面向人工智能专业的“Linux操作系统”课程项目驱动教学探讨

李军辉

摘要：“Linux操作系统”课程是人工智能专业的一门重要专业课程，在计算机科学中有很重要的地位和作用。随着越来越多的高校开设人工智能专业，为了更好地服务该专业，文章针对人工智能技术方向，提出对“Linux操作系统”课程进行项目式教学的讨论，分别从Linux基础知识和人工智能基础应用两个方向设计课程项目内容，以提升“Linux操作系统”课程的教学质量，提高教学效果。

关键词：Linux操作系统;人工智能专业;项目驱动式教学

中图分类号：C642

1绪论

Linux是一个开源、免费的类Unix操作系统，支持多用户、多线程、多过程，其具备稳定性、安全性以及多并发性等特点，已成为使用量最多的服务器操作系统。熟练掌握和使用Linux操作系统已成为计算机类專业人员必备的技能之一。因此，从“双一流”大学到各类高职院校，我国很多高校的计算机科学技术、软件工程、网络工程等计算机相关专业，都开设Linux相关课程，要求学生对Linux操作系统有基本的认识，并能够比较熟练地应用Linux操作系统进行配置与开发。

随着近年来人工智能技术的兴起，越来越多的高校设立“人工智能专业”，同时也开设Linux相关课程。而面向人工智能的应用工具，如以TensorFlow、PyTorch为代表的深度学习框架，以及以Hadoop为代表的大规模数据处理框架等，基本上都是运行在基于Linux操作系统的集群服务器上。然而，传统的Linux操作系统课程教学模式并不能满足人工智能专业的教学需求。例如，人工智能专业的自然语言处理、计算机视觉等核心课程十分重视基于Linux平台和深度学习的程序开发，而传统的Linux课程教学内容较少涉及基于Linux的程序开发。此外，传统Linux课程的教学方式以“教师讲授+学生一般性提问”为主，存在内容单调、过程呆板等问题，容易导致学生自主性和创新性不足。为了满足人工智能技术专业的教学要求，避免学生厌倦于Linux命令和选项参数繁多等现象，如何使学生充分掌握并与其他人工智能课程（如深度学习、机器学习、自然语言处理和计算机视觉等相关课程）实际应用结合，培养学生知行合一的思维习惯，是本门课程急需解决的问题。

传统Linux教学中存在的问题，提出面向人工智能专业的项目驱动式教学。项目驱动式教学是比较成熟的教育模式之一，它通过实施一个或多个完整的项目进行教学活动，其目的是将书本上的Linux理论知识与人工智能专业的实践有机地结合起来，提高学生解决实际问题的能力。

2传统教学中存在的问题

传统的“Linux操作系统”课程教学的特点可以概括为以下几点：（1）理论性和逻辑性强，基本知识点抽象复杂;（2）教学方式比较单一，传统灌输知识模式仍普遍;（3）要求学生具备一定的编程能力和数据结构知识，对学生要求高，但学生学习兴趣低，重视不足。这往往造成学生对该课程的学习过程存在这样的现象，即一开始对该课程具有较强的兴趣，愿意和教师进行交流，但随着课程内容的不断推进，逐渐对该课程失去主动性。通过多年的教学，下面将传统“教师讲授+学生一般性提问”模式存在的问题分别进行描述：

（1）“Linux操作系统”课程学习困难。Linux操作系统本身具有理论性强和逻辑性强、抽象复杂烦琐等的特点，造成学生不易理解，难以完整、全面地掌握Linux的相关知识，更加难以灵活运用其知识点应用于相关领域，与Linux操作系统课程开设目标相悖。另外，教师通常将课本上的知识点通过PPT的方式进行讲解，但在安排课程内容缺乏逻辑性和合理性，知识混乱，让学生更加难以理解。

（2）教学内容枯燥乏味。传统的教学模式以传授课本知识为主，Linux操作系统课程理论内容本身内容复杂抽象且繁多，加上课时有限，这种情况下教师教学难度大，给教师带来压力。一味灌输课本上的知识让课堂变得枯燥乏味，很难调动课堂氛围，也很难激起学生学习兴趣，传统的教学模式并不适用于“Linux操作系统”课程。

（3）学生和教师交流少。课堂之上学生与教师的交流对调动课堂氛围具有重要的作用，课堂之后学生与教师的交流讨论对学生充分掌握知识具有重要作用。教师在教学中是主导地位，学生是主体地位。然而，在实际教学过程中，由于教师主体地位的权威性，学生与教师的交流越来越少，这种情况下，学生往往处于被动地位，被动地学习知识，是传统的线上课堂教学的弊端之一。师生关系应该不仅体现在课堂之上，也应该体现在课堂之后。新型的师生关系应该改变学生在教学中的被动地位，化被动为主动。这种主动除了学生自主学习之外，常常表现在课堂之后学生主动向教师请教和讨论问题。

（4）学生课程学习兴趣低，重视不足。有些学生由于对“Linu操作系统”课程的认识不足，当发现课程内容变得复杂时，逐渐消退学习兴趣，从而降低自己的要求，仅期望在总评中达到合格。这种心理的存在容易导致学生产生厌学、弃学的念头，从而影响学生的行为表现。高校通常是大课堂模式，学生人数多，难以管理。到了恶劣天气时，有些学生会以各种理由请假，导致出勤率下降。另外，在上课期间有些学生没有认真听讲，多会出现上课发呆、睡觉、玩手机等现象。

3基于项目式教学的改革

项目式教学法以项目为主线，在教学过程中以项目的层层推进来带动学科基础概念和理论学习，注重解决实际问题，将学习过程与实践活动相融合，项目的完成驱使学生进行有意义的知识构建;以教师为主导，学生为主体，强调学生之间的合作学习，将小组协作和独立学习相结合。

3.1教学大纲的重构

面向人工智能专业，修改传统的Linux操作系统教学大纲，在掌握Linux操作系统相应知识的基础上，新大纲以培训学生的自主能力为主，同时侧重基于Linux平台的程序开发，更好地为其他人工智能课程服务。教学环节包括课堂讲授、项目实验、课堂讨论等多个环节。按一学期17周计算，Linux操作系统共34个理论课时和17实践课时，理论课和实践课交叉进行。

需要设置合理的成绩考核，让学生意识到各部分成绩考核的重要性，才能让学生在各部分表现好，遵守课堂纪律，认真完成课程任务。教学期间，将所有学生分成若干个小组，并固定小组成员。学生必须按时参加和完成项目，不准无故缺席、早退和调换组。在项目完成过程中，要求每个小组提交实验报告。对每个项目，教师组织考核答辩，对项目组每个成员考核成绩。成绩评定标准包括如下几项，每项总分为100分：

（1）本组学生自评分，即根据项目实施过程中的表现，项目组的每位同学给组内其他同学打分，并计算每位同学获得平均分作为该项成绩。

（2）教师打分，教师根据提交的实验报告、程序代码质量、平时表现等进行打分，作为该项成绩。

（3）其他同学打分，即除本组的其他同学，根据汇报的内容，答辩的表现等进行打分，并计算平均分。学生的实验分数为20%×小组自评分+40%×教师打分+40%×其他同学打分。

除以上实验分数外，同时也组织期末考试，主要考查学生对Linux系统基础知识的掌握。学生的最终成绩为30%×期末考试成绩+70%实验分数。

3.2教学/实验内容的设计

在设计教学内容时，项目的设计和实施过程是关键，其涉及项目驱动教学如何有效促进学生认知能力和创新能力，如果在项目驱动式教学融合思政元素，也是设计教学内容时要考虑的重要问题。这里将教学/实验内容主要分为两类：基础知识相关，以及人工智能基础应用相关。

3.2.1基础知识相关教学/实验内容

Linux系统的基础知识包括5大模块，分别是：

（1） Linux系统概述与安装：知识点包括Unix和Linux操作系统的发展过程、Linux操作系统的安装和基本配置、Linux操作系统桌面环境的使用，以及Linux操作系统的远程登录。

（2）文件和磁盘管理：学习Linux文件系统的基础知识。其知识点包括Linux文件系统结构、文件相关操作、文本文件相关操作、磁盘相关操作等。

（3） Linux用户和作业管理：学习用户/用户组和用户作业的管理。其知识点包括用户和用户组的关系、文件权限管理、用户作业管理等。此外，还包括文件特殊权限的管理。

（4） Shell编程：Shell脚本是日常的Linux系统管理工作中必不可少的。其知识点包括变量的赋值及使用、字符串操作、数值计算、语法结构、控制语句和函数等。

（5）系统管理等：Linux操作系统的管理，知识点包括系统监控、服务监控，以及日志文件的查看与分析等。

以上基本知识采用项目引导式教学，设计合适的项目，使得学生在完成项目过程中，能够主动地去掌握其相关知识。在学生答辩过程中，教师再针对每个模块，详细补充各个知识点的内容。同时，为了更好地融合思政元素，重点讲授以华为OpenEuler为代表的国产操作系统，并以该操作系统为平台进行基础知识相关的教学和实验平台。

3.2.2人工智能基础相关教学/实验内容

为了更好地与人工智能专业相结合，在该课程的教学中，将考虑如下的模块：

（1）深度学习环境的配置：深度学习通过深度神经网络模型模拟人类获取知识的过程，它的基础主要是神经网络和统计方法，可以广泛用于图像识别、文字识别、声音识别以及大数据分析等领域，并取得了非常好的效果。可以说，深度学习开启了第二代人工智能。

（2） Git版本控制工具的使用：GitHub是世界上最大的软件远程仓库，是一个面向开源和私有软件项目的托管平台，使用Git做分布式版本控制。

根据以上知识点，设计合适的项目，使得学生在完成以上项目过程中，能够对深度学习有更好的认识。

4结语

针对新开设的人工智能专业，如何有效开展“Linux操作系统”课程教学与学习是一项值得研究的问题。传统的“Linux操作系统”教学存在着诸多问题，导致学生陷入死记各种操作指令，降低他们对该课程内容学习的主动性。针对这种情况，可以将项目驱动教学法应用于该课程的教学，对课程进行改革。此外，结合人工智能专业背景，设计与其相关的课程项目，提高学生的主动性。在教学周期中，不但要重视项目驱动教学法的具体实施，也要重视对教学内容的设计和更新。

作者简介：李军輝（1983— ），男，江西崇仁县人，博士，副教授，研究方向：自然语言处理。