新工科背景下Linux操作系统课程的教学探索与改革

（河南城建学院计算机与数据科学学院 河南·平顶山 467036）

0 引言

Linux操作系统为当前影响力巨大的开源操作系统，具有软件免费、源码开放、性能高效、可靠安全等特点，在嵌入式系统、大数据应用和机器学习方面有广泛的应用，而且便于定制，进行二次开发。

Linux操作系统课程是计算机类、信息管理类课程的专业核心课之一，也是云计算、大数据、人工智能等新技术的重要基础课；同时，Linux操作系统应用与管理技术也是上述专业的毕业生在今后岗位上须掌握的重要技能之一{阮晓龙,2018#14}。

“新工科”背景下，传统的Linux操作系统课程的内容已不能满足云计算、大数据、人工智能等新技术对操作系统的要求。如果仅仅追求学生掌握Linux操作系统基本知识，就无法实现“新工科”对学生工程实践能力、创新思维能力、分析解决问题能力的新型培养目标。为此，本文从Linux操作系统课程教学存在的问题及困境出发，以“新工科”视角重新审视和定位，从教学模式、教学资源、实践项目等方面探索其教学改革的新方案。

1 目前Linux操作系统教学存在的问题及困境

1.1 目前Linux操作系统教学存在的问题

1.1.1 偏重知识传授

Linux的教学内容大部分为基础原理，教师通过 PPT、课堂讲授等方式进行讲解，但教师往往讲授太多，整个学习过程中学生只是被动地接受老师知识灌输，主动参与实践的机会很少。同样，该模式的实验、课程设计主要为知识传授服务，很少引入Linux操作系统的实际应用。

1.1.2 实践环节相对独立，案例训练不够系统

不同于程序开发课程，学生可以设计开发单一的实际作品，Linux操作系统设计与实践环节比较抽象。此外，Linux操作系统编程、安全、存储等在内容结构上又相对独立，学生很难把以上知识点通过单一案例贯穿融合，进而无法形成完整的Linux操作系统知识结构。

1.1.3 课程设计与实际应用联系不密切

课程设计题目往往只侧重该课程的知识，如基于UNIX C、SOCKET和MySQL实现C对MySQL数据库的访问、shell编程进行用户信息管理、linux环境中的LAMP开发环境搭建与应用等，则只关注单一知识单元的设计与分析，只关注计算机类课程的设计，不能达到综合训练的目的，与云计算、大数据、人工智能等新技术几乎没有联系，与新工科强调的学科交叉相悖，也不符合工程教育专业认证毕业生具备“解决复杂工程问题能力”的培养要求。

1.2 Linux操作系统教学的困境

与Windows操作系统相比，Linux操作系统的学习入门难度比较大，知识点杂、工具命令多，难度较大，学生不容易掌握，教学中存在着以下几点困境。

（1）Linux涉及的基础知识较多，教学内容广泛，学生在初学阶段较吃力；

（2）Linux基础命令、基本工具较多，知识点比较零碎，知识体系也不够严谨，学生学习时很难快速构建完整的知识架构；

（3）Linux操作系统版本多，命令格式不统一、有多种实现方式可以同一目的，对学生的经验和试错能力要求较高；

（4）Linux主要用于生产开发环境，教学内容必须和企业级应用相结合进行设计，但此要求进一步增加了课程的教学与学习难度。

2 慕课与项目式教学相结合的教学模式

当前，有很多学者探索与实践MOOC+翻转课堂、MOOC/SPOC+混合式等教学模式，这些教学模式扩大了学生学习内容的深度和广度，有效推动了专业课程知识的学习。但是，新工科培养的人才需要拥有解决工程技术问题的能力以及工程创新能力，而能力往往从实践项目和工程案例获得。如何把工程项目和案例引入到Linux操作系统专业课程教学中呢?

基于慕课的快速发展，我们提出了慕课与项目式教学相结合的混合教学模式。该模式将课程教学与课程设计连成一体，采用基于慕课的混合教学模式进行课程教学，采用CDIO模式进行设计—制作实践项目完成课程设计。

2.1 慕课资源构建与整合

从教育学的角度来看，MOOC是一种面向大众、免费开放、面向自学的学习资源。“新工科”建设要求以学生为中心，因材施教，注重发展学生的兴趣，因此要积极引入“翻转课堂”、“CDIO”等主动型教学模式，充分发挥学生的主体作用，鼓励学生独立思考，强化在线学习交流。

目前，“慕课”资源已在国内教学平台中予以广泛应用并取得了较好的效果。Linux操作系统课程知识点多、涵盖面广、知识难度大，加上学生数量多、教学资源相对紧缺，非常适合引入“慕课”等网络资源，并且与课堂教学相结合，构建“混合式”的教学资源模式。

部署“慕课”资源到学习网站上更有助于丰富教学过程和效果的考核，学生在线学习课程并完成教学作业，教师登录平台进行批改，可大幅提升教学效率，降低教学成本；同时，学生可以更充分的利用碎片化时间进行网上学习，加深对知识的记忆和理解，充分调动学生的学习积极性和主动性。为解决课时少，大量课堂时间用于知识讲授的问题，我们梳理教学内容，选取核心内容进行微课录制。

2.2 基于CDIO的项目式课程设计

2.2.1 项目导向式教学法

CDIO是指构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)。CDIO改革的主要目标是以C-D-I-O的产品生命周期为教育背景，以工程实践为载体，培养学生掌握基础工程技术知识及提高动手操作能力，在新产品的开发过程中引导创新，并理解和研究技术发展对社会的重要影响，承担起培养工程科技人才的社会责任。

我们在Linux操作系统教学改革中，以Linux在企业的应用项目为驱动，结合学校对信息化建设的要求和工作流程，要求学生组建CDIO团队，参与到项目的实施过程中。教师主要起指导作用，督促学生完成一次构思—＞设计—＞实施—＞改进和展示。在“C”阶段，教师提出基本的用户需求，引导学生分析思考，学生团队对所选择的项目进行总体构思，明确详细的项目内容和具体任务，确定每组成员及其分工；在“D”阶段，各项目组查阅大量参考文献，进行组内讨论，确定基本方案，选定项目的基本思路、系统架构的选型、所选技术的合理性和优越性等；在“I”阶段，学生必须掌握“Linux操作系统”大纲规定的基本知识技能，由学生进行操作；在“O”阶段，各组学生根据展示结果，发现自己原来构思中的缺陷，进一步修改后再设计、执行和运作，同学和老师再一次评价。

2.2.2 场景化的Linux操作系统课程项目

针对目前Linux操作系统教学中多以基础实验为主、应用场景缺乏的特点，我们在教学中努力实现基础实验与开放式项目实验相结合，尽量贴近企业的实际生产，打造了一套综合性设计型的Linux操作系统项目案例，实现基础知识与项目案例的映射对应，全面提高学生的综合应用能力；同时，将Linux操作系统课程资源与大数据实验、Python实验资源充分融合，突出各自重点，强调知识关联，加深学生对Linux操作系统在新领域应用上的理解和掌握。

以笔者所教Linux操作系统课程的整体课程设计方案为例，企业应用服务器的架设与维护项目的教学情境和教学内容可归纳为以下三点：

（1）Web开发环境：LAMP开发环境、JSP开发环境。

（2）Linux服务器的搭建与管理：FTP文件传输服务器的架设、DHCP服务器的架设、邮件服务器的架设、iptables防火墙的架设。

（3）虚拟化及大数据处理平台：Hadoop平台搭建、Openstack平台搭建。

这样以Linux企业级应用为任务，将课程中的基础知识、命令知识、管理知识和网络知识等知识点贯穿在各个子项目中，从而将这些知识点贯穿成为一个有机的整体。

2.2.3 在其它相关学科选择项目

Linux操作系统是一门应用性的课程，因此，我们的教学实施过程中一般偏向知识传授和生产相关案例的介绍。在课程的讲授过程中，选取适当的案例，介绍Linux操作系统在化学品存储和运输监测、新型化学物质结构模拟等化工研究方面的应用。

2.3 Linux操作系统课程混合教学模式

2.3.1 学生先进行慕课线上学习，完成线上教学相关任务

线上课程需要提前1周推送教学资源、习题与讨论题等，教师提前布置课堂作业，通常为学习课程知识，让学生通过观看MOOC提前学习并思考问题，完成预习报告；学生线上学习遇到难题可以在MOOC平台互动讨论；教师也能获得学生线上出勤动态及学习情况。

2.3.2 到线下课堂进行师生互动

鉴于慕课已对课程内容进行了系统讲解，线下课堂只需使用较少课时检验线上学习效果、对课程内容作宏观梳理、通过实际工程案例剖析探讨知识应用，教师也能将更多的时间用在解答学生的疑惑和问题上。再配合线下作业、课程实验和阶段考试，即可为学生构建课程知识体系。

3 结语

“新工科”背景下，传统的Linux操作系统课程的内容已不能满足云计算、大数据、人工智能等新技术对操作系统的要求，亟需调整发展方向，借助更科学的教学模式，更丰富的平台资源，更有效的现代化手段，提高学生的学习兴趣和主动性，为前沿技术的学习打好坚实的基础。本文从Linux操作系统课程教学存在的问题及困境出发，以“新工科”视角重新审视和定位，从教学模式、教学资源、实践项目等方面探索其教学改革的新方案，为工科类课程的教学改革提供了思路，对有效提高学生的创新能力和工程实践能力，对新工科专业课程的教学具有重要的借鉴意义。