新工科背景下Linux操作系统课程教学改革

黄孝

摘要：“金课”标准要求课程教学从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变。以《Linux操作系统》课程为例探究在新工科工程教育理念指导下的项目式教学实践，提出依托项目引领的线上线下混合式教学模式，并应用于Linux课程教学。提高学生解决问题的综合能力，增强学生学习主动性、沟通协作能力。

关键词：Linux操作系统;混合式教学;翻转课堂;教学改革

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）15-0166-03

大数据、云计算、物联网及人工智能等新技术的发展推动了新一轮科技革命与产业变革，正在催生新的产业，给创新发展带来新机会，同时也对培养能够适应经济转型的卓越工程科技人才提出了新要求、新挑战。教育部积极推进“新工科”建设，明确新工科的人才培养定位，关注学生是否具备主动获取知识的能力、终身学习的能力、批判思维能力，正如理查德·莱文所说：无须传授知识和技能，其亦可胜任任何学科和职业。新工科背景下的课程建设既强调理论知识的传授，更要注重工程教育、创新教育的交叉融合[1]，课程内容与实践的结合，增强数字化思维、计算思维的培育。

Linux操作系统以其稳定、安全 开源、高效及可自由裁剪内核的特点，在从服务器到物联网嵌入式设备的广阔市场中占据优势地位，大数据与云计算技术的发展会进一步强化这种优势，市场对Linux系统的管理与维护人员需求与日俱增。不少高校都已经开设有Linux操作系统的课程，而且成了计算机科学与技术、数据科学与技术及网络工程等相关专业的核心课程。结合地方应用型高校的定位，我们在新工科工程教育理念的指导下就Linux操作系统课程开展项目式教学、混合式教学进行了探索与改革。

1 课程面临的挑战

1.1 学生学习兴趣易消退

学生在学习Linux操作系统课程之前，主要接触Windows操作系统，大部分同学已习惯使用图形界面操控计算机。课程开始时，会感觉Linux命令繁多，不易记忆[2]。而Linux系统因为应用的广泛性，存在众多的发行版本，不同发行版本的Linux系统软件包管理的方式甚至还差别不小。而且完成同一目的可以有多种解决方案，当学生遇到问题去查找资料时，可能会进一步加大学习的困惑，因此刚开始学习时不易体会到Linux系统的优点，很快学习的热情就会消退。

1.2 传统授课方式教学效果较差

Linux操作系统的内容涵盖面广，涉及的基础知识点多，初始学习曲线比较陡峭。虽然许多学校开设了Linux课程，但组织教学过程还是以传统课堂教学模式展开为主，以教师为中心，重理论，轻实践，教学过程侧重命令功能的详细介绍，忽视命令操作的演示及实际应用介绍，学生被动接受知识的灌输，听得多，操作少，不清楚如何组合使用学习的命令解决实际问题，获得感不强。

1.3 教材内容与课程培养目标难一致

目前市场上有关Linux操作系统的图书或教材数量众多，有些介绍系统安装与服务器管理，有些讲述编程开发，还有些通过分析内核源代码来说明操作系统开发与实现的过程。教材内容选取和编排重点也各有不同，有的包含知识点多，介绍详细，厚达上千页，也有的介绍Linux操作系统蜻蜓点水、浅尝即止。由于不同专业的人才培养目标存在差异，直接套用所选教材的编排体系进行教学难以满足实际需要，必须对教材各章节内容按照专业方向进行取舍、补充和优化，梳理出适合本专业教学的课程知识体系。1

2 混合式教学模式构建

针对目前教学中存在的问题，我们基于“以学生为中心、目标导向”的工科教育新理念，立足学生掌握Linux典型服务器配置为课程目标，设计具有生产背景的教学案例作为学生学习的小项目，借用虚拟机实验环境，采用混合式教学模式，变革课程教学流程，以项目驱动课程教学，培养学生的实践能力和应用创新能力，真正做到学有所用，学以致用。

得益于云计算技术的发展，混合式教学模式在教学中的应用日益广泛。混合式学习将传统课堂教学的优势和数字化、网络学习的优势相结合，是真实的课堂教学与虚拟的网络学习的混合，是師生之间线上与线下交流的混合[3]。既能发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，同时学生是学习过程的主体，其学习的积极性、主动性与创造性能得到充分体现[4]。在Linux操作系统的教学中，基于学习通进行了“PBL+翻转课堂”的混合式教学模式的尝试[5]。具体实施过程如图所示：

2.1 课程内容优化

首先重构课程内容，在48课时的有限时间内讲完Linux操作系统涉及的所有内容是不可能的。课程教学的目标是让学生利用Linux命令实现网络服务器的架设及系统管理，根据我校地方应用型高校人才培养目标，将课程内容按照由浅到深、由易到难、由简到繁分层展开，围绕典型的Linux服务器搭建这一目标将课程内容划分为：Linux系统基础、Linux系统管理和服务器配置等三个部分。对不同的知识模块设计相应的情景单元，各单元项目之间前后衔接，内容契合实际应用背景，学生在课程学习中通过逐步解决实际问题来了解和熟悉Linux。比如FTP文件服务器搭建或Apache Web服务器搭建这样的项目能够涵盖Linux操作系统的众多知识模块：系统安装、用户管理、文件系统管理、软件管理、进程管理及访问控制。以服务器配置为目标导向，组合分解到每个前序知识中，通过目标细化，将Linux分散的知识点串连了起来，让学生知道学什么、怎么学 、学了有哪些收获。下表显示了FTP服务器的搭建过程中可细化的知识点。

2.2 教学过程实施

Linux操作系统课程的教学设计借鉴“翻转课堂”理念[6]，分解为课前自学、课堂集中教学与讨论及课后总结与实践等三个部分。该设计依据PBL教学理念，以项目为依托、以学生为中心、教师为主导，课程教学基于VMware虚拟机软件和“超星学习通”平台展开。根据学生人手一台笔记本电脑的实际情况，要求学生在自己电脑安装VMware的虚拟机管理软件，通过VMware提供的虚拟实验环境进行实践学习。学习通平台支持文字、图片、影音、直播等多种媒体，消息、问卷、测验及评分等社交功能可供师生沟通、答疑及个性化指导，分组协作、主题讨论为资源共享及心得分享提供了技术支持。Linux/Unix的重要哲学思想之一是一个工具只做一件事，并做好这件事，因此各模块容易划分为多个相对独立的小项目，方便进行翻转课堂学习。

课前教师给学生发布学习任务，分享微视频或技术文档，提供简单的自测练习，为学生的自学提供支持与帮助，学生自学时可以通过讨论组与老师或其他同学进行交流，老师可以根据平台提供的学情统计了解学生学习的难点和讨论的重点，分析出现问题的原因是概念不清、原理不懂还是操作方法未掌握等。

课堂集中学习阶段，教师根据学生自学阶段的情况确定本次集中授课首先是理论讲解还是操作演示。教师可以将自学阶段讨论的结果分析直接投屏，针对学生独立解决比较困难或大家都有疑惑的知识点和同学们交流，对这部分内容进一步详解、细讲，学生可以通过平台的讨论功能提出问题或分享心得，教师也可以即时发布测验题让学生抢答来活动气氛，学生学习的兴趣和参与感显著增强。对重点内容可以设计小项目，让学生按照小组围绕本次项目展开协作学习，解决问题的过程中学生可以将他们的解决方案或实践发布到讨论组，教师对解决起来比较困难的小组也可以给予个性化指导，教师最后可以针对各组学习情况进行评价，选择较好的解答投屏，组织学生投票选出优秀的小组，鼓励被选出的小组以直播的形式展示成果或分享自己解决问题的思路、观点，加强学生分析问题的能力、沟通协作能力及语言表达能力。

课后总结阶段教师针对课前、课中教学环节出现的问题，平台统计的学情信息总结经验并调整教学策略，根据出现的问题设计有针对性的测验题或测评题让学生解答，巩固学习效果。依据授课进度安排实验项目分组练习，要求学生提交项目报告，在实验项目设计上考虑学生当前的知识掌握情况，难易适当，保证大部分同学能够完成实验要求，以尽可能准确了解学生学习状态。

2.3 教学效果评价

在效果评价上建立动态、多维度评价体系。传统课堂教学对应的考核方式主要依赖于期末的笔试，对于实践性强的课程，纸质理论考试的评价方式不能准确反映学生对课程知识体系的理解掌握情况，学生靠临时突击背诵，考完就会忘掉。教师在教学过程中也不易把握学生对知识的掌握情况，以便动态调整教学进度与教学方式，补充教学材料。我们根据课程实际需要将课程考核划分为三大部分：平时成绩、作业報告成绩和期末考核成绩。提高平时成绩的占比，将学生课前自学表现、课中讨论参与度及课后测验均纳入平时成绩的评价，构建在课前学生知道要学什么，课堂集中学习让学生了解要怎么学，课后作业的完成反映学得怎么样的动态评价体系，真正实现“以评促学、以评促用、以评促教、以评促改”。

3 结束语

本文介绍了我们在Linux操作系统课程教学中实践混合式教学模式的一些探索。通过线上线下互动、课内课外融合、资源共享、全程可控的混合教学模式构建，贯彻“学生中心、产出导向、持续改进”的工程教育新理念，着力提升学生解决实际问题的能力。学习通平台能够实现学生学习过程个性化，有效解决课程内容多与学时不够的矛盾，学生有更多机会参与教学过程，增强了课堂上师生互动，激发了学生的学习热情，学生变得爱问问题，愿意主动思考，积极参与讨论与实践。学生的自主学习能力、沟通协调能力和学习效果均得到了明显的改善和提升。当然，在实践的过程中有些问题仍有待进一步解决，比如实验项目需优化设计，加强与生产实际环境的吻合度;使用高质量的测评选择题、教学讨论主题等。

参考文献：

[1] 冯亚青，杨光.理工融合：新工科教育改革的新探索[J]. 中国大学教学，2017（ 9） ：16-20.

[2] 阮晓龙，许成刚，孙高强.新工科理念下Linux操作系统课程体系思考与探索[J].计算机教育，2018（11）：61-64.

[3] 章其亮，王爱春.基于“翻转课堂”的新型混合式教学模式研究[J].现代教育信息，2014，24 （4）：27-32.

[4] 吴淑泉.高校“Linux操作系统”课程教学研究与探索[J].教育理论与实践，2017，37 （33） ：57-58.

[5] 张其亮，陈永生.翻转课堂在操作系统实验教学中的应用研究[J].实验技术与管理， 2014，31 （12） ：173-176.

[6] 王鶄，杨倬.基于云课堂的混合式教学模式设计----以华师云课堂为例[J].中国电化教育，2017，363（4）：85-89+102.

【通联编辑：王力】