摘要：分析目前Linux相關(guān)課程教學(xué)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，并在對國內(nèi)外大學(xué)的Linux相關(guān)課程教學(xué)情況進(jìn)行分析比較的基礎(chǔ)上，提出“普通高校Linux課程群”建設(shè)目標(biāo)和思路，并詳細(xì)介紹了湖北民族學(xué)院在Linux課程群建設(shè)的實(shí)踐情況和取得的效果。
　　關(guān)鍵詞：Linux；操作系統(tǒng)原理；嵌入式系統(tǒng)；課程群建設(shè)
　　
　　Linux作為一款開源操作系統(tǒng)已經(jīng)成為IT界的主要平臺之一。為了使計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)更加符合市場需求，從2005年開始，我國高校逐步開設(shè)了Linux類課程[1-3]。在課程開設(shè)之初，以介紹Linux操作系統(tǒng)的管理和使用為主，如Linux操作命令、Linux用戶管理、Linux網(wǎng)絡(luò)管理等。隨著課程建設(shè)的發(fā)展，一部分高校開始開設(shè)以Linux操作系統(tǒng)為平臺的編程課程，如Linux的C語言程序設(shè)計(jì)、Linux網(wǎng)絡(luò)編程等。
　　現(xiàn)階段我國高校對于Linux課程的建設(shè)并不均衡，一部分高校已經(jīng)走到了課程建設(shè)的前列。如北京大學(xué)針對計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生，不僅開設(shè)了Linux編程類的課程，還開設(shè)了實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)等與Linux操作系統(tǒng)相關(guān)的課程。但在大部分普通高校中，Linux類課程還是作為選修課程供計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)，如筆者所在的高校，從2009年開始才設(shè)置一門“Linux程序設(shè)計(jì)”課程。
　　基于Linux的快速發(fā)展，Linux操作系統(tǒng)、基于Linux平臺的軟件在越來越多的企業(yè)得到應(yīng)用。能否熟練使用Linux操作系統(tǒng)以及在Linux操作系統(tǒng)平臺下進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)和編程，已經(jīng)成為了不少企業(yè)要求計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的必備素質(zhì)。這也對計(jì)算機(jī)專業(yè)的大學(xué)教師提出了挑戰(zhàn)：如何對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，使得學(xué)生能夠適應(yīng)企業(yè)需要。普通高校的Linux課程體系已經(jīng)不能適應(yīng)形勢，需要進(jìn)行教學(xué)改革。借鑒國內(nèi)外一流大學(xué)在Linux課程的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法，結(jié)合本校計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)目標(biāo)，我們提出了“Linux課程群”建設(shè)思路，并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。
　　1國內(nèi)外一流高校相關(guān)課程教學(xué)情況
　　在歐美國家，由于Linux已經(jīng)成為一門最普遍的教學(xué)平臺和工具。在計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)中，一流高校并沒有設(shè)置專門的Linux課程。麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的課程設(shè)置只是在操作系統(tǒng)類的課程中講授Linux原理，如虛擬內(nèi)存管理、IA32體系結(jié)構(gòu)、虛擬文件系統(tǒng)等。
　　我國不同高校在Linux課程群的設(shè)置各不相同。如清華大學(xué)對于計(jì)算機(jī)專業(yè)本科學(xué)生沒有設(shè)置專門的Linux課程，而在北京大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科課程設(shè)置中按照專業(yè)方向設(shè)置了Linux課程，如圖1所示。
　　 “1-3-3 操作系統(tǒng)”介紹了Linux操作系統(tǒng)原理，包括進(jìn)程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)和驅(qū)動程序；“1-3-4 操作系統(tǒng)實(shí)習(xí)”主要包括在Linux操作系統(tǒng)上進(jìn)行模塊編程、Shell編程及存儲系統(tǒng)編程等；“1-5-10 實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)”主要講授μ-CLinux在嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用；“1-6-5 Linux程序設(shè)計(jì)”作為一門選修課主要講授了Linux平臺下的文件編程和網(wǎng)絡(luò)編程等。
　　可見在這類課程中，國內(nèi)外的教學(xué)方式和內(nèi)容完全不同。國外由于Linux已經(jīng)十分普及，并不需要開設(shè)專門的Linux課程，只需要在操作系統(tǒng)課程中講授Linux的原理。而在我國，由于Linux普及程度不高，各層次高校都比較注重Linux課程的教學(xué)。但是各個(gè)學(xué)校根據(jù)學(xué)生的生源情況，Linux課程的教學(xué)側(cè)重點(diǎn)也不一樣。一般而言，普通高校學(xué)生很難適應(yīng)國內(nèi)著名高校的Linux課程的教學(xué)內(nèi)容。為了提高普通本科高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的就業(yè)能力，亟待建立普通高校Linux課程群[4-5]。
　　2Linux課程群建設(shè)思想
　　隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展和社會對計(jì)算機(jī)人才需求的提高，原有的操作系統(tǒng)課程已經(jīng)不能完全適應(yīng)學(xué)生的需要。僅開設(shè)一門“操作系統(tǒng)原理”只能讓學(xué)生了解和掌握操作系統(tǒng)最基本的理論知識，而且因?yàn)檎n時(shí)的限制，在課程的講授過程中，也無法過多的對一款實(shí)際的操作系統(tǒng)進(jìn)行介紹和分析。在與本校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行交流后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍反映該課程不能與時(shí)俱進(jìn)，也沒有與Windows、Linux操作系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)；而且學(xué)生普遍對Linux課程有濃厚的學(xué)習(xí)興趣。結(jié)合本院實(shí)際情況，我們有必要在“操作系統(tǒng)原理”課程基礎(chǔ)上，增開Linux類課程，而且有必要將Linux有關(guān)課程建設(shè)成課程群，作為一個(gè)完整的課程體系進(jìn)行教學(xué)。因此，從2009年開始，我們提出了“Linux課程群”的建設(shè)方案，并在具體的教學(xué)過程中進(jìn)行了實(shí)施。
　　2.1Linux課程群目標(biāo)
　　由于“操作系統(tǒng)原理”是計(jì)算機(jī)專業(yè)核心的課程之一，作為其后續(xù)課程的Linux課程群必須在計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生已經(jīng)掌握了最基本操作系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上開設(shè)。結(jié)合我院計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，我校Linux課程群的建設(shè)目標(biāo)是：在學(xué)生掌握操作系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，提高學(xué)生對于具體操作系統(tǒng)——Linux的認(rèn)知水平和軟件設(shè)計(jì)能力，建立整套Linux操作系統(tǒng)概念，使其適應(yīng)市場和企業(yè)的需求。具體包括以下幾個(gè)方面：
　　1) 了解和掌握最基本的Linux操作系統(tǒng)原理，加深對操作系統(tǒng)原理的理解；
　　2) 閱讀一定量的Linux內(nèi)核代碼，了解Linux內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)方式；
　　3) 掌握Linux的各種命令，熟練使用Linux操作系統(tǒng)；
　　4) 能夠在Linux操作系統(tǒng)上進(jìn)行Shell、模塊、C和網(wǎng)絡(luò)編程，提高學(xué)生基于Linux的編程能力；
　　5) 學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程，了解Linux在嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　2.2Linux課程群建設(shè)思路
　　在普通高校開設(shè)Linux類課程，不僅要考慮到課程的實(shí)用性，還要考慮普通高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的生源。雖然Linux作為一門工具在國外已經(jīng)非常流行，但我們對于國外大學(xué)的Linux和操作系統(tǒng)類課程不能生搬硬套；由于國內(nèi)高水平大學(xué)的學(xué)生生源好于普通高校，其Linux課程設(shè)置偏重于Linux原理和Linux內(nèi)核分析，這對于普通高校學(xué)生在學(xué)習(xí)和理解上存在著很大的困難。
　　因此，結(jié)合普通高校的實(shí)際情況，我們提出了如下Linux課程群建設(shè)思路。
　　1) Linux課程群的地位。
　　“操作系統(tǒng)原理”作為計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程已經(jīng)開設(shè)多年，但是其后續(xù)課程的開設(shè)卻沒有明確的規(guī)劃，只有部分高校開設(shè)了基于Windows編程或基于Linux編程的課程。我們提出的Linux課程群是“操作系統(tǒng)原理”課程的后續(xù)課程群，是對該課程的擴(kuò)充和深入。在Linux課程群中包含了必修課程和選修課程，通過必修課程和選修課程構(gòu)成完整的Linux課程群體系。
　　2) 以市場需要為向?qū)?，開設(shè)適合的Linux類課程。
　　在Linux課程群建設(shè)過程中，要以市場需求為向?qū)В詫W(xué)生素質(zhì)為基礎(chǔ)，開設(shè)合適的Linux類課程。計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生通過Linux課程群的學(xué)習(xí)，掌握基本的Linux管理、開發(fā)技能，具備IT企業(yè)和科研院所對于計(jì)算機(jī)人才素質(zhì)的要求。
　　3) 項(xiàng)目驅(qū)動。
　　在Linux課程群建設(shè)過程中，并不是簡單講授Linux原理。課程群中的各門課程是相互聯(lián)系，有前驅(qū)課程和后續(xù)課程。建設(shè)以項(xiàng)目為驅(qū)動的Linux課程群，使學(xué)生在學(xué)習(xí)Linux課程群之初，首先確定通過Linux課程群學(xué)習(xí)后必須完成的綜合項(xiàng)目。將項(xiàng)目實(shí)施帶入課程學(xué)習(xí)過程中，在不同的學(xué)習(xí)階段，完成項(xiàng)目的某個(gè)部分。比如，通過Linux課程群中必修課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生完成項(xiàng)目的需求和整體設(shè)計(jì)；然后學(xué)生通過選修課實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊。
　　
　　4) 選取適合于普通高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的教材。
　　考慮到普通高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況，選擇適合于普通高校學(xué)生的教材是很有必要的。在教材的選取過程中，基于以下三點(diǎn)原則：第一，所選取教材必須具備時(shí)效性，即教材中的知識點(diǎn)不能過于陳舊；第二，所選教材應(yīng)理論性和實(shí)踐性并重；第三，所選教材在難易程度上應(yīng)該適合普通高校計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生。
　　5) 重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。
　　實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是Linux課程群建設(shè)過程中十分重要的步驟。學(xué)生通過完成基于Linux各類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，鍛煉自身的動手能力，加深對Linux的了解。Linux課程群的各門課程均設(shè)置了大量的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，平均實(shí)驗(yàn)課時(shí)占總課時(shí)的40%左右。而且在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，并不是簡單的代碼操作，各門課程均開設(shè)了符合課程內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。
　　3Linux課程群設(shè)置
　　在“操作系統(tǒng)原理”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程的基礎(chǔ)上，開設(shè)Linux課程群。課程群包括四門課程：Linux操作系統(tǒng)原理與實(shí)踐，Linux分析與編程，嵌入式系統(tǒng)原理和嵌入式Linux編程。圖2顯示了Linux課程群與“操作系統(tǒng)原理”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程之間的關(guān)系及課程群中各門課程的相互聯(lián)系。圖中的箭頭代表課程開設(shè)在時(shí)間上的先后順序。
　　這四門課程并不同步：學(xué)生首先通過學(xué)習(xí)“Linux操作系統(tǒng)原理和實(shí)踐”，了解和掌握Linux各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)原理；然后通過實(shí)驗(yàn)單元去熟悉和使用Linux環(huán)境，并開設(shè)適當(dāng)?shù)哪K編程實(shí)驗(yàn)單元。其次，開始學(xué)習(xí)“Linux分析與編程”和“嵌入式系統(tǒng)原理”。前者系統(tǒng)地講授在Linux環(huán)境下的進(jìn)程編程、文件編程以及網(wǎng)絡(luò)編程，使學(xué)生掌握最基本的Linux編程技能；后者系統(tǒng)地講授嵌入式系統(tǒng)的概念、各個(gè)組成部分(硬件部分+軟件部分)、原理以及典型的嵌入式系統(tǒng)，使得學(xué)生掌握基本的嵌入式系統(tǒng)知識以及相應(yīng)開發(fā)工具的使用。由于嵌入式Linux也是Linux非常重要的分支，在第4學(xué)年開設(shè)“嵌入式Linux編程”，課程不再闡述基本的Linux編程技能，著重講解嵌入式Linux在嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用，通過案例的學(xué)習(xí)讓學(xué)生具備在ARM9+嵌入式Linux平臺上進(jìn)行軟件開發(fā)的能力。
　　4Linux課程群建設(shè)實(shí)踐
　　在建設(shè)Linux課程群的過程中，如何把握各門課程內(nèi)容的講授以及各門課程之間的銜接是最為重要的。我們在Linux課程群建設(shè)之初，通過充分的論證，提出了Linux課程群各門課程的性質(zhì)、開設(shè)學(xué)期、理論授課學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，如表1所示。
　　4.1Linux課程群各門課程的講授內(nèi)容
　　1) Linux操作系統(tǒng)原理與實(shí)踐。作為Linux課程群中的必修課程著重于Linux操作系統(tǒng)基本原理的講授。其中以Linux內(nèi)存管理、進(jìn)程控制和調(diào)度、文件系統(tǒng)以及驅(qū)動程序的基本概念為主。
　　通過講授內(nèi)存管理單元，使得學(xué)生掌握Linux的分頁機(jī)制、請頁機(jī)制、進(jìn)程用戶空間管理。
　　在進(jìn)程控制和調(diào)度單元中，主要講授進(jìn)程控制塊、進(jìn)程調(diào)度和進(jìn)程控制，其中進(jìn)程調(diào)度是本單元的核心模塊，在進(jìn)程調(diào)度的講授過程中，不僅需要講授Linux進(jìn)程調(diào)度的原理、時(shí)機(jī)，還要講授Linux進(jìn)程調(diào)度的依據(jù)，最后通過指導(dǎo)學(xué)生閱讀Linux調(diào)度函數(shù)schedule()，讓學(xué)生將Linux進(jìn)程調(diào)度原理運(yùn)用到實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施中，不僅加深了學(xué)生對于Linux進(jìn)程調(diào)度原理的理解；并且通過指導(dǎo)學(xué)生對Linux內(nèi)核代碼的閱讀，將學(xué)生帶入到Linux內(nèi)核模塊編程階段。進(jìn)程控制和調(diào)度單元沒有涉及對于進(jìn)程的編程，在后續(xù)的課程中將系統(tǒng)講授Linux進(jìn)程的編程。通過文件系統(tǒng)單元，講授虛擬文件系統(tǒng)知識點(diǎn)和Linux對于文件系統(tǒng)的基本操作。
　　在驅(qū)動程序單元中，主要講授Linux的驅(qū)動程序基礎(chǔ)、字符設(shè)備驅(qū)動程序以及塊設(shè)備驅(qū)動程序的基本框架。此單元中沒有實(shí)際開展驅(qū)動程序設(shè)計(jì)，僅作為與后續(xù)課程的銜接部分。
　　2) 嵌入式系統(tǒng)原理。由于嵌入式Linux操作系統(tǒng)是業(yè)界最流行的嵌入式操作系統(tǒng)之一，“嵌入式系統(tǒng)原理”課程具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性。它作為Linux課程群中的必修課著重于嵌入式系統(tǒng)基本原理的講授。其中以嵌入式微處理器、存儲系統(tǒng)、輸入與輸出子系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)為主。
　　嵌入式微處理器單元以講授ARM920T處理器狀態(tài)、處理器模式、內(nèi)部寄存器和ARM指令集為主；存儲器單元講授了ROM、RAM、Nor Flash和NAND Flash的功能模塊、接口電路及工作模式；在輸入\\輸出單元中主要講授了復(fù)位電路和時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)；嵌入式操作系統(tǒng)單元講授經(jīng)典的嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS-II和嵌入式Linux的體系結(jié)構(gòu)與移植。
　　3) Linux分析與編程。作為“Linux操作系統(tǒng)原理與實(shí)踐”后續(xù)選修課，在學(xué)生掌握基本的Linux原理的基礎(chǔ)上，教師從以下三個(gè)方面向?qū)W生講授Linux環(huán)境下編程：文件系統(tǒng)編程、進(jìn)程編程和網(wǎng)絡(luò)編程。通過文件系統(tǒng)編程和進(jìn)程編程與“Linux操作系統(tǒng)原理與實(shí)踐”課程銜接；以網(wǎng)絡(luò)編程作為授課重點(diǎn)，使得學(xué)生掌握基于TCP協(xié)議、UDP協(xié)議和IP協(xié)議的編程。在網(wǎng)絡(luò)編程講授過程中通過具體的實(shí)例代碼，如基于TCP協(xié)議的文件傳輸、基于UDP協(xié)議的廣播信息發(fā)布等。
　　4) 嵌入式Linux編程。在學(xué)生掌握基本的嵌入式系統(tǒng)原理和Linux環(huán)境下編程的基礎(chǔ)上開設(shè)的此專業(yè)選修課程。課程中以嵌入式Linux為基礎(chǔ)，通過嵌入式Linux環(huán)境下的應(yīng)用程序和簡單的驅(qū)動程序的講授，使得學(xué)生能夠在嵌入式Linux環(huán)境下進(jìn)行基本的程序開發(fā)。
　　4.2Linux課程群各門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)
　　1)“Linux操作系統(tǒng)原理與實(shí)踐”在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)上與理論教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合。實(shí)驗(yàn)部分共分為以下幾個(gè)模塊：Linux系統(tǒng)管理、Linux進(jìn)程控制、Linux模塊編程、Linux下Pro文件系統(tǒng)編程和Linux下簡單驅(qū)動實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)部分基于Linux內(nèi)核，且各個(gè)單元具備延續(xù)性。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)加深學(xué)生對于Linux操作系統(tǒng)的理解，并且掌握基本的Linux內(nèi)核編程技能。
　　2)“Linux分析與編程”實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)采用C語言在Linux平臺下進(jìn)行文件操作、進(jìn)程操作和網(wǎng)絡(luò)編程。如文件上單詞的統(tǒng)計(jì)、哲學(xué)家問題的實(shí)現(xiàn)、大文件的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取?br/>　　3)“嵌入式系統(tǒng)原理”和“Linux分析與編程”課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是由博創(chuàng)科技公司出品的UP-NETARM2410-S開發(fā)平臺。其中主要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)單元有：μC/OS-II操作系統(tǒng)的移植、嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植、嵌入式Linux應(yīng)用程序的燒寫、boot loader程序的編制以及簡單驅(qū)動程序的編制。
　　5結(jié)語
　　Linux作為一款流行的操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生掌握Linux的管理和編程是十分必要的。如何使得學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)期間掌握基本Linux管理和編程技能，達(dá)到企業(yè)的能力要求是大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)教師必須思考的一個(gè)問題。經(jīng)過近幾年的教學(xué)實(shí)踐，我校Linux類課程從無到有，從單一課程到課程群的發(fā)展，取得了一定的教學(xué)成績，學(xué)生對Linux課程群也表現(xiàn)出極大的熱情。Linux課程群的建設(shè)不僅需要考慮其在整個(gè)計(jì)算機(jī)課程中的地位，還要考慮到與其他計(jì)算機(jī)課程的銜接。本文詳細(xì)介紹了普通高校Linux課程群的建設(shè)，指出了Linux課程群各門課程與其他課程的關(guān)系，并對Linux課程群各門課程的理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)做了充分的闡述。相信通過Linux課程群的教學(xué)實(shí)踐，可以使學(xué)生掌握Linux這一利器，提高學(xué)生的綜合能力。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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