Linux操作系统实验课程在软件工程中的教学实践

摘要：阐述Linux课程教学中的问题及原因，教学设计的应对措施，包括教学方式和角色重构、课程教学的开展形式、课堂讲授形式设计、线上教学平台构建、学生考核方式设计。

关键词：软件工程，Linux，系统运维，系统程序开发，实验教学。

0引言

Linux作为一种类Unix系统，拥有优秀的可靠性和稳定性，广泛用于高新能计算平台、互联网设施、嵌入式设备以及移动终端，贯穿整个软件开发行业。这就要求软件工程本科生通过对Linux课程的学习，掌握Linux系统的安全管理、系统运维和Linux系统应用开发等全方位实践能力。目前，由于软件工程专业跟随行业需求，全新课程的不断引入，导致Linux操作系统课程的课时量进一步被压缩，在有限的课时内保证教学要求达标，成为全新的挑战，传统依靠师资水平分班平行教学的模式已经很难在效率和质量方面双重突破。本文通过对Linux操作系统的课程特点、教学工具、师资条件等方面全方位进行分析，重新优化设计了教学模式，取得了突破。

1Linux课程教学中的问题及原因

教学课时安排困难。近年来分布式云计算、大数据、人工智能、移动边缘计算等新兴产业不断发展，软件行业对于软件人才的要求不断提高，软件工程专业追随行业需求，必须引入更多的新兴专业课程，保证学生知识及应用技能与行业发展同步，由于软件工程专业培养方案总的学时数很难突破，只能对传统专业基础课程课时进行压缩。Linux操作系统课程教学内容庞大且琐碎，理论部分涉及操作系统原理、内存、用户、文件系统、信号、进程、线程、进程间通信、网络通信等，实践内容更是贯穿课程教学全过程，在有限的16周32学时中，按照传统对课时进行理论和实践比例划分的模式已不能解决问题。

教师教学效果差异和折扣。传统教学模式，多位教师针对同一门课程不同教学班平行开展教学，每个教学班由一位老师负责全部教学过程。然而，不同教师的经验、能力、课程熟悉程度、教学法的熟练程度以及备课充分程度均有差异，这直接导致了教师教学输出的差异，教学效果的一致度受到较大影响，同时，由于多种随机因素的影响，一位教师很难在持续的教学活动中，每一节课都能达到最优状态。教师教学输出效果的折扣也一定程度影响到了学生的学习状态。

学生自主学习效果差。Linux操作系统知识点既相对独立又相互关联，理论知识的理解需要试验环节的案例验证，技能的融会贯通又需要理论知识灵活迁移应用。对于抽象的知识点，学生很难通过阅读教材充分理解。大量琐碎的实践训练枯燥乏味，学生很难基于兴趣和自我管理来保持持续的自主学习强度。教师课堂大量而持续教学输出与学生自主学习脱节，加大了知识难点理解和掌握的难度，也让学生产生了畏难情绪。对于作业和实践训练，也仅限于机械模仿和机械记忆，没有达到技能掌握真正效果。

平时训练的考核及效果反馈较少。Linux操作系统知识技能点庞杂，受限于生师比以及教师个人精力等客观因素，作业训练量无法达到标准要求，传统依靠客观题目的考核系统虽然可以实现基本知识点掌握的检查，但不能反映学生实践技能的掌握情况，这在一定程度上将学生导向到应试学习的方式上，违背了教学目的初衷。学生对于前序课程掌握程度无法准确反馈给任课教师，课程教学没有针对性设计，同样导致教学效果出现折扣。

2教学设计的应对措施

针对目前Linux操作系统课程存在的普遍问题，为了在有限的教学课时内充分挖掘教师潜力，持续高水平实施课程教学，从知识体系和技能体系两个维度综合设计，提出全面改革措施。

(1)教师教学方式和角色重构。课程组及分工如图1所示。为了提高课堂教学质量，发挥每一位教师的课堂讲授的最高水平，重构教师组织模式，打破传统以学院教研室为单位组织形式，将院内所有从事Linux操作系统课程教学的教师合在一起，组成Linux课程教学研究课程组，将教学模式与教学资源建设过程全部解构，课程组组长由该课程最高教学水平的教师承担，负责统筹课程建设和教学管理，首先，打破单一教师不同平行班教学全过程通讲模式，将Linux操作系统按照知识结构划分多个模块，然后，由课程组内所有老师认领其中一块或者多块，开展知识技能专题内部的资源建设、教学模式设计以及专题讲授，每一份资源建设和教学方案设计均由课程组集中开会讨论和评价，首年，为课程建设年，后续教学年为资源迭代更新年。这种模式的优势在于，缩小了教师参与课程教学的知识技能范围，保证教师有足够的时间精力专注于模块内的教学模式设计创新，在目前科研与教学工作并重的当下，提高了教师的专注度，以及科研和教学时间分配的灵活度，该方式从教学人员组织结构上提高了课程教学的质量和效率。

(2)课程教学开展形式重构。线上线下混合教学模式如图2所示。传统课程教学存在两种体系，一种以知识体系为导向的教学偏重理论，另一种以实践体系为导向的教学偏重技能，Linux操作系统是一门理论与实践并重的课程，将知识体系与实践体系教学相融合是课程改革的关键，本文采用线上线下混合式教学的方式整合以上两种体系。线上教学以知识体系为主导，以知识树为结构组织线上教学资源，每个知识点对应一段讲解短视频，配套一组案例和习题，同类型知识点构成小结，知识小结按照继承结构构成章节，以此类推最终形成包含全部知识体系的线上电子知识字典。每个知识块的内容均由一位教师专题负责建设和更新。线下课堂教学以实践体系为主导，通过综合实践案例的设计和实现过程训练学生的动手操作能力。综合实践案例设计来源于生产实践，由知识模块负责教师主导设计，课程组讨论审核，实践案例内容包括需求分析、概要设计、详细设计、实施参考案例、知识点列表、技能点列表、方法列表、步骤流程，通过教师的详细讲解，使学生理解和掌握案例实现的全部方法和知识要素，通过课后时间自主实现。实现知识学习与操作实践的整合，重点锻炼学生将知识从知识仓库中检索取出，并准确灵活运用到实践当中解决实际问题的能力。

图2线上线下混合教学模式示意图

(3)课堂讲授形式设计。课堂讲授采用教师团队协作同步直播教学，多个平行班同步进行，学生上课地点为微机室，学生通过计算机收看直播教学视频，教师团队分为直播主讲人和课堂答疑教师，主讲教师为负责专题模块的教师，课堂答疑教师为课程组其他教师，课堂进程通用模板如图3所示，每次授课以教学专题形式开展，专题以知识的综合应用训练为核心开展设计，将课堂进程分为5个小块。①回顾上一个专题内容，重点回顾运用了哪些知识点、方法、技巧和实施过程解决了一个什么样的综合应用问题，对于完成优秀的同学榜单进行公布和表扬，对完成效果最好的综合案例进行点评。②引入本次专题应用案例，简介应用背景、目标，进行需求分析，对所需知识点进行列表。③重、难点知识理论讲解，知识点选择学生线上学习作业和训练错题统计反馈得出的共性难点问题，设计与线上视屏有区别的另一种讲述方式，帮助学生从另一个角度理解知识难点。④随堂答疑，随堂教师针对教学班内上一次综合案例完成较差部分的共性问题进行讲解，给出建议的学习方法，同时对本堂课程中学生的疑问进行回答。⑤回到本专题应用案例，对案例的知识列表、方法列表、技巧、实现过程步骤详细阐述，使同学们在教师的带领下完成综合实验的详细设计过程，课下完成综合实验的实现部分并提交到线上，与同学和教师进行交流。

(4)线上教学平台构建。线上教学平台是教学改革的重要教学工具，承担传统以知识体系为主导的课堂教学、作业训练、评测反馈功能。首先，构建与经典主流教材结构对应的树状教学视屏体系，教学视频以单一知识点讲解的微视频为主，通过多级索引目录，帮助学生快速精确定位检索具体的知识点，提高学生自主学习的灵活性。其次，构建全面的作业训练体系，对于纯理论知识采用传统客观题训练形式。对于命令行操作采用虚拟操作模式，学生通过理解操作目的文字描述，在对应文本框输入的命令行字符串进行模拟操作，系统后台对输入的命令行进行对错判断与答案提示。对于简单功能的命令脚本和编程短代码则采用后台编译判别模式给出评价。种类丰富的题型以及大量的作业训练帮助学生无死角的掌握知识点。自动判题系统，大幅度减轻教师工作量，使教师将精力投入教学过程设计和教学资源的迭代更新上，自动判题后的结果被系统自动统计后以数据可视化方式反馈给教师端，帮助课程组了解学生线上学习遇到的共性难点，在线下课堂教学中予以针对性教学。对于综合实验训练，设计博客页面展示方式，每个同学将自己的实验实现以图文页面方式提交展示在线上平台，提供师生交流评价。

(5)学生考核方式设计。线上线下混合教学的考核机制设计，是教学效果的重要保障，考核过程应贯穿整个教学过程，打破学生应试性学习方式，对学生学习的全过程都能起到监督和激励的作用。本文设计考核分布如图4所示。①视频学习和作业训练，贯穿知识学习的全过程，由线上学习的视频观看率、课后作业训练平均分、单元测验平均分，经过系统综合评判得出，占考核总评30%。

②综合实验，贯穿技能训练的全过程，学生将每个学习专题中的综合实验实现过程上传到线上平台，师生复合打分评价，全部综合实验的平均分由系统统计计算，占考核总评40%。③期末综合能力考评，分为理论和实践考核两部分，理论考核从平时单元测验题库随机抽取生成少量题目生成理论考核测试，学生在机房集中线上作答，系统判分，实践考核部分将学生做过的综合实验，随机抽取其中一个，进行现场复现，教师现场判分，理论成绩40%，实践成绩60%，综合计算后的得分占考核总评25%。④奖励积分，属于学习激励分，学生线上学习单元测验满分或排名第一积1分，上限10分，学生综合实验完成获得评优一次积1分，上限10分，平时测验和综合实验获得积分上限15分，占考核总评15%。⑤惩罚分，对于无故旷课、不完成线上学习以及不交综合实验的情况，每出现一次，考核总评扣1分，累计上限15分，累计10分者课程警告，累计15分者，失去参加期末综合能力考评资格。

3结语

Linux操作系统课程学习效果受教师教学输出与学生自主学习两方面影响。要想实现教学目标效果，就必须综合设计教与学的全过程。既强调教师侧理论联系实际综合应用的教法措施，又强调学生自主学习自主思维的重要性。本文教改措施通过多个维度综合设计，保障了教学的高效性，也提高了学生知识技能学习的全面性。通过一年的应用实施，取得了明显的效果，为Linux操作系统课程在软件工程专业的教学应用，提供可一种高效实用的方式。

参考文献

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