面向Linux系统课程的在线开源教材建设

章铁飞，朱继祥，王 勋

（浙江工商大学 计算机科学与技术学院，浙江 杭州 310018）

Linux 操作系统作为当今最流行的开源操作系统之一，在服务器市场、超级计算机以及嵌入式系统中占据着重要地位。随着开源文化的推广与 Linux 系统的广泛应用，Linux 系统课程在计算机教育中的重要性日益凸显^[1-2]。Linux 系统课程不仅能够教授学生操作系统的基本原理^[3]，还能培养学生的实践能力、问题解决能力和创新思维，其重要性体现出广泛的应用前景。Linux 系统以其稳定性、安全性和灵活性，在嵌入式系统^[4]、互联网服务、大数据、云计算等领域发挥着关键作用。掌握 Linux 系统，对于计算机专业学生来说，是步入 IT 行业的重要技能之一。

Linux 教材在内容更新、技术跟进等方面面临挑战。随着 Linux 系统版本的迭代更新以及新技术如容器技术、自动化运维等的涌现，现有的教材无法全面覆盖新的技术。同时，教材的实用性和案例教学须加强，以便学生能将理论知识应用于解决实际问题。为应对这些问题，教材须持续更新，以反映新的技术发展。编写者应与 IT 行业紧密合作，引入新的技术案例和实践项目，确保教材内容与行业需求保持一致。此外，Linux 教材应重视培养学生的创新能力和自主学习能力。通过设计具有挑战性的项目和实验，激发学生探索 Linux 系统的新功能和新用途，从而激发学生的创新精神。

总之，Linux 系统课程在计算机教育中占据着举足轻重的地位。为了应对技术快速更新的挑战，Linux 教材须不断革新，采用新形态教材，提供实用、前沿的学习内容，以培养适应未来技术发展的高素质计算机专业人才。

结合 Linux 系统课程在计算机专业教育中的重要地位，以及当前教材的普遍性问题，可以归纳出对 Linux 系统课程教材的 3 个新要求。

计算机技术的快速发展要求教材内容必须保持更新，以确保学生能够掌握当前业界流行的技术，然而，许多现有的计算机教材更新周期较长，难以跟上技术的快速迭代。Linux 系统版本不断更新，新技术不断涌现，如容器技术、自动化运维等，教材往往还停留在基础知识的介绍上，缺乏对最新技术及工具的讲解。这种滞后不仅影响学生的学习效果，也削弱他们毕业后在技术领域的竞争力。教材内容该适宜快速更新，紧跟业界的技术动态和行业标准。

现代教育强调个性化、多样化的学习体验，但计算机相关教材多以传统的纸质形式存在，缺乏互动性和动态性。这种单一的教材形式限制学生的学习方式，不利于激发学生的学习兴趣和参与度；纸质教材一般包含视频讲解、在线实验素材的访问链接，不能让学生一键便利地访问；单一的教材形式也不利于满足不同学习风格的学生需求，尤其是 Linux 系统类课程，强调学习者实践操作。

信息技术的发展为教育提供丰富的在线资源和工具，但现有的计算机教材对各类资源的整合欠充分，未能形成有效的教学平台。一方面，一些教材虽然提供在线资源的链接，但这些资源的质量和更新频率难以保证，与教材内容的同步性也存在问题。另一方面，教学平台的功能尚未完全发挥，个性化推荐等功能在实际教学中的应用不足。为提高教学效果，各类在线资源和教学平台的整合应更加紧密且系统，通过统一的界面和操作逻辑，提供一站式的学习体验。

（1）教材要用低成本、高效的方式更新，按学期甚至按教学周为单位更新内容，增加时下流行的新内容、新技术、新的实验案例及资源，以保持其相关性、实用性。

（2）教材有机整合各种形式的内容，实现教学资源的多模态化，教材应结合文字、源代码、图片、视频、在线实验平台等多种形式的内容，帮助学生综合理解知识，快速实践，加强他们的动手实践技能。

（3）教材要便于访问，提供统一的界面操作逻辑，提供一站式的学习体验，教材平台应采用响应式设计，以适应不同设备，包括台式机、笔记本电脑、平板电脑和智能手机，确保在任何设备上都能提供一致的流畅用户体验。

要解决 Linux 系统课程教材的 3 个需求：内容更新及时、教材形式多样化、在线资源的高度整合，拟利用开源 Gitee 云服务、Bilibili 视频站点（下文简称 B 站）及在线网站框架来构建一个高效、多模态且易于访问的在线开源教材。教材的主体是在线网页，源代码托管在 Gitee 云服务之上，同时 B 站托管视频，而视频的在线链接则记录在对应章节的网页内容中，架构如图 1 所示。

具体内容包括采用在线网页的形式来展示教材每一章的内容，相当于每一章对应一个网页，网页通过 Markdown 语法的笔记自动生成。使用 Markdown 语法编写教材的每个章节的内容，每一章对应一个 md 源代码文件，md 文件中可以很方便地整合图片、代码片段、视频网址等各类资源；同时 md 文件可以很方便地转化为在线可浏览的 html 网页。书写完成的 md 源文件借助于 Jekyll 等静态网站框架可以快速地转化为在线网站，借助 Gitee 云服务，可以实现快速部署，方便在线访问。

使用在线网页来承载教材，可以很好地达到灵活性、实时性、多模态性以及访问的便利性。

基于 Markdown 语法编辑的在线网页，其灵活性体现在教材内容的即时更新与个性化调整上。教师可以根据课堂反馈或行业发展，迅速修改或添加教材内容，而不必等待传统的出版周期。这种灵活性允许教材保持动态和活力，更好地适应教学需求和学生的学习节奏。

实时性是在线网页的另一大优势。教材作者可以及时将最新的技术动态、研究成果或行业变化整合进教材中，确保学生接触到的信息是最新、最相关的。这种实时更新的能力对于快速变化的技术领域尤其重要，有助于学生掌握前沿知识，提高其未来职场的竞争力。

在线网页支持多种媒体格式，包括文本、图片、视频、音频和交互式元素，这种多模态性丰富了教材的表现形式。教师可以利用这些不同的媒体类型来阐述复杂概念，增强学生的学习体验。例如，通过视频演示实验操作，或使用互动图表帮助学生理解抽象理论，使学习更加直观有趣。

在线网页使得教材易于访问，不受地理位置限制。学生可以随时随地通过互联网访问教材，进行自主学习。这种便利性特别适合远程教育和终身学习者，也为传统课堂提供了额外的学习资源。此外，网络教材易于搜索及导航，学生可以快速找到所需信息，提高了学习效率。

鉴于在线网页的诸多优势，将网页作为在线开源教材的主要载体，使得教材在线化。

采用静态网站框架 Jekyll 等快速地将 Mardkown 源文件自动转化为 html 网页，即获得一个静态的网站，鉴于管理的方便性及部署的低成本，将获得的静态网站托管到 Gitee 云。Gitee 云同时托管 Markdown 格式源文件及对应的 html 网页，有如下的诸多好处。

（1）版本控制：使用 Gitee 的版本控制系统来管理教材内容的编辑，便于按学期、甚至按教学周进行更新。

（2）协作编辑：Gitee 支持多人协作，可以邀请教师和行业专家共同参与教材的编写与更新。

（3）成本效益：作为开源平台，Gitee 提供了免费的代码托管服务，有助于降低托管与发布成本。一旦有新内容要添加，可以将新的技术内容和实验案例通过 Gitee 的仓库进行集成与发布。

视频非常占用硬件资源及网络带宽，而 B 站可免费托管视频，所以采用 B 站托管在线教材中的视频。只要将视频上传 B 站并复制视频的网址，书写到章节内容的对应位置，学生只要鼠标点击就能直接访问视频。使用 B 站托管视频，一方面可以降低成本；另一方面，由于 B 站的开放属性，有助于进一步扩大教材的影响力，方便更多院校的学生来学习本教材。B 站托管视频的好处还包括以下几点。

（1）多模态学习：B 站提供丰富的视频资源，可以作为教材的补充，增强学生的视觉和听觉学习体验。

（2）技术教程：链接到 B 站上其他相关的技术教程视频，帮助学生理解复杂的理论和操作流程。

（3）互动交流：B 站的视频支持弹幕和评论功能，可以促进学生与教师之间的互动及讨论。

登录在线教材网站，可以直观地看到每一章的内容都对应着一篇精心编排的博文，如图 2 所示的“ Ubuntu 安装与初始设置”章节。点击标题打开，用户将被引导至一个内容丰富的在线网页，其中包括详尽的文字描述、清晰的图片，以及对于复杂操作步骤的格式化代码展示（如图 3 所示）。这些格式化代码不仅易于阅读，还方便学生直接复制粘贴到本地的实验环境中实践。如果学生希望更直观地看到操作演示，只要直接点击页面中嵌入的 B 站视频链接，即可一键直达，观看配套的视频教程。

在 2024 年春季学期，课程组首次尝试采用在线开源教程，并在计算机科学专业 2023 级的一个教学班级中进行了试点实施。教学以在线教材的文字和图片为主体，讲解概念及原理；同时，课堂中采用录屏软件记录 Linux 系统操作过程及编程细节，课后再将视频链接记录于在线教材对应章节位置，供学生课后观摩复习。试点实施结果显示，学生对这种新型在线教材给予了积极反馈。他们特别提到，在线教材支持多端浏览，无论是在电脑、平板还是智能手机上都能方便地观看；视频、资源下载、参考资料的一键直达功能，使得学习过程更加流畅，极大地激发了他们的学习热情。这种积极的影响也直接反映在学生的考试成绩上，试点班级的学生成绩相较于其他班级提升了近 8 %。基于这些积极的反馈和显著的教学效果，计划进一步完善在线教材，并在未来的教学中将其推广到所有班级，以期达到更广泛的教育效果提升。

面向 Linux 系统课程的在线开源教材，可以快速更新内容，便于课程组教师协同编辑更新，可以实现低成本、多设备端的访问并呈现内容，并且以在线网页为载体，结合文字、图片、代码、视频等多种形式的内容，为学生提供一致的、流畅的使用体验，可以有效提升学生的学习兴趣和学习效果。

[1] 何文德, 杨凤年, 周景. 一个基于嵌入式 Linux 驱动程序设计的实践教学案例[J]. 现代计算机(专业版), 2014(10): 77-80. 

[2] 李群, 李巨虎, 韩慧. 应用驱动的 Linux 操作系统教学改革[J]. 计算机教育, 2021(11): 120-123. 

[3] 章铁飞, 朱继祥. “以系统理解系统”视角下的 Linux 教学案例[J]. 计算机教育, 2023(5): 111-115. 

[4] 郭玉华, 郑啸. 面向计算机系统能力培养的启发式教学研究与实践: 以“ Linux 操作系统与程序设计”课程为例[J]. 工业和信息化教育, 2020(5): 79-83.

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