任務+項目驅動的Linux應用開發課程模式探索

李 哲，房 勝，黃 玲

（山東科技大學 計算機科學與工程學院，山東 青島 266590）

0 引言

作為最具影響力的開源操作系統，Linux已從最初的服務器領域迅速擴展到云計算/大數據、嵌入式系統、桌面系統等多個領域。盡管在桌面系統領域，Linux的市場占有率雖然與Windows系列還有一定差距，但是2018年的統計數據顯示[1]，在服務器、云計算、移動計算領域，Linux的市場占有率遙遙領先于其他平臺。

為了適應 Linux技術人才的迫切需求，提高學生的創新能力[2]和在 Linux平臺上的實踐能力，許多高校紛紛開設了與 Linux相關的課程。山東科技大學計算機類專業也相繼開設了 Linux應用開發相關的課程，其中物聯網工程專業提出以“一個平臺，一個環境，一個系統”的專業建設思路，即在Linux平臺上，針對一個特定的網絡環境，設計實現一個滿足特定用戶需求的系統。Linux應用開發是一門實踐性很強的課程，然而傳統的課堂教學形式比較單一，互動性不強，很難激發學生們的學習興趣。如何讓學生能夠帶著問題，由淺入深的、主動的學習基于 Linux操作系統的應用與開發，達到學以致用的目的，是Linux應用開發教學中急需破解的難題。

1 教學中存在的問題

從多年的教學實踐和相關文獻[3,4]的分析來看，多數同學在接觸 Linux系統之前已經習慣了Windows系統的操作和應用模式，他們對Linux操作系統有著天然的抗拒心理，很難從已經習慣的鼠標操作轉入繁瑣的命令操作。相應地，大多數同學在 Linux課程的學習上并沒有投入足夠的精力，只是單純地為了通過課程考核拿到學分而學習，所以教學效果并不理想。Linux應用開發的教學過程中主要存在以下問題。

（1）Linux系統知識點繁雜，工具命令繁多，參數復雜。傳統的課堂和實驗教學中難度較大，很難講清楚每個命令的用法，也很難獲知學生是否真正掌握學習的命令。

（2）學生眼看耳聽多，動手操作實踐少。傳統的課堂教學中通常采用 PPT講授和操作演示相結合，實驗課時很少，真正實踐的機會較少，學生很難將Linux知識學以致用。

（3）考核方式粗放，評價模糊。前期Linux應用開發課程的考核通常采用大作業的方式進行，主觀性較高，考核標準模糊，不易量化，同時抄襲現象時有發生，很難獲知學生的真實情況。

2 教學內容改革

相對于傳統的工科人才，教育部新工科建設要求面向新經濟、國家戰略、產業轉型升級需求培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[5]。在這一要求下，結合Linux應用開發課程的特點，在項目化教學[6,7]和任務驅動式教學法[8,9]基礎上，本文提出了以“任務+項目”為驅動和以實踐為導向的課程建設思路，以提高學生的 Linux系統應用和開發實踐能力為目標，對課程的教學內容、教學方法、評價考核方法進行改革，教學改革框架如圖1所示。

2.1 教學內容優化

根據新產業對學生的需求和授課對象的專業基礎不同，對 Linux應用開發課程的教學內容進行了優化。根據知識點的特點，教學內容從整體上劃分為兩個模塊：Linux命令模塊、程序開發模塊。Linux命令模塊主要包括Linux的基本設置與管理、Linux命令和Shell程序設計；程序開發模塊主要包括Linux環境、開發工具、多進程程序設計、QT編程等。

圖1 Linux應用開發課程的教學改革框架Fig.1 Teaching reform framework of linux application development course

由于本課程的授課對象既包括只有程序設計基礎能力的低年級學生，也包括已學習過操作系統原理的高年級學生，所以根據授課對象的專業基礎不同，程序開發模塊的多進程程序設計和 QT編程在授課內容上區別設置。對于低年級學生，授課內容以多進程程序設計的基本內容和 QT編程為主，Linux提供的進程間通信工具涉及較少；高年級學生恰恰相反，主要講授進程間通信工具的使用方法，與操作系統原理呼應。教學內容學時按照48學時設計，具體內容如表1所示。

2.2 任務+驅動的教學方法

傳統的 Linux教學基本都是在普通的多媒體教室采用講授的方式進行，即使可以采用實例操作演示的方式給學生展示 Linux命令的作用和參數的使用情況[3]，但是學生依然無法在這一過程中實踐操作，只能有一個感性認識，很難激發學生的深入思考教學效果不是很理想。為此，我們將 Linux應用開發課程的教學由普通的多媒體教室轉移到實驗室，給學生提供一個實踐的環境，為實現以實踐為導向的教學改革提供基礎。

在教學方法上，采用以任務驅動教學和項目驅動教學方法為主，講授和演示教學為輔的教學體系，根據教學內容的特點選擇與之相適應的教學方法。任務驅動教學方法和項目驅動教學方法有很多相同的地方，兩者都是以實踐為導向，以教師為指導或引導，突出學生的學習主體地位，使學生能夠真正掌握相關知識。在培養學生能力和具體施教方面，兩者又有所不同，其中任務驅動教學方法以基本知識點為依托設置任務，以任務為導向引導學生學習相關知識點；項目驅動教學方法更加注重學生綜合能力的培養，根據學生掌握的知識體系設置難度合理的完整項目，在完成項目過程中培養學生綜合運用所學知識解決問題的能力。因此，任務驅動教學中的任務相對簡單，與知識點結合緊密；項目驅動教學方法中的項目相對復雜，貼近于實戰，需要綜合靈活運用所學知識。

表1 Linux應用開發教學內容設計Tab.1 Linux application development teaching content design

在 Linux應用開發課程的教學過程中，對于知識點分散、側重應用實踐的Linux命令和Shell程序設計，采用任務驅動為主的教學方法，講授和演示任務涉及的主要命令和程序。對于側重開發實踐的程序設計，采用項目驅動為主的教學方法，講授和演示項目開發涉及的主要技術和工具。

下面以Linux的基本命令為例分享一個任務驅動的教學案例。Linux命令繁多，參數復雜，教學時并沒有涉及到所有命令，而是以任務為主線，老師講授并演示涉及到的主要命令，學生以講授的命令為基礎，自主學習相關命令，完成指定的任務。這里以學院的高性能計算集群為對象，設計了七個任務，學習 Linux中的系統狀態、目錄管理、文件管理、文件處理、文件比較、文件系統、網絡管理等命令。其中任務一為了解系統狀態，具體內容描述為：“學院的高性能計算集群突然變得異常慢，集群管理員小嵙同學想到了中醫的‘望聞問切’，應當先看一下系統狀態找到系統異常的原因，然后對癥下藥解決問題。于是小嵙同學打開 Terminal，噼里啪啦輸入了幾條命令，了解了當前系統的訪問用戶、系統啟動時間、進程狀態列表、系統負載和內存使用情況，經過分析之后找到了原因。若要了解以上信息，小嵙同學需要輸入哪些命令呢？請與小嵙同學一起實踐吧”。這里涉及到who、uptime、top、ps、free、vmstat等命令，學生通過上述任務的實踐能夠學習上述命令的同時，也能夠了解如何應用所學知識解決實際問題，使學生真正學會相關的 Linux命令，提高了實踐能力。

在程序開發模塊的教學中設計了一個完整的項目，以項目為主線，老師引導學生分析完成項目需要解決的若干問題，然后引導學生利用網絡資源學習相關技術來解決問題，最終搭建起一個完整的系統，對提高學生的綜合實踐能力起到了重要作用。

2.3 考核評價

隨著考核目標的轉變，勢必要建立與之相匹配的考核評價體系[11]。傳統的考核通常采用考試的方式，然而對于實踐性強的 Linux課程，考試方式很難考核學生是否真正掌握和靈活運用所學知識。有些教學案例中也提出以大作業的方式進行考核，然而主觀性較高，考核標準模糊，不易量化，同時抄襲現象時有發生，很難獲知學生的真實情況。為了突出考查學生的實踐和綜合素質，根據多年的實踐提出了一種多階段綜合考核方法，以全面考核學生的Linux系統應用能力和程序開發能力。

根據教學內容的特點不同，Linux應用開發課程的考核劃分為三階段。第一階段考核 Linux命令的應用能力，占最終成績的20%；第二階段考核Shell程序設計能力，占最終成績的20%；第三階段考核Linux系統的程序開發能力，占最終成績的 60%。前兩個階段的考核分別安排在相應內容學習之后接著進行，考核中根據學生數量設計若干個難度相當的任務，每個學生從中隨機抽取一個任務，若能完成任務則為滿分，若不能完成則根據完成率計算成績。第三階段的考核與課程設計的程序開發項目相結合，每 2-3位學生組成一個小組，以組為單位完成項目，根據項目完成率和答辯情況計算成績。

3 取得的成果

Linux應用開發課程的教學已經按照優化后的內容進行實施，有效提升了教學內容的完整性和先進性。以任務和項目為主線，以老師為引導或指導，突出學生的主體地位，激發了學生對 Linux系統的學習興趣，學習態度得到明顯改善，在日常學習和程序開發過程中主動使用 Linux系統的學生明顯增加，教學效果得到了顯著提升。

同時，Linux應用開發課程也得到了其他相關專業的認可。開設本課程的專業從起初的物聯網工程和網絡工程專業，推廣到軟件工程、信息安全、信息與計算科學、統計學等專業，逐步替代了原有的 Linux程序設計課程。這也從另一方面說明了Linux應用開發課程的改革成效。

4 結束語

綜上所述，在新工科背景下，Linux應用開發課程的教學從實際應用需求和問題出發，提出了以“任務+項目”為驅動和以實踐為導向的課程建設思路，根據學生基礎和應用需求優化教學內容，并以多階段綜合考核方法配合。通過具體的教學實踐，學生由被動學習變為主動學習，學生的 Linux系統的應用和開發實踐能力得到顯著提高。