基于云計(jì)算平臺的《Linux操作系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

摘 要：Linux操作系統(tǒng)課程是高校計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生一門重要的基礎(chǔ)課程。本文針對目前Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探討，提出了在云計(jì)算環(huán)境下Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索方法，目的是培養(yǎng)符合社會需要的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；Linux；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬化

中圖分類號：G642.0

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，Linux操作系統(tǒng)因其安全可靠性高、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)、開放性好等特點(diǎn)在政府、金融、電信、工業(yè)控制等很多領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，掌握Linux操作系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)已成為企、事業(yè)單位選擇人才的必要條件。因此，如何培養(yǎng)出符合社會需求應(yīng)用型和創(chuàng)新型Linux操作系統(tǒng)人才也成為高校不斷思考的主題。眾所周知，Linux是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)尤為重要，如何設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，高效的利用實(shí)驗(yàn)室資源，使學(xué)生加深對理論知識的理解，熟練掌握Linux實(shí)用技術(shù)成為人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

1 Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，很多高校在Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍面臨如下問題。

（1）傳統(tǒng)的教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式不易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以教師為主體，即每次做實(shí)驗(yàn)前，教師發(fā)布實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)要完成的目標(biāo)及實(shí)驗(yàn)時間，學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)，每人為1組，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。因?yàn)長inux操作系統(tǒng)主要是在命令行界面下操作，不像圖形界面那么友好，絕大數(shù)學(xué)生會感覺比較枯燥很難駕馭，而且實(shí)驗(yàn)過程中會遇到各種各樣需要解決的問題，一旦遇到問題不能及時解決，這部分學(xué)生很容易對實(shí)驗(yàn)失去興趣，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)沒有完成。這樣周而復(fù)始，使得學(xué)生漸漸失去了對Linux操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)的興趣，不利于學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。

（2）實(shí)驗(yàn)室資源不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。隨著高等教育的普及，招生人數(shù)不斷地增加，然而實(shí)驗(yàn)室資源是有限的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)需要在指定的時間到指定的實(shí)驗(yàn)室去做實(shí)驗(yàn)。通常情況下，由于實(shí)驗(yàn)資源有限，每門課程的學(xué)生需分3個批次，每批30人去實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，這樣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)狀是不僅周一到周五的白天和晚上滿負(fù)荷的工作，周末也被排上了實(shí)驗(yàn)。這些原因造成計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室超負(fù)荷運(yùn)行，一方面學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)在實(shí)驗(yàn)室沒有完成的實(shí)驗(yàn)，沒有機(jī)會補(bǔ)做，另一方面實(shí)驗(yàn)室管理人員不堪重負(fù)，難以有時間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)。與此同時，一些教室卻空閑，利用率不高。

（3）學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)安全無法保證。學(xué)生通常需要使用U盤、移動硬盤或通過互聯(lián)網(wǎng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)到自己的郵箱來保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此，實(shí)驗(yàn)室的電腦很容易感染病毒，而且經(jīng)常是一臺電腦感染病毒，其它電腦無一幸免。為了減少電腦病毒的感染，實(shí)驗(yàn)室管理員通常為每臺電腦裝保護(hù)卡，電腦重啟后，自動將之前用戶存儲的全部數(shù)據(jù)刪除，這種情況在實(shí)驗(yàn)過程中，容易造成學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的丟失，對于沒有完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，想抽空到實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，也沒有可能，一切都要從頭開始。

針對上述問題，結(jié)合本校正在建設(shè)的為實(shí)踐教學(xué)、科研和信息化服務(wù)的云計(jì)算平臺，提出了基于云計(jì)算平臺的Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索思路。

2 云計(jì)算平臺

云計(jì)算（Cloud Computing），就是以公開的標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為中心，向用戶提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲和其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，讓互聯(lián)網(wǎng)這片“云”成為每一個網(wǎng)民的數(shù)據(jù)中心和計(jì)算中心。用戶所需的應(yīng)用程序和軟件并不運(yùn)行在用戶的個人電腦、手機(jī)等終端設(shè)備上，而是運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上大規(guī)模的云計(jì)算提供服務(wù)器集群中，用戶所處理的數(shù)據(jù)也并不存儲在本地，而是保存在互聯(lián)網(wǎng)上云計(jì)算服務(wù)商提供的數(shù)據(jù)庫中心里。用戶只需要在任何時間、任何地點(diǎn)，用任何可以連接至互聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備訪問這些服務(wù)即可[1]。而且云計(jì)算提供了非?？煽俊⒎浅０踩臄?shù)據(jù)存儲中心，用戶只需把數(shù)據(jù)存儲到云計(jì)算平臺上，無需用移動設(shè)拷貝帶走，不用再擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩。從而可以看出，云計(jì)算平臺能很好的解決Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍面臨的實(shí)驗(yàn)室資源不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)安全無法保證兩大主要問題。

北京信息科技大學(xué)云計(jì)算平臺如圖1所示，主要為本校提供實(shí)踐教學(xué)、科研和信息化服務(wù)。

3 基于云計(jì)算平臺的Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

針對目前Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題和本校培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才的辦學(xué)定位，基于本校的云計(jì)算平臺，進(jìn)行Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革和探索，建立科學(xué)的Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，注重學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。下面從實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)考核四個方面提出了一些關(guān)于Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索思路，具體內(nèi)容如下：

（1）實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)。基于本校云計(jì)算平臺的實(shí)驗(yàn)環(huán)境采用客戶/服務(wù)器工作模式。學(xué)生實(shí)驗(yàn)中所需要的Linux操作系統(tǒng)等軟件存放在云計(jì)算平臺的服務(wù)器端（服務(wù)器端由服務(wù)器集群構(gòu)成），服務(wù)器端通過VMware vSphere虛擬化并匯總多臺服務(wù)器的基礎(chǔ)物理硬件資源，為師生提供虛擬化服務(wù)，提供大量虛擬硬件資源，如CPU、存儲器，并在虛擬硬件資源上安裝學(xué)生實(shí)驗(yàn)所需軟件[2]。學(xué)生只需一個能夠上網(wǎng)的客戶端，如筆記本電腦、手機(jī)或其它便攜設(shè)備隨時通過瀏覽器即可登錄到云計(jì)算平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不受時間、地點(diǎn)的限制，而且不用擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失或感染病毒，很好的解決了實(shí)驗(yàn)室資源受限和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)安全無法保證的問題，為Linux操作系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展提供了非常安全、可靠的軟、硬件條件。

（2）實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)直接關(guān)系到學(xué)生對Linux操作系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)主要包括以下三個方面：

1）在實(shí)驗(yàn)之前，教師提出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求，要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行預(yù)習(xí)，對遇到的問題上網(wǎng)查資料，做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備。

2）在實(shí)驗(yàn)之中，將傳統(tǒng)的“教師為主體”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)模式。具體做法是采用項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)模式[3]，將學(xué)生分為幾個小組，教師把項(xiàng)目分給各個小組，各組組長再將項(xiàng)目分解成若干個小任務(wù)分配給本組的每個同學(xué)，在項(xiàng)目具體實(shí)施過程中，每個組員不僅要完成自己的任務(wù)，還要與本組的同學(xué)進(jìn)行溝通、交流與配合，這樣的實(shí)驗(yàn)組織模式，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，不僅有效的激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，而且還有助于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和與人溝通的能力[4]。

3）在實(shí)驗(yàn)之后，教師要求學(xué)生認(rèn)真撰寫實(shí)驗(yàn)報告，并將實(shí)驗(yàn)報告電子版提交到云計(jì)算平臺。在報告中，不僅要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和呈現(xiàn)，而且要求學(xué)生把實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決辦法等實(shí)驗(yàn)心得寫在實(shí)驗(yàn)報告中，教師登錄到云計(jì)算平臺對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報告進(jìn)行批改和留存。

（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)是整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中最重要的一環(huán)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)。Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排應(yīng)遵循從易到難、由淺入深、邏輯關(guān)聯(lián)、逐層遞進(jìn)的原則，合理把握實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，并跟學(xué)生未來的工作實(shí)踐相結(jié)合，對于一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以只給出任務(wù)和要求，而不給出方法和步驟，讓學(xué)生自己獨(dú)立的思考問題、嘗試方法、這樣既可檢驗(yàn)其知識掌握程度，又可培養(yǎng)其獨(dú)立分析和解決問題的能力。根據(jù)上述分析可把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分為三個層次[5]：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。

1）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。主要是為了培養(yǎng)學(xué)生對于Linux操作系統(tǒng)的基本實(shí)驗(yàn)技能、操作規(guī)范和動手能力，增強(qiáng)實(shí)踐意識，加深對Linux操作系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的理解。例如，Linux系統(tǒng)的安裝和使用，用戶和用戶組的管理等內(nèi)容可作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)的Linux應(yīng)用技能。

2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的延伸，側(cè)重于學(xué)生分析問題、解決問題的能力，以及系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。例如，YUM和FTP服務(wù)器安裝、配置和測試等內(nèi)容可作為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題的能力和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。

3）綜合性實(shí)驗(yàn)。面向就業(yè)崗位的技術(shù)需求，側(cè)重于對學(xué)生Linux操作系統(tǒng)知識的應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、創(chuàng)造性能力等綜合能力的培養(yǎng)。因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)充分體現(xiàn)出培養(yǎng)綜合能力的項(xiàng)目設(shè)計(jì)的思想。通過項(xiàng)目將實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容貫穿起來，使得實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容成為一個有機(jī)的整體。例如，WEB和DNS服務(wù)器安裝、配置和測試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師給將項(xiàng)目需求分發(fā)給每個組長，每個小組的組長將項(xiàng)目分解成多個子任務(wù)，分配給組內(nèi)不同成員，學(xué)生們通過各種渠道查閱資料、分析問題、完成各自的子任務(wù)。在分工、協(xié)作完成項(xiàng)目的過程中，不僅讓學(xué)生獲得了實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，而且還激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和創(chuàng)新性思維。

4）實(shí)驗(yàn)考核設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實(shí)際應(yīng)用技能，而非獲取考試分?jǐn)?shù)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革必然要導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)考核方式的改革[6]。實(shí)驗(yàn)考核主要包括對實(shí)驗(yàn)完成情況和實(shí)驗(yàn)報告兩部分內(nèi)容的考核。實(shí)驗(yàn)完成情況考核從出勤、態(tài)度、實(shí)驗(yàn)完成情況和回答問題四個方面進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)報告的考核從實(shí)驗(yàn)報告的完整性和質(zhì)量兩個方面進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，實(shí)驗(yàn)成績占Linux操作系統(tǒng)課程總成績的30%。

4 結(jié)束語

本文就高校在Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行分析，從實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)考核四個方面提出了基于本校云計(jì)算平臺的Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索思路，其目的就是通過對Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新型思維，培養(yǎng)出更多符合社會需要的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才。然而，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)發(fā)展迅速，知識更新很快，Linux操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)將是一個動態(tài)的、長期的過程，需要我們繼續(xù)努力不斷加以完善。

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作者簡介：李艷平（1972-），女，內(nèi)蒙古滿洲里人，講師，碩士，研究方向：云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)。

作者單位：北京信息科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京 100101

基金項(xiàng)目：北京信息科技大學(xué)2012年度教學(xué)改革立項(xiàng)資助（項(xiàng)目編號：2012JGYB27）。