新工科背景下Linux操作系統課程教學改革

黃孝

摘要：“金課”標準要求課程教學從“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變。以《Linux操作系統》課程為例探究在新工科工程教育理念指導下的項目式教學實踐，提出依托項目引領的線上線下混合式教學模式，并應用于Linux課程教學。提高學生解決問題的綜合能力，增強學生學習主動性、溝通協作能力。

關鍵詞：Linux操作系統;混合式教學;翻轉課堂;教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）15-0166-03

大數據、云計算、物聯網及人工智能等新技術的發展推動了新一輪科技革命與產業變革，正在催生新的產業，給創新發展帶來新機會，同時也對培養能夠適應經濟轉型的卓越工程科技人才提出了新要求、新挑戰。教育部積極推進“新工科”建設，明確新工科的人才培養定位，關注學生是否具備主動獲取知識的能力、終身學習的能力、批判思維能力，正如理查德·萊文所說：無須傳授知識和技能，其亦可勝任任何學科和職業。新工科背景下的課程建設既強調理論知識的傳授，更要注重工程教育、創新教育的交叉融合[1]，課程內容與實踐的結合，增強數字化思維、計算思維的培育。

Linux操作系統以其穩定、安全 開源、高效及可自由裁剪內核的特點，在從服務器到物聯網嵌入式設備的廣闊市場中占據優勢地位，大數據與云計算技術的發展會進一步強化這種優勢，市場對Linux系統的管理與維護人員需求與日俱增。不少高校都已經開設有Linux操作系統的課程，而且成了計算機科學與技術、數據科學與技術及網絡工程等相關專業的核心課程。結合地方應用型高校的定位，我們在新工科工程教育理念的指導下就Linux操作系統課程開展項目式教學、混合式教學進行了探索與改革。

1 課程面臨的挑戰

1.1 學生學習興趣易消退

學生在學習Linux操作系統課程之前，主要接觸Windows操作系統，大部分同學已習慣使用圖形界面操控計算機。課程開始時，會感覺Linux命令繁多，不易記憶[2]。而Linux系統因為應用的廣泛性，存在眾多的發行版本，不同發行版本的Linux系統軟件包管理的方式甚至還差別不小。而且完成同一目的可以有多種解決方案，當學生遇到問題去查找資料時，可能會進一步加大學習的困惑，因此剛開始學習時不易體會到Linux系統的優點，很快學習的熱情就會消退。

1.2 傳統授課方式教學效果較差

Linux操作系統的內容涵蓋面廣，涉及的基礎知識點多，初始學習曲線比較陡峭。雖然許多學校開設了Linux課程，但組織教學過程還是以傳統課堂教學模式展開為主，以教師為中心，重理論，輕實踐，教學過程側重命令功能的詳細介紹，忽視命令操作的演示及實際應用介紹，學生被動接受知識的灌輸，聽得多，操作少，不清楚如何組合使用學習的命令解決實際問題，獲得感不強。

1.3 教材內容與課程培養目標難一致

目前市場上有關Linux操作系統的圖書或教材數量眾多，有些介紹系統安裝與服務器管理，有些講述編程開發，還有些通過分析內核源代碼來說明操作系統開發與實現的過程。教材內容選取和編排重點也各有不同，有的包含知識點多，介紹詳細，厚達上千頁，也有的介紹Linux操作系統蜻蜓點水、淺嘗即止。由于不同專業的人才培養目標存在差異，直接套用所選教材的編排體系進行教學難以滿足實際需要，必須對教材各章節內容按照專業方向進行取舍、補充和優化，梳理出適合本專業教學的課程知識體系。1

2 混合式教學模式構建

針對目前教學中存在的問題，我們基于“以學生為中心、目標導向”的工科教育新理念，立足學生掌握Linux典型服務器配置為課程目標，設計具有生產背景的教學案例作為學生學習的小項目，借用虛擬機實驗環境，采用混合式教學模式，變革課程教學流程，以項目驅動課程教學，培養學生的實踐能力和應用創新能力，真正做到學有所用，學以致用。

得益于云計算技術的發展，混合式教學模式在教學中的應用日益廣泛。混合式學習將傳統課堂教學的優勢和數字化、網絡學習的優勢相結合，是真實的課堂教學與虛擬的網絡學習的混合，是師生之間線上與線下交流的混合[3]。既能發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，同時學生是學習過程的主體，其學習的積極性、主動性與創造性能得到充分體現[4]。在Linux操作系統的教學中，基于學習通進行了“PBL+翻轉課堂”的混合式教學模式的嘗試[5]。具體實施過程如圖所示：

2.1 課程內容優化

首先重構課程內容，在48課時的有限時間內講完Linux操作系統涉及的所有內容是不可能的。課程教學的目標是讓學生利用Linux命令實現網絡服務器的架設及系統管理，根據我校地方應用型高校人才培養目標，將課程內容按照由淺到深、由易到難、由簡到繁分層展開，圍繞典型的Linux服務器搭建這一目標將課程內容劃分為：Linux系統基礎、Linux系統管理和服務器配置等三個部分。對不同的知識模塊設計相應的情景單元，各單元項目之間前后銜接，內容契合實際應用背景，學生在課程學習中通過逐步解決實際問題來了解和熟悉Linux。比如FTP文件服務器搭建或Apache Web服務器搭建這樣的項目能夠涵蓋Linux操作系統的眾多知識模塊：系統安裝、用戶管理、文件系統管理、軟件管理、進程管理及訪問控制。以服務器配置為目標導向，組合分解到每個前序知識中，通過目標細化，將Linux分散的知識點串連了起來，讓學生知道學什么、怎么學 、學了有哪些收獲。下表顯示了FTP服務器的搭建過程中可細化的知識點。

2.2 教學過程實施

Linux操作系統課程的教學設計借鑒“翻轉課堂”理念[6]，分解為課前自學、課堂集中教學與討論及課后總結與實踐等三個部分。該設計依據PBL教學理念，以項目為依托、以學生為中心、教師為主導，課程教學基于VMware虛擬機軟件和“超星學習通”平臺展開。根據學生人手一臺筆記本電腦的實際情況，要求學生在自己電腦安裝VMware的虛擬機管理軟件，通過VMware提供的虛擬實驗環境進行實踐學習。學習通平臺支持文字、圖片、影音、直播等多種媒體，消息、問卷、測驗及評分等社交功能可供師生溝通、答疑及個性化指導，分組協作、主題討論為資源共享及心得分享提供了技術支持。Linux/Unix的重要哲學思想之一是一個工具只做一件事，并做好這件事，因此各模塊容易劃分為多個相對獨立的小項目，方便進行翻轉課堂學習。

課前教師給學生發布學習任務，分享微視頻或技術文檔，提供簡單的自測練習，為學生的自學提供支持與幫助，學生自學時可以通過討論組與老師或其他同學進行交流，老師可以根據平臺提供的學情統計了解學生學習的難點和討論的重點，分析出現問題的原因是概念不清、原理不懂還是操作方法未掌握等。

課堂集中學習階段，教師根據學生自學階段的情況確定本次集中授課首先是理論講解還是操作演示。教師可以將自學階段討論的結果分析直接投屏，針對學生獨立解決比較困難或大家都有疑惑的知識點和同學們交流，對這部分內容進一步詳解、細講，學生可以通過平臺的討論功能提出問題或分享心得，教師也可以即時發布測驗題讓學生搶答來活動氣氛，學生學習的興趣和參與感顯著增強。對重點內容可以設計小項目，讓學生按照小組圍繞本次項目展開協作學習，解決問題的過程中學生可以將他們的解決方案或實踐發布到討論組，教師對解決起來比較困難的小組也可以給予個性化指導，教師最后可以針對各組學習情況進行評價，選擇較好的解答投屏，組織學生投票選出優秀的小組，鼓勵被選出的小組以直播的形式展示成果或分享自己解決問題的思路、觀點，加強學生分析問題的能力、溝通協作能力及語言表達能力。

課后總結階段教師針對課前、課中教學環節出現的問題，平臺統計的學情信息總結經驗并調整教學策略，根據出現的問題設計有針對性的測驗題或測評題讓學生解答，鞏固學習效果。依據授課進度安排實驗項目分組練習，要求學生提交項目報告，在實驗項目設計上考慮學生當前的知識掌握情況，難易適當，保證大部分同學能夠完成實驗要求，以盡可能準確了解學生學習狀態。

2.3 教學效果評價

在效果評價上建立動態、多維度評價體系。傳統課堂教學對應的考核方式主要依賴于期末的筆試，對于實踐性強的課程，紙質理論考試的評價方式不能準確反映學生對課程知識體系的理解掌握情況，學生靠臨時突擊背誦，考完就會忘掉。教師在教學過程中也不易把握學生對知識的掌握情況，以便動態調整教學進度與教學方式，補充教學材料。我們根據課程實際需要將課程考核劃分為三大部分：平時成績、作業報告成績和期末考核成績。提高平時成績的占比，將學生課前自學表現、課中討論參與度及課后測驗均納入平時成績的評價，構建在課前學生知道要學什么，課堂集中學習讓學生了解要怎么學，課后作業的完成反映學得怎么樣的動態評價體系，真正實現“以評促學、以評促用、以評促教、以評促改”。

3 結束語

本文介紹了我們在Linux操作系統課程教學中實踐混合式教學模式的一些探索。通過線上線下互動、課內課外融合、資源共享、全程可控的混合教學模式構建，貫徹“學生中心、產出導向、持續改進”的工程教育新理念，著力提升學生解決實際問題的能力。學習通平臺能夠實現學生學習過程個性化，有效解決課程內容多與學時不夠的矛盾，學生有更多機會參與教學過程，增強了課堂上師生互動，激發了學生的學習熱情，學生變得愛問問題，愿意主動思考，積極參與討論與實踐。學生的自主學習能力、溝通協調能力和學習效果均得到了明顯的改善和提升。當然，在實踐的過程中有些問題仍有待進一步解決，比如實驗項目需優化設計，加強與生產實際環境的吻合度;使用高質量的測評選擇題、教學討論主題等。

參考文獻：

[1] 馮亞青，楊光.理工融合：新工科教育改革的新探索[J]. 中國大學教學，2017（ 9） ：16-20.

[2] 阮曉龍，許成剛，孫高強.新工科理念下Linux操作系統課程體系思考與探索[J].計算機教育，2018（11）：61-64.

[3] 章其亮，王愛春.基于“翻轉課堂”的新型混合式教學模式研究[J].現代教育信息，2014，24 （4）：27-32.

[4] 吳淑泉.高校“Linux操作系統”課程教學研究與探索[J].教育理論與實踐，2017，37 （33） ：57-58.

[5] 張其亮，陳永生.翻轉課堂在操作系統實驗教學中的應用研究[J].實驗技術與管理， 2014，31 （12） ：173-176.

[6] 王鶄，楊倬.基于云課堂的混合式教學模式設計----以華師云課堂為例[J].中國電化教育，2017，363（4）：85-89+102.

【通聯編輯：王力】