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以免费软件构建实验室电脑工作环境 ——以植物保护专业本科生毕业实习为例论文

发布时间:2021-05-28 11:47:20 文章来源:SCI论文网 我要评论














SCI论文(www.scipaper.net):

摘要:以植物保护专业本科生毕业实习教学为例,探讨了利用免费软件构建电脑工作环境的意义、可行性与具体实现方案,分析和评价了实践中出现的具体问题及收获。实践表明,引导学生使用正规来源的免费软件,有助于学生树立正确的软件著作权观念,有利于增强学生计算机实际应用能力,开拓视野,为继续深造和进入科学研究领域打下良好基础。

关键词:软件正版化;开源软件;实践教学;教学改革

本文引用格式:李天昊,等.以免费软件构建实验室电脑工作环境——以植物保护专业本科生毕业实习为例[J].教育现代化,2020,7(45):10-13.

Build a Lab Computer Working Environment with Free Software

——A Case Study of Graduation Internship for Undergraduates Majoring in Plant Protection

LI Tian-Hao,ZHANG Bo

(Jilin Agricultural University,Changchun Jilin)

Abstract:Taking the graduation practice teaching of Plant Protection undergraduates as an example,this paper discusses the significance,feasibility and specific implementation plan of using free software to build computer working environment,analyzes and evaluates the specific problems and gains in practice.Practice shows that guiding students to use genuine free software from regular sources will help them to establish a correct concept of software copyright,enhance their practical application ability of computers,broaden their horizons,and lay a good foundation for further study and scientific research.

Key words:Software legalization;Open source software;Practical teaching;Teaching reform

一 引言

计算机已成为科学研究中的基本工具之一,在高等教育中普遍应用,在初、中等教育中日益普及[1]。但需要注意的是,国内民众计算机知识与技能的普及程度和认识水平仍与国家发展需求存在距离,与发达国家存在差距。有数量众多的计算机使用者,其中也不乏高校教师,在使用盗版软件时浑然不知,甚至是有意为之。身教重于言传,高校教师在课堂教学和实验室工作中带头使用盗版软件,将难以为学生树立正确的软件著作权观念,也同样不符合软件正版化政策的要求,甚至会严重触犯法律。考虑到本科生毕业研究阶段的软件需求相对简单,完全可通过免费软件构建起符合专业性需求的计算机使用环境。因此,本文以植物保护专业本科生生物防治方向的毕业实习为例,对所涉及的软件进行研究探索,抛砖引玉,以供实践参考。

二 植物保护专业本科生毕业实习中计算机使用需求和需要解决的问题

(一)本科生实习中的计算机软硬件需求


以吉林农业大学植物保护专业本科生选择生物防治方向进行毕业实习为例。实习学生于大三下学期开始进入实验室工作,实验环节通常历时超过半年,最终于大四下学期撰写并提交毕业论文。一般情况下,实验室需要为实习生提供至少一台公用电脑,进行文献查询和阅读,文字、数据录入,数据统计分析,制图,照片处理,幻灯片制作,论文排版等工作。

(二)实验室计算机使用中面临的问题

(1)缺少购置软件的专项经费。一般情况下,学校可在配额内采购台式计算机,但随机附带的软件通常仅包括某一版本的微软操作系统。而实验室研究工作所需的统计分析等专业软件,多数价格较高,常需单独通过科研项目支出采购。在实验方向较多、实验室较多时,项目经费常难以全部承担。

(2)缺少升级硬件的专项经费。过去较长的一段时期,计算机性能的发展都遵循摩尔定律。摩尔定律的一个通俗表述是:微处理器的性能每隔18个月提高一倍,或价格下降一半[2]。从行业层面上,软件的开发将跟随硬件的升级不断发生改变,其结果导致最新的软件或是大部分软件的最新版本,难以在老旧电脑上流畅运行,甚至不能运行。对于个人用户而言,可以通过每次升级部分硬件、随需多次升级的方式在几年内持续升级电脑硬件,不断改善电脑性能。但高校不同于个人用户,难以设置专项资金,以灵活升级的方式改善电脑性能。

(3)维修维护方式欠灵活。公用电脑长期使用中,软硬件的意外损坏难以避免,而维修途径较为单一,维护费用缺乏便捷的处理渠道,处置周期较长;同时,受管理方式限制,老旧计算机之间不易通过拆分重组的方式增强性能以再次利用。

(4)公用电脑在使用中更易发生严重错误。由于多数实习生电脑知识与技能的欠缺,加之电脑使用中公用和短期使用的特点,导致使用人权责不对等和权责不清的情况时有发生,发生问题后甚至难以追责。在已发生的案例中,包括但不限于:误操作导致的全硬盘格式化或分区删除;鼠标等外设丢失;感染病毒导致系统瘫痪;软件加密锁丢失,进而导致近万元的软件无法使用。在软件甚至是操作系统遭到破坏的情况下,若无法恢复,则面临重新购买的问题,而考虑到前述限制因素,使得此类问题的处置变得更为困难。

综合以上几点不难看到,即使不从知识产权保护角度[3]考虑,仅从费用和管理角度出发,以低成本、高性能的软件弥补较低性能的硬件,仍是符合目前实验室计算机使用中各方需求的一种优选建设方案。

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三软件正版化趋势对实践教育改革提出新要求

(一)软件正版化符合我国信息产业发展趋势


2001年10月,国务院办公厅印发《关于使用正版软件清理盗版软件的通知》(国办函〔2001〕57号),标志着我国政府全面开启软件正版化工作。经过近20年的实践与探索,软件正版化工作取得了世界瞩目的成就。2018年全国软件著作权登记量突破110.48万件,同比增长48.22%;软件和信息技术服务业收入达到6.31万亿元,同比增长14.2%,软件正版化工作对软件产业驱动发挥了显著推动作用[4]。

(二)免费软件是破解现存软件使用矛盾的一把钥匙

私有软件是对用户使用软件或修改软件上有限定,或是对拷贝或分发修改或未经修改的版本限制过高的计算机软件[5]。包括我们日常在微软和苹果平台上接触到的大多数软件。与之相反的是自由软件和开源软件。自由/开源软件要求完整的源代码发布和可以根据获得的源代码产生演绎产品的权利[5]。尽管对于自由/开源软件的内涵,即使在自由/开源社区内部亦有不同的看法[5],但由其理念决定,自由/开源软件为大众提供了一系列高平均水准的免费软件,其中不乏科研类软件。选择免费科研软件,可以有效降低软件使用和维护成本,避免了盗版软件的使用,为实验室电脑平台建设提供了新选项。

四 可行的实验室软件建构方案

操作系统的选择是软件系统构建的基础,以个人电脑中普及程度最高的微软视窗系统和典型的开源操作系统Linux为例,可形成三种软件构建方案如下。

(一)微软视窗系统辅以虚拟机

(1)系统构建方案

①操作系统:


通常情况下,实验室采购的电脑已安装有某一版本的正版微软视窗操作系统,以下叙述以目前微软主推的操作系统Windows 10为例。在硬件支持的情况下,推荐选用64位版本。

②文字处理软件:

WPS Office 2019 PC版(或WPS Office校园版),主页链接https://www.wps.cn。该软件可为个人用户免费提供文字编辑,表格处理,幻灯片制作,PDF阅读等功能,与微软Office兼容性较高。

极速Office 2019个人版,主页链接https://www.jisuoffice.com。该软件可为个人用户免费提供文字编辑,表格处理,幻灯片制作,PDF阅读等功能,可兼容微软Office。

LibreOffice简体中文版,主页链接https://zh-cn.libreoffice.org。该软件来自国际化的开源项目,可为用户免费提供文字编辑,表格处理,幻灯片制作,图片编辑制作等功能,可兼容微软Office。

Apache OpenOffice,主页链接http://www.openoffice.org。自由软件,可为用户免费提供文字编辑,表格处理,幻灯片制作,图片编辑制作等功能,可兼容微软Office。

③图片处理与制图软件:

GIMP(GNU Image Manipulation Program),主页链接https://www.gimp.org。自由软件,可为用户免费提供图像处理与合成功能,也可进行图像格式转换。SciDAVis,主页链接http://scidavis.sourceforge.net。一款免费开源的科学数据分析和可视化应用程序,其软件风格与著名商业软件OriginPro接近。

LabPlot,主页链接https://labplot.kde.org。一个用于交互式图形化和科学数据分析的KDE应用程序。

④数据处理软件:

Gnumeric,主页链接http://www.gnumeric.org。一款免费开源的电子表格处理软件,具有基础的统计分析功能,并兼容多种软件格式。

PAUP,主页链接http://paup.phylosolutions.com。一款应用广泛的用于构建进化树(系统发育树)及进行相关检验的软件。其主页内提供软件的测试版本,推荐在32位版本的微软视窗系统下运行该软件。

⑤虚拟机软件:

Oracle VM VirtualBox,主页链接https://www.virtualbox.org。一款开源虚拟机软件,可供用户免费制作虚拟机。

VMware Workstation Player,主页链接https://www.vmware.com。作为其商业软件VMware Workstation Pro的精简版本,VMware Workstation Player可供用户免费试用制作虚拟机。

微软Hyper-V,微软视窗系统自带软件。可供用户制作虚拟机。

微软Virtual PC,另一款微软视窗系统自带软件。可供用户制作虚拟机。

⑥虚拟机内操作系统:

可供虚拟机内安装的Linux操作系统版本参见下文。由于虚拟机工作时,其使用现实系统的一部分

硬件资源构建虚拟硬件,因此总体硬件资源减少,性能减弱。在虚拟机中安装操作系统时,推荐优先选用32位版本。

⑦虚拟机内Linux平台可安装的软件参见下文。

(2)优势与不足

优势:微软视窗系统普及程度高,尽管其7、8、10等几个版本在细微操作上有所变革,但绝大多数学生可以快速熟悉具体操作,进入科研软件的使用阶段。

不足:就科研工作而言,与Linux等平台相比,微软视窗系统平台上的免费科研软件数量偏少,软件更新周期长,相同软件的版本常低于Linux平台。此外,由于Linux系统在虚拟机中使用,其运行表现会偏慢。

(二)Linux系统

(1)系统构建方案


①操作系统:

独立安装Linux系统时,在硬件允许的前提下,可优先选择64位版本。

Linux Mint,主页链接https://www.linuxmint.com。2006年开始发行,是一份基于Debian和Ubuntu的Linux发行版。其目的是为家庭用户和企业提供一个免费的,易用的桌面操作系统。桌面风格与微软Windows 7系统接近,易于上手,可优先采用。

Ubuntu,中文主页链接https://cn.ubuntu.com。其重视共建和分享的理念,拥有庞大的社区力量,是一个以桌面应用为主的Linux操作系统,是目前最具影响力的Linux版本之一[6]。

Deepin,深度操作系统,主页链接https://www.deepin.org。由武汉深之度科技有限公司开发的Linux发行版。桌面风格与苹果电脑接近,具有良好的性能和本土化特点,提供了大量适合中国人电脑使用习惯的软件资源。

②软件安装方式:

以上述及的各Linux版本均带有软件管理器或具备类似功能的软件管理平台,软件安装宜优先通过软件管理器进行。

③文字处理软件:

WPS Office 2019 For Linux,主页链接https://www.wps.cn。该软件可为个人用户免费提供文字编辑,表格处理,幻灯片制作,PDF阅读等功能,与微软Office兼容性较高。

LibreOffice简体中文版,主页链接https://zh-cn.libreoffice.org。前已述及。

Apache OpenOffice,主页链接http://www.openoffice.org。前已述及。

④图片处理与制图软件:

GIMP(GNU Image Manipulation Program),主页链接https://www.gimp.org。前已述及。

QtiPlot,主页链接https://www.qtiplot.com。一款开源的科学数据分析和可视化应用程序,其软件风格与著名商业软件OriginPro接近。其最新版本需使用者自行编译,否则需付费使用。Linux软件库中提供了其较早的免费版本,功能较强,在科研制图时可优先选用。

SciDAVis,主页链接http://scidavis.sourceforge.net。前已述及。

Labplot,主页链接https://labplot.kde.org。前已述及。

⑤数据处理软件:

GNU PSPP,主页链接http://www.gnu.org/software/pspp/。一个用于统计分析采样数据的程序,是著名商业统计软件SPSS的一个免费替代品。

Gnumeric,主页链接http://www.gnumeric.org。前已述及。

⑥其他必要软件:

文档编辑与科技论文做图中常用的Times New Roman和Arial等字体由于版权问题,Linux系统一般不直接提供,需使用者自行下载添加。

(2)优势与不足

优势:Linux系统更为重视运行效能与稳定性,由于开发理念的不同,与重视娱乐与多媒体功能的微软视窗系统相比,采用Linux系统,可使计算机、特别是较为老旧的计算机运行更为流畅,改善了操作者的使用感受,延迟了电脑报废时间,节约了硬件升级维护资金。采用Linux系统,可以为学生提供实际操作和详细了解Linux操作系统及其平台软件的机会,考虑到我国在政府、军用、民用方面均已投入大量经费开发了多款不同版本的国产Linux系统,这些实践操作将可为学生日后工作积累宝贵经验。作为开源软件平台,Linux平台拥有更为丰富的开源软件与自由软件,其中很多软件优先在Linux平台发布,软件更新和维护周期更短。

不足:与普及程度很高的微软视窗系统相比,绝大多数学生都需要经历一段学习和熟悉Linux系统的过渡期。

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(三)微软视窗/Linux双系统

(1)系统构建方案

①操作系统:

随计算机购置的某一版本微软视窗操作系统;Linux系统选择参见前文。

②两个操作系统平台的软件配置可参考前文所述。使用时,依据个人偏好侧重于某一操作系统平台,以另一平台软件为补充。

(2)优势与不足

优势:与使用虚拟机的情况相比,两个系统都可以充分利用硬件性能,运行表现更好。

不足:系统间的切换通常需要重启,操作不便、维护不便。与使用虚拟机的情况相比,在某一操作系统中的误操作导致另一操作系统被破坏的风险较高。

五 实践中的收获与思考

1.实际使用中,从易上手的角度出发,微软视窗单系统辅以虚拟机Linux的形式较为稳妥,学生接受较快,是最容易实现的模式。而从操作便捷性和系统维护的角度考虑,双系统并不是优选的建设方案。

2.以单系统组建时,Linux平台的免费科研软件更为丰富,相对微软平台,部分软件的更新周期更短、版本更高。使用时,全新的平台和软件能够显著激发部分学生的学习积极性;同时,受平台软件限制,也约束了部分学生看电影、玩游戏等消磨时间的行为。相对的,Linux Mint和Ubuntu等国际社区开发版本,其软件库中科研软件更加丰富,而国内团队主导开发的Deepin等版本,提供的软件更接近中国人使用习惯。在组建系统时可按需选择不同的Linux版本。

3.随着智能手机的高速发展,基于安卓系统的教育类软件已日益丰富[7],尽管其软件开发并不侧重于统计分析等方向,但通过虚拟机将安卓平台的有益软件纳入实验室电脑平台,仍将是以后实验室建设需要着重关注的一个发展方向。

4.21世纪以来,在个人电脑上微软操作系统已经占据了绝对的垄断地位,其系统安全问题引发了诸多的安全事件。安全问题是各国政府关心的核心问题之一,采用开源的Linux操作系统成为电脑去微软化的主流选择[8]。基于国家信息产业安全的考虑,在20世纪90年代初,我国有关部门就开始倡导发展自主操作系统[8]。倪光南院士指出,我们要加快推进以国产Linux操作系统+3种国产CPU(申威/飞腾/龙芯)来替代Wintel架构:Windows操作系统+Intel架构CPU[9]。因此,在本科生实践教育中,为学生开启接触和学习Linux的窗口,无论从个人亦或是社会角度来看,都是对未来教育、科技发展的长远投资。

六 结语

实践证明,在实习阶段,为本科生提供由免费软件构建的实验室公共电脑是可行且有益的。免费软件的应用,有效节约了软件购买与维护的资金;借助Linux平台的运行效率与稳定性,可改善老旧硬件的使用体验,延长硬件使用期限;通过引导学生接触和学习这些免费软件,有助于学生树立正确的软件著作权观念,增强计算机实际应用能力,开拓视野,为学生的长远发展打下良好基础。

参考文献

[1]贺晓平.计算机在教育教学中的应用和教学改革研究[J].教育现代化,2019,8(66):151-153.
[2]郭善渡.信息技术教育40年回顾与思考(三)——应对摩尔定律[J].中国信息技术教育,2018,20:85-86.
[3]李天昊,刘显娇,阮长春.发挥工程研究中心实践教学优势培养大学生专利意识[J].教育教学论坛,2016(09):102-103.
[4]朱建平.新形势下深入推进软件正版化工作的若干思考[J].中国出版,2019,15:54-56.
[5]杨晶.自由/开源软件理念的比较分析[J].中国管理信息化,2015,18(16):177-179.
[6]王湘渝,邱春荣.Docker技术在构建Linux实验平台中的应用[J].教育现代化,2019,6(46):120-123.
[7]刘宁,惠良虹,薛宏.新媒体环境下大学生移动英语学习调查[J].教育现代化,2018,5(14):313-315+331.
[8]张京林.国产操作系统产业化现状分析和发展探讨[J].科技与创新,2016,20:27-29.
[9]倪光南.核心科技乃国之重器网信产业发展离不开自主可控[J].信息安全与通信保密,2018,11:16-23.

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