资源发布到课程资源网站上，提供给教师和学生学习访问下载；高速资源镜像服务系统面向实验室和校园网提供大文件资源高速(10 Gbps)下载服务。课程教学平台的应用，解决了多媒体电子教室传输文件不便的问题，降低了实验教学的成本，同时也提升了实验教学的信息化水平。

4 教学内容改革与探索

通过前述的实验教学平台建设和应用，不仅提高了实验的效果，同时也对实验教学内容改革起到积极的促进作用。因此，笔者对原有的实验教学大纲进行了三方面的修订。

图2 课程资源发布网站及海量资源镜像服务平台

(1)改变传统的以验证性实验为主的模式，增加综合性和创新性实验比例。

(2)打破教学计划中实验课堂时间的限制，增加实验难度，促进学生分析与讨论。

(3)深化实验内容的层次性和模块化，便于教学工作循序渐进的开展。[3]

4.1 实验框架设计

按照Linux操作系统实验教学内容的不同，将其分为3个阶段。

4.1.1 基础实验

通过该阶段的实验教学让学生认识Linux操作系统，掌握Linux操作系统的安装与基本使用方法、系统升级维护和应用软件的管理。

4.1.2 操作系统管理与维护实验

通过该阶段的实验教学让学生掌握Linux操作系统的管理与维护，提高学生的Linux操作技能。

4.1.3 Linux Server实践实验

通过该阶段的实验教学让学生掌握Linux服务器的部署和管理，提高学生从事相关领域的职业素养。

4.2 实验内容设计(见表1)

表1 实验内容设计

4实验四：用户管理(验证性实验，2学时) (1)掌握Linux操作系统中文件、目录权限、用户、用户组管理的方法；(2)掌握Linux操作系统中用户和用户组权限管理的方法文件和目录权限的管理、用户管理、属主和属组的操作5实验五：进程管理(验证性实验，2学时) (1)掌握进程的基本概念；(2)掌握Linux操作系统中进程查看、进程管理、进程调度的方法ps命令、top命令、lsof命令、kill命令、进程调度6实验六：Shell编程基础(综合性实验，2学时) (1)掌握Shell的基础语法；(2)掌握Shell编程的基本思路；(3)掌握正则表达式正则表达式、Shell基本语法结构、Shell脚本执行、Shell修改环境变量7实验七：通过Shell编程实现操作系统管理维护(创新性实验，2学时) (1)掌握文本工具awk、sed的使用方法；(2)掌握Shell编程实现系统管理、计划任务的方法通过Shell编程完成操作系统的管理维护以及计划任务的实现8实验八：LAMP服务器的实施与管理(综合性实验，2学时) (1)掌握Linux操作系统下安装Apache服务器、PHP服务、MySQL数据库的方法；(2)理解Linux服务器的基本概念在Linux平台上安装部署Apache，PHP，MySQL，完成LAMP服务器的搭建9实验九：文件服务器的实施与管理(综合性实验，2学时) (1)掌握Linux操作系统下文件系统共享的常见方式；(2)掌握FTP服务器的安装与配置；(3)掌握Samba服务器的安装与配置在Linux平台上安装部署Samba服务器、FTP服务器

4.3 实验指导书

按照实验教学体系结构的要求，结合具体实践和实验教学中存在的问题，笔者将实验指导书的内容从原来的7个部分调整为11个部分(见表2)，分别为实验目的、实验学时、实验类型、实验需求、实验理论、预备知识、实验任务、实验步骤、实验分析、课外自主实验、实验扩展资源，使实验指导书不仅指导学生开展实验，还注重引导学生针对实验过程进行分析讨论以加深理解。

表2 实验指导书内容结构一览表

5 实验教学质量考核

5.1 实验考核体系的建立

为了全面评估学生学习成绩和实验教学质量并实时督促学生，正确引导学生学习，笔者将实验考核体系分为实验准备作业、实验报告、实验成果、课外自主实验、课程设计五个部分。实验考核贯穿整个实验教学的始终，能够及时反馈实验教学中存在的问题，帮助师生共同解决问题，从而提高学生的学习能力、强化自我学习意识、完善学生知识体系，也帮助教师更加准确地去评估每次实验的教学质量，提高实验教学的可控性。

5.2 通过网络学习平台实现实验准备作业的管理

在实验教学考核体系中，实验准备作业代表着一个实验项目的开始。为了辅助实验教学更好地开展，笔者基于开源E-learning学习平台进行二次开发，完成“棒棒糖-互联网技术开放课程网络学习平台”(http:// lollipop.51xueweb.cn)的建设。课程教学开始前为每位学生开设学习账号，在实验教学开展前一周，要求学生必须完成并提交发布在网络学习平台上的实验准备作业。作业达到批改要求后，才允许学生进入实验室进行本次实验学习。这样既能督促学生认真做好实验准备阶段的学习，又能提高课堂实验的效率。同时借助于助教团队的批改分析，反馈学生对实验预备知识的掌握程度，帮助教师把握实验进行的节奏，进一步提高实验教学质量。

5.3 通过助教团队实现实验报告的批改和分析

实验报告是在学生完成实验后对本次实验的总结，要求记录实验过程、实验步骤、实验结果以及实验中遇到的问题和解决办法、实验心得等内容。在实验结束后，助教团队对实验报告进行批阅，对每位学生实验中存在的问题提供参考建议，并对本次实验进行评分，最终将学生存在的疑问及时反馈给教师。通过实验报告分析实验教学问题，评估实验教学质量。

5.4 通过云服务实现学生实验成果的提交和实验过程的监督

在实验教学中使用云计算平台，使学生借助校园网随时随地都能够进行实验，彻底摆脱实验环境局限性的问题。同时，云计算平台实时记录学生在服务器上进行的每一步操作命令。教师通过查看学生的实验过程，从中发现学生实验操作的不足之处。实验教学中操作系统管理与维护和Linux Server实践两个阶段的实验通过云计算平台进行，实验成果最终通过云计算平台展现，实现对实验成果的科学评估和量化分析。

5.5 通过实验室开放和助教团队辅导相结合开展课外自主实验

课外自主实验作为课堂实验的延伸，帮助学生在专业领域提升能力。课外自主实验的难度要远高于课堂实验本身，因此课外自主实验的开展由助教团队参与辅导，与学生一起实验，帮助学生解决遇到的问题，保障课外自主实验的顺利进行。同时还通过开放实验室提供实验和讨论交流的环境，这种方式不仅提高了学生的学习兴趣，也改善了学院的学习风气。

5.6 通过研究性课程设计强化实验教学成果

课程设计是对整个课程教学系统的总结。课程设计题目是教师在实验教学体系的基础上，结合课外知识，为学生精心准备的具有研究性质的课题。课程设计要求每位学生独立完成，在实验教学的最后，结合个人的兴趣爱好选择教师提供的课程设计题目，并按照要求进行相应的学习研究。

整个课程设计过程要经过三个阶段：学生提交课程设计报告初稿、学生根据教师的反馈建议对课程设计进行修改完善、课程设计最终提交审核。通过研究性的课程设计不仅能够强化实验教学成果，而且还可以提高学生的综合学习能力，帮助学生提升专业素养和技术水平。[4]

6 结束语

6.1 实践总结

笔者在从事教育工作的同时，还承担学校网络信息中心数据中心的运行管理工作，从而能够结合实际应用，不断学习总结、探索和实践实验教学方法。Linux操作系统实验教学体系改革后的4年教学实践中，共授课班次12次，学生达600多人。通过Linux操作系统实验教学的开展，学生深入了解操作系统的原理，并能熟练地使用Linux操作系统和Shell命令，为学生以后学习LAMP程序开发、服务器管理、网络运维等课程奠定基础。

6.2 成果

在Linux操作系统实验教学改革的同时，也产生了一些衍生成果。例如，网络学习平台除了服务于Linux操作系统的实验教学外，还应用到了MySQL数据库管理、平面设计基础等课程实验教学工作中。棒棒糖-互联网技术开放课程网络学习平台在河南省第十八届教育教学信息化大赛高等教育组中获得一等奖。实验教学改革内容还得到了学校实验教材编写项目的专项资助。

6.3 存在的问题与下一步计划

目前我校开设的Linux操作系统课程中仍然存在一些问题，具体有如下几点。

(1)操作系统底层研究涉及内容相对较少。

(2)缺少像其他工科院校一样强大的教学体系支持。

(3)师资力量相对薄弱。

针对我校的培养目标及现状，今后计划在以下方面加以改进。

(1)对课程体系结构进行相应调整。

(2)侧重于Linux操作系统的运维与管理，并提升此方面的内容比例。

(3)加强师资队伍的建设。一方面通过内部学习交流提高教师的教学能力；另一方面通过加强与校外企业的合作及参加相关培训等提高教师的实力。

[1] 韩冬梅.MOOC环境下课程学习的体验与思考[J].天津电大学报,2014(2):20-23.

[2] 于群英.实验课程教学考核的深化[J].中国职业技术教育,2005(33):47-48.

[3] 王志伟,张田梅.构建多层次、模块化、开放式的实验教学体系[J].黑龙江高教研究,2008(5):162-163.

[4] 周俊宜,高国全,骆晓枫,颜少平,谢金卫,梁昌盛,黄小荣,袁广卿,蔡卫斌,杨霞.以研究性实验为中心的开放性实验教学模式和学生科研创新能力的培养[C].第六次学术大会论文集,2008(3):497-498.

Experimental Teaching System Reform of Linux Operating System

Ruan Xiaolong
Henan University of TCM, Zhengzhou, 450046, China

In terms of unique characters in the curriculum of the Linux Operation System, the thesis has elaborated manifold problems and reform signifcance in experimental teaching of the Linux Operation System， and in accordance with the writer's teaching experience， as well as experimental environment, teaching platform, knowledge frame, experimental contents and testing methods, the author will try and put into practice in the experiment teaching system of the Linux Operation System.

Linux operating system; experimental teaching system

2014-10-17

阮晓龙，本科，讲师。

虚拟化平台在《Web前端开发》教学中的应用研究(项目编号：2013JX22)。