任務(wù)+項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的Linux應(yīng)用開發(fā)課程模式探索

李 哲，房 勝，黃 玲

（山東科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590）

0 引言

作為最具影響力的開源操作系統(tǒng)，Linux已從最初的服務(wù)器領(lǐng)域迅速擴(kuò)展到云計(jì)算/大數(shù)據(jù)、嵌入式系統(tǒng)、桌面系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。盡管在桌面系統(tǒng)領(lǐng)域，Linux的市場(chǎng)占有率雖然與Windows系列還有一定差距，但是2018年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示[1]，在服務(wù)器、云計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域，Linux的市場(chǎng)占有率遙遙領(lǐng)先于其他平臺(tái)。

為了適應(yīng) Linux技術(shù)人才的迫切需求，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力[2]和在 Linux平臺(tái)上的實(shí)踐能力，許多高校紛紛開設(shè)了與 Linux相關(guān)的課程。山東科技大學(xué)計(jì)算機(jī)類專業(yè)也相繼開設(shè)了 Linux應(yīng)用開發(fā)相關(guān)的課程，其中物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)提出以“一個(gè)平臺(tái)，一個(gè)環(huán)境，一個(gè)系統(tǒng)”的專業(yè)建設(shè)思路，即在Linux平臺(tái)上，針對(duì)一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)滿足特定用戶需求的系統(tǒng)。Linux應(yīng)用開發(fā)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，然而傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式比較單一，互動(dòng)性不強(qiáng)，很難激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。如何讓學(xué)生能夠帶著問(wèn)題，由淺入深的、主動(dòng)的學(xué)習(xí)基于 Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)，達(dá)到學(xué)以致用的目的，是Linux應(yīng)用開發(fā)教學(xué)中急需破解的難題。

1 教學(xué)中存在的問(wèn)題

從多年的教學(xué)實(shí)踐和相關(guān)文獻(xiàn)[3,4]的分析來(lái)看，多數(shù)同學(xué)在接觸 Linux系統(tǒng)之前已經(jīng)習(xí)慣了Windows系統(tǒng)的操作和應(yīng)用模式，他們對(duì)Linux操作系統(tǒng)有著天然的抗拒心理，很難從已經(jīng)習(xí)慣的鼠標(biāo)操作轉(zhuǎn)入繁瑣的命令操作。相應(yīng)地，大多數(shù)同學(xué)在 Linux課程的學(xué)習(xí)上并沒(méi)有投入足夠的精力，只是單純地為了通過(guò)課程考核拿到學(xué)分而學(xué)習(xí)，所以教學(xué)效果并不理想。Linux應(yīng)用開發(fā)的教學(xué)過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題。

（1）Linux系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)繁雜，工具命令繁多，參數(shù)復(fù)雜。傳統(tǒng)的課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中難度較大，很難講清楚每個(gè)命令的用法，也很難獲知學(xué)生是否真正掌握學(xué)習(xí)的命令。

（2）學(xué)生眼看耳聽多，動(dòng)手操作實(shí)踐少。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中通常采用 PPT講授和操作演示相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)課時(shí)很少，真正實(shí)踐的機(jī)會(huì)較少，學(xué)生很難將Linux知識(shí)學(xué)以致用。

（3）考核方式粗放，評(píng)價(jià)模糊。前期Linux應(yīng)用開發(fā)課程的考核通常采用大作業(yè)的方式進(jìn)行，主觀性較高，考核標(biāo)準(zhǔn)模糊，不易量化，同時(shí)抄襲現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，很難獲知學(xué)生的真實(shí)情況。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，教育部新工科建設(shè)要求面向新經(jīng)濟(jì)、國(guó)家戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[5]。在這一要求下，結(jié)合Linux應(yīng)用開發(fā)課程的特點(diǎn)，在項(xiàng)目化教學(xué)[6,7]和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法[8,9]基礎(chǔ)上，本文提出了以“任務(wù)+項(xiàng)目”為驅(qū)動(dòng)和以實(shí)踐為導(dǎo)向的課程建設(shè)思路，以提高學(xué)生的 Linux系統(tǒng)應(yīng)用和開發(fā)實(shí)踐能力為目標(biāo)，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、評(píng)價(jià)考核方法進(jìn)行改革，教學(xué)改革框架如圖1所示。

2.1 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

根據(jù)新產(chǎn)業(yè)對(duì)學(xué)生的需求和授課對(duì)象的專業(yè)基礎(chǔ)不同，對(duì) Linux應(yīng)用開發(fā)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容從整體上劃分為兩個(gè)模塊：Linux命令模塊、程序開發(fā)模塊。Linux命令模塊主要包括Linux的基本設(shè)置與管理、Linux命令和Shell程序設(shè)計(jì)；程序開發(fā)模塊主要包括Linux環(huán)境、開發(fā)工具、多進(jìn)程程序設(shè)計(jì)、QT編程等。

圖1 Linux應(yīng)用開發(fā)課程的教學(xué)改革框架Fig.1 Teaching reform framework of linux application development course

由于本課程的授課對(duì)象既包括只有程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)能力的低年級(jí)學(xué)生，也包括已學(xué)習(xí)過(guò)操作系統(tǒng)原理的高年級(jí)學(xué)生，所以根據(jù)授課對(duì)象的專業(yè)基礎(chǔ)不同，程序開發(fā)模塊的多進(jìn)程程序設(shè)計(jì)和 QT編程在授課內(nèi)容上區(qū)別設(shè)置。對(duì)于低年級(jí)學(xué)生，授課內(nèi)容以多進(jìn)程程序設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和 QT編程為主，Linux提供的進(jìn)程間通信工具涉及較少；高年級(jí)學(xué)生恰恰相反，主要講授進(jìn)程間通信工具的使用方法，與操作系統(tǒng)原理呼應(yīng)。教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)按照48學(xué)時(shí)設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如表1所示。

2.2 任務(wù)+驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法

傳統(tǒng)的 Linux教學(xué)基本都是在普通的多媒體教室采用講授的方式進(jìn)行，即使可以采用實(shí)例操作演示的方式給學(xué)生展示 Linux命令的作用和參數(shù)的使用情況[3]，但是學(xué)生依然無(wú)法在這一過(guò)程中實(shí)踐操作，只能有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，很難激發(fā)學(xué)生的深入思考教學(xué)效果不是很理想。為此，我們將 Linux應(yīng)用開發(fā)課程的教學(xué)由普通的多媒體教室轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生提供一個(gè)實(shí)踐的環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)以實(shí)踐為導(dǎo)向的教學(xué)改革提供基礎(chǔ)。

在教學(xué)方法上，采用以任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法為主，講授和演示教學(xué)為輔的教學(xué)體系，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)選擇與之相適應(yīng)的教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法有很多相同的地方，兩者都是以實(shí)踐為導(dǎo)向，以教師為指導(dǎo)或引導(dǎo)，突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，使學(xué)生能夠真正掌握相關(guān)知識(shí)。在培養(yǎng)學(xué)生能力和具體施教方面，兩者又有所不同，其中任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法以基本知識(shí)點(diǎn)為依托設(shè)置任務(wù)，以任務(wù)為導(dǎo)向引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法更加注重學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，根據(jù)學(xué)生掌握的知識(shí)體系設(shè)置難度合理的完整項(xiàng)目，在完成項(xiàng)目過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力。因此，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)中的任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，與知識(shí)點(diǎn)結(jié)合緊密；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法中的項(xiàng)目相對(duì)復(fù)雜，貼近于實(shí)戰(zhàn)，需要綜合靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。

表1 Linux應(yīng)用開發(fā)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)Tab.1 Linux application development teaching content design

在 Linux應(yīng)用開發(fā)課程的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)分散、側(cè)重應(yīng)用實(shí)踐的Linux命令和Shell程序設(shè)計(jì)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主的教學(xué)方法，講授和演示任務(wù)涉及的主要命令和程序。對(duì)于側(cè)重開發(fā)實(shí)踐的程序設(shè)計(jì)，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為主的教學(xué)方法，講授和演示項(xiàng)目開發(fā)涉及的主要技術(shù)和工具。

下面以Linux的基本命令為例分享一個(gè)任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)案例。Linux命令繁多，參數(shù)復(fù)雜，教學(xué)時(shí)并沒(méi)有涉及到所有命令，而是以任務(wù)為主線，老師講授并演示涉及到的主要命令，學(xué)生以講授的命令為基礎(chǔ)，自主學(xué)習(xí)相關(guān)命令，完成指定的任務(wù)。這里以學(xué)院的高性能計(jì)算集群為對(duì)象，設(shè)計(jì)了七個(gè)任務(wù)，學(xué)習(xí) Linux中的系統(tǒng)狀態(tài)、目錄管理、文件管理、文件處理、文件比較、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理等命令。其中任務(wù)一為了解系統(tǒng)狀態(tài)，具體內(nèi)容描述為：“學(xué)院的高性能計(jì)算集群突然變得異常慢，集群管理員小嵙同學(xué)想到了中醫(yī)的‘望聞問(wèn)切’，應(yīng)當(dāng)先看一下系統(tǒng)狀態(tài)找到系統(tǒng)異常的原因，然后對(duì)癥下藥解決問(wèn)題。于是小嵙同學(xué)打開 Terminal，噼里啪啦輸入了幾條命令，了解了當(dāng)前系統(tǒng)的訪問(wèn)用戶、系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間、進(jìn)程狀態(tài)列表、系統(tǒng)負(fù)載和內(nèi)存使用情況，經(jīng)過(guò)分析之后找到了原因。若要了解以上信息，小嵙同學(xué)需要輸入哪些命令呢？請(qǐng)與小嵙同學(xué)一起實(shí)踐吧”。這里涉及到who、uptime、top、ps、free、vmstat等命令，學(xué)生通過(guò)上述任務(wù)的實(shí)踐能夠?qū)W習(xí)上述命令的同時(shí)，也能夠了解如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，使學(xué)生真正學(xué)會(huì)相關(guān)的 Linux命令，提高了實(shí)踐能力。

在程序開發(fā)模塊的教學(xué)中設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的項(xiàng)目，以項(xiàng)目為主線，老師引導(dǎo)學(xué)生分析完成項(xiàng)目需要解決的若干問(wèn)題，然后引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)來(lái)解決問(wèn)題，最終搭建起一個(gè)完整的系統(tǒng)，對(duì)提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力起到了重要作用。

2.3 考核評(píng)價(jià)

隨著考核目標(biāo)的轉(zhuǎn)變，勢(shì)必要建立與之相匹配的考核評(píng)價(jià)體系[11]。傳統(tǒng)的考核通常采用考試的方式，然而對(duì)于實(shí)踐性強(qiáng)的 Linux課程，考試方式很難考核學(xué)生是否真正掌握和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。有些教學(xué)案例中也提出以大作業(yè)的方式進(jìn)行考核，然而主觀性較高，考核標(biāo)準(zhǔn)模糊，不易量化，同時(shí)抄襲現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，很難獲知學(xué)生的真實(shí)情況。為了突出考查學(xué)生的實(shí)踐和綜合素質(zhì)，根據(jù)多年的實(shí)踐提出了一種多階段綜合考核方法，以全面考核學(xué)生的Linux系統(tǒng)應(yīng)用能力和程序開發(fā)能力。

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)不同，Linux應(yīng)用開發(fā)課程的考核劃分為三階段。第一階段考核 Linux命令的應(yīng)用能力，占最終成績(jī)的20%；第二階段考核Shell程序設(shè)計(jì)能力，占最終成績(jī)的20%；第三階段考核Linux系統(tǒng)的程序開發(fā)能力，占最終成績(jī)的 60%。前兩個(gè)階段的考核分別安排在相應(yīng)內(nèi)容學(xué)習(xí)之后接著進(jìn)行，考核中根據(jù)學(xué)生數(shù)量設(shè)計(jì)若干個(gè)難度相當(dāng)?shù)娜蝿?wù)，每個(gè)學(xué)生從中隨機(jī)抽取一個(gè)任務(wù)，若能完成任務(wù)則為滿分，若不能完成則根據(jù)完成率計(jì)算成績(jī)。第三階段的考核與課程設(shè)計(jì)的程序開發(fā)項(xiàng)目相結(jié)合，每 2-3位學(xué)生組成一個(gè)小組，以組為單位完成項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目完成率和答辯情況計(jì)算成績(jī)。

3 取得的成果

Linux應(yīng)用開發(fā)課程的教學(xué)已經(jīng)按照優(yōu)化后的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)施，有效提升了教學(xué)內(nèi)容的完整性和先進(jìn)性。以任務(wù)和項(xiàng)目為主線，以老師為引導(dǎo)或指導(dǎo)，突出學(xué)生的主體地位，激發(fā)了學(xué)生對(duì) Linux系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)態(tài)度得到明顯改善，在日常學(xué)習(xí)和程序開發(fā)過(guò)程中主動(dòng)使用 Linux系統(tǒng)的學(xué)生明顯增加，教學(xué)效果得到了顯著提升。

同時(shí)，Linux應(yīng)用開發(fā)課程也得到了其他相關(guān)專業(yè)的認(rèn)可。開設(shè)本課程的專業(yè)從起初的物聯(lián)網(wǎng)工程和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)，推廣到軟件工程、信息安全、信息與計(jì)算科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等專業(yè)，逐步替代了原有的 Linux程序設(shè)計(jì)課程。這也從另一方面說(shuō)明了Linux應(yīng)用開發(fā)課程的改革成效。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在新工科背景下，Linux應(yīng)用開發(fā)課程的教學(xué)從實(shí)際應(yīng)用需求和問(wèn)題出發(fā)，提出了以“任務(wù)+項(xiàng)目”為驅(qū)動(dòng)和以實(shí)踐為導(dǎo)向的課程建設(shè)思路，根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)和應(yīng)用需求優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，并以多階段綜合考核方法配合。通過(guò)具體的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)生的 Linux系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)實(shí)踐能力得到顯著提高。