面向人工智能專(zhuān)業(yè)的“Linux操作系統(tǒng)”課程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)探討

李軍輝

摘要：“Linux操作系統(tǒng)”課程是人工智能專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課程，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中有很重要的地位和作用。隨著越來(lái)越多的高校開(kāi)設(shè)人工智能專(zhuān)業(yè)，為了更好地服務(wù)該專(zhuān)業(yè)，文章針對(duì)人工智能技術(shù)方向，提出對(duì)“Linux操作系統(tǒng)”課程進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)的討論，分別從Linux基礎(chǔ)知識(shí)和人工智能基礎(chǔ)應(yīng)用兩個(gè)方向設(shè)計(jì)課程項(xiàng)目?jī)?nèi)容，以提升“Linux操作系統(tǒng)”課程的教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：Linux操作系統(tǒng);人工智能專(zhuān)業(yè);項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：C642

1緒論

Linux是一個(gè)開(kāi)源、免費(fèi)的類(lèi)Unix操作系統(tǒng)，支持多用戶(hù)、多線(xiàn)程、多過(guò)程，其具備穩(wěn)定性、安全性以及多并發(fā)性等特點(diǎn)，已成為使用量最多的服務(wù)器操作系統(tǒng)。熟練掌握和使用Linux操作系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)人員必備的技能之一。因此，從“雙一流”大學(xué)到各類(lèi)高職院校，我國(guó)很多高校的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)，都開(kāi)設(shè)Linux相關(guān)課程，要求學(xué)生對(duì)Linux操作系統(tǒng)有基本的認(rèn)識(shí)，并能夠比較熟練地應(yīng)用Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行配置與開(kāi)發(fā)。

隨著近年來(lái)人工智能技術(shù)的興起，越來(lái)越多的高校設(shè)立“人工智能專(zhuān)業(yè)”，同時(shí)也開(kāi)設(shè)Linux相關(guān)課程。而面向人工智能的應(yīng)用工具，如以TensorFlow、PyTorch為代表的深度學(xué)習(xí)框架，以及以Hadoop為代表的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理框架等，基本上都是運(yùn)行在基于Linux操作系統(tǒng)的集群服務(wù)器上。然而，傳統(tǒng)的Linux操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式并不能滿(mǎn)足人工智能專(zhuān)業(yè)的教學(xué)需求。例如，人工智能專(zhuān)業(yè)的自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等核心課程十分重視基于Linux平臺(tái)和深度學(xué)習(xí)的程序開(kāi)發(fā)，而傳統(tǒng)的Linux課程教學(xué)內(nèi)容較少涉及基于Linux的程序開(kāi)發(fā)。此外，傳統(tǒng)Linux課程的教學(xué)方式以“教師講授+學(xué)生一般性提問(wèn)”為主，存在內(nèi)容單調(diào)、過(guò)程呆板等問(wèn)題，容易導(dǎo)致學(xué)生自主性和創(chuàng)新性不足。為了滿(mǎn)足人工智能技術(shù)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)要求，避免學(xué)生厭倦于Linux命令和選項(xiàng)參數(shù)繁多等現(xiàn)象，如何使學(xué)生充分掌握并與其他人工智能課程（如深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等相關(guān)課程）實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生知行合一的思維習(xí)慣，是本門(mén)課程急需解決的問(wèn)題。

傳統(tǒng)Linux教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出面向人工智能專(zhuān)業(yè)的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)是比較成熟的教育模式之一，它通過(guò)實(shí)施一個(gè)或多個(gè)完整的項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，其目的是將書(shū)本上的Linux理論知識(shí)與人工智能專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的“Linux操作系統(tǒng)”課程教學(xué)的特點(diǎn)可以概括為以下幾點(diǎn)：（1）理論性和邏輯性強(qiáng)，基本知識(shí)點(diǎn)抽象復(fù)雜;（2）教學(xué)方式比較單一，傳統(tǒng)灌輸知識(shí)模式仍普遍;（3）要求學(xué)生具備一定的編程能力和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識(shí)，對(duì)學(xué)生要求高，但學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，重視不足。這往往造成學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)過(guò)程存在這樣的現(xiàn)象，即一開(kāi)始對(duì)該課程具有較強(qiáng)的興趣，愿意和教師進(jìn)行交流，但隨著課程內(nèi)容的不斷推進(jìn)，逐漸對(duì)該課程失去主動(dòng)性。通過(guò)多年的教學(xué)，下面將傳統(tǒng)“教師講授+學(xué)生一般性提問(wèn)”模式存在的問(wèn)題分別進(jìn)行描述：

（1）“Linux操作系統(tǒng)”課程學(xué)習(xí)困難。Linux操作系統(tǒng)本身具有理論性強(qiáng)和邏輯性強(qiáng)、抽象復(fù)雜煩瑣等的特點(diǎn)，造成學(xué)生不易理解，難以完整、全面地掌握Linux的相關(guān)知識(shí)，更加難以靈活運(yùn)用其知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域，與Linux操作系統(tǒng)課程開(kāi)設(shè)目標(biāo)相悖。另外，教師通常將課本上的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)PPT的方式進(jìn)行講解，但在安排課程內(nèi)容缺乏邏輯性和合理性，知識(shí)混亂，讓學(xué)生更加難以理解。

（2）教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以傳授課本知識(shí)為主，Linux操作系統(tǒng)課程理論內(nèi)容本身內(nèi)容復(fù)雜抽象且繁多，加上課時(shí)有限，這種情況下教師教學(xué)難度大，給教師帶來(lái)壓力。一味灌輸課本上的知識(shí)讓課堂變得枯燥乏味，很難調(diào)動(dòng)課堂氛圍，也很難激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，傳統(tǒng)的教學(xué)模式并不適用于“Linux操作系統(tǒng)”課程。

（3）學(xué)生和教師交流少。課堂之上學(xué)生與教師的交流對(duì)調(diào)動(dòng)課堂氛圍具有重要的作用，課堂之后學(xué)生與教師的交流討論對(duì)學(xué)生充分掌握知識(shí)具有重要作用。教師在教學(xué)中是主導(dǎo)地位，學(xué)生是主體地位。然而，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，由于教師主體地位的權(quán)威性，學(xué)生與教師的交流越來(lái)越少，這種情況下，學(xué)生往往處于被動(dòng)地位，被動(dòng)地學(xué)習(xí)知識(shí)，是傳統(tǒng)的線(xiàn)上課堂教學(xué)的弊端之一。師生關(guān)系應(yīng)該不僅體現(xiàn)在課堂之上，也應(yīng)該體現(xiàn)在課堂之后。新型的師生關(guān)系應(yīng)該改變學(xué)生在教學(xué)中的被動(dòng)地位，化被動(dòng)為主動(dòng)。這種主動(dòng)除了學(xué)生自主學(xué)習(xí)之外，常常表現(xiàn)在課堂之后學(xué)生主動(dòng)向教師請(qǐng)教和討論問(wèn)題。

（4）學(xué)生課程學(xué)習(xí)興趣低，重視不足。有些學(xué)生由于對(duì)“Linu操作系統(tǒng)”課程的認(rèn)識(shí)不足，當(dāng)發(fā)現(xiàn)課程內(nèi)容變得復(fù)雜時(shí)，逐漸消退學(xué)習(xí)興趣，從而降低自己的要求，僅期望在總評(píng)中達(dá)到合格。這種心理的存在容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)、棄學(xué)的念頭，從而影響學(xué)生的行為表現(xiàn)。高校通常是大課堂模式，學(xué)生人數(shù)多，難以管理。到了惡劣天氣時(shí)，有些學(xué)生會(huì)以各種理由請(qǐng)假，導(dǎo)致出勤率下降。另外，在上課期間有些學(xué)生沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)講，多會(huì)出現(xiàn)上課發(fā)呆、睡覺(jué)、玩手機(jī)等現(xiàn)象。

3基于項(xiàng)目式教學(xué)的改革

項(xiàng)目式教學(xué)法以項(xiàng)目為主線(xiàn)，在教學(xué)過(guò)程中以項(xiàng)目的層層推進(jìn)來(lái)帶動(dòng)學(xué)科基礎(chǔ)概念和理論學(xué)習(xí)，注重解決實(shí)際問(wèn)題，將學(xué)習(xí)過(guò)程與實(shí)踐活動(dòng)相融合，項(xiàng)目的完成驅(qū)使學(xué)生進(jìn)行有意義的知識(shí)構(gòu)建;以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)學(xué)生之間的合作學(xué)習(xí)，將小組協(xié)作和獨(dú)立學(xué)習(xí)相結(jié)合。

3.1教學(xué)大綱的重構(gòu)

面向人工智能專(zhuān)業(yè)，修改傳統(tǒng)的Linux操作系統(tǒng)教學(xué)大綱，在掌握Linux操作系統(tǒng)相應(yīng)知識(shí)的基礎(chǔ)上，新大綱以培訓(xùn)學(xué)生的自主能力為主，同時(shí)側(cè)重基于Linux平臺(tái)的程序開(kāi)發(fā)，更好地為其他人工智能課程服務(wù)。教學(xué)環(huán)節(jié)包括課堂講授、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)、課堂討論等多個(gè)環(huán)節(jié)。按一學(xué)期17周計(jì)算，Linux操作系統(tǒng)共34個(gè)理論課時(shí)和17實(shí)踐課時(shí)，理論課和實(shí)踐課交叉進(jìn)行。

需要設(shè)置合理的成績(jī)考核，讓學(xué)生意識(shí)到各部分成績(jī)考核的重要性，才能讓學(xué)生在各部分表現(xiàn)好，遵守課堂紀(jì)律，認(rèn)真完成課程任務(wù)。教學(xué)期間，將所有學(xué)生分成若干個(gè)小組，并固定小組成員。學(xué)生必須按時(shí)參加和完成項(xiàng)目，不準(zhǔn)無(wú)故缺席、早退和調(diào)換組。在項(xiàng)目完成過(guò)程中，要求每個(gè)小組提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對(duì)每個(gè)項(xiàng)目，教師組織考核答辯，對(duì)項(xiàng)目組每個(gè)成員考核成績(jī)。成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)包括如下幾項(xiàng)，每項(xiàng)總分為100分：

（1）本組學(xué)生自評(píng)分，即根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的表現(xiàn)，項(xiàng)目組的每位同學(xué)給組內(nèi)其他同學(xué)打分，并計(jì)算每位同學(xué)獲得平均分作為該項(xiàng)成績(jī)。

（2）教師打分，教師根據(jù)提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、程序代碼質(zhì)量、平時(shí)表現(xiàn)等進(jìn)行打分，作為該項(xiàng)成績(jī)。

（3）其他同學(xué)打分，即除本組的其他同學(xué)，根據(jù)匯報(bào)的內(nèi)容，答辯的表現(xiàn)等進(jìn)行打分，并計(jì)算平均分。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)為20%×小組自評(píng)分+40%×教師打分+40%×其他同學(xué)打分。

除以上實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)外，同時(shí)也組織期末考試，主要考查學(xué)生對(duì)Linux系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。學(xué)生的最終成績(jī)?yōu)?0%×期末考試成績(jī)+70%實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)。

3.2教學(xué)/實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程是關(guān)鍵，其涉及項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)如何有效促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知能力和創(chuàng)新能力，如果在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)融合思政元素，也是設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容時(shí)要考慮的重要問(wèn)題。這里將教學(xué)/實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要分為兩類(lèi)：基礎(chǔ)知識(shí)相關(guān)，以及人工智能基礎(chǔ)應(yīng)用相關(guān)。

3.2.1基礎(chǔ)知識(shí)相關(guān)教學(xué)/實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

Linux系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)包括5大模塊，分別是：

（1） Linux系統(tǒng)概述與安裝：知識(shí)點(diǎn)包括Unix和Linux操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程、Linux操作系統(tǒng)的安裝和基本配置、Linux操作系統(tǒng)桌面環(huán)境的使用，以及Linux操作系統(tǒng)的遠(yuǎn)程登錄。

（2）文件和磁盤(pán)管理：學(xué)習(xí)Linux文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)。其知識(shí)點(diǎn)包括Linux文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、文件相關(guān)操作、文本文件相關(guān)操作、磁盤(pán)相關(guān)操作等。

（3） Linux用戶(hù)和作業(yè)管理：學(xué)習(xí)用戶(hù)/用戶(hù)組和用戶(hù)作業(yè)的管理。其知識(shí)點(diǎn)包括用戶(hù)和用戶(hù)組的關(guān)系、文件權(quán)限管理、用戶(hù)作業(yè)管理等。此外，還包括文件特殊權(quán)限的管理。

（4） Shell編程：Shell腳本是日常的Linux系統(tǒng)管理工作中必不可少的。其知識(shí)點(diǎn)包括變量的賦值及使用、字符串操作、數(shù)值計(jì)算、語(yǔ)法結(jié)構(gòu)、控制語(yǔ)句和函數(shù)等。

（5）系統(tǒng)管理等：Linux操作系統(tǒng)的管理，知識(shí)點(diǎn)包括系統(tǒng)監(jiān)控、服務(wù)監(jiān)控，以及日志文件的查看與分析等。

以上基本知識(shí)采用項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)，設(shè)計(jì)合適的項(xiàng)目，使得學(xué)生在完成項(xiàng)目過(guò)程中，能夠主動(dòng)地去掌握其相關(guān)知識(shí)。在學(xué)生答辯過(guò)程中，教師再針對(duì)每個(gè)模塊，詳細(xì)補(bǔ)充各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容。同時(shí)，為了更好地融合思政元素，重點(diǎn)講授以華為OpenEuler為代表的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)，并以該操作系統(tǒng)為平臺(tái)進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)相關(guān)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3.2.2人工智能基礎(chǔ)相關(guān)教學(xué)/實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

為了更好地與人工智能專(zhuān)業(yè)相結(jié)合，在該課程的教學(xué)中，將考慮如下的模塊：

（1）深度學(xué)習(xí)環(huán)境的配置：深度學(xué)習(xí)通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬人類(lèi)獲取知識(shí)的過(guò)程，它的基礎(chǔ)主要是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計(jì)方法，可以廣泛用于圖像識(shí)別、文字識(shí)別、聲音識(shí)別以及大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，并取得了非常好的效果?？梢哉f(shuō)，深度學(xué)習(xí)開(kāi)啟了第二代人工智能。

（2） Git版本控制工具的使用：GitHub是世界上最大的軟件遠(yuǎn)程倉(cāng)庫(kù)，是一個(gè)面向開(kāi)源和私有軟件項(xiàng)目的托管平臺(tái)，使用Git做分布式版本控制。

根據(jù)以上知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的項(xiàng)目，使得學(xué)生在完成以上項(xiàng)目過(guò)程中，能夠?qū)ι疃葘W(xué)習(xí)有更好的認(rèn)識(shí)。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)新開(kāi)設(shè)的人工智能專(zhuān)業(yè)，如何有效開(kāi)展“Linux操作系統(tǒng)”課程教學(xué)與學(xué)習(xí)是一項(xiàng)值得研究的問(wèn)題。傳統(tǒng)的“Linux操作系統(tǒng)”教學(xué)存在著諸多問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生陷入死記各種操作指令，降低他們對(duì)該課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。針對(duì)這種情況，可以將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法應(yīng)用于該課程的教學(xué)，對(duì)課程進(jìn)行改革。此外，結(jié)合人工智能專(zhuān)業(yè)背景，設(shè)計(jì)與其相關(guān)的課程項(xiàng)目，提高學(xué)生的主動(dòng)性。在教學(xué)周期中，不但要重視項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的具體實(shí)施，也要重視對(duì)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和更新。

作者簡(jiǎn)介：李軍輝（1983— ），男，江西崇仁縣人，博士，副教授，研究方向：自然語(yǔ)言處理。