计算机科学（CS）教育，在一段时间以来，一直被指责为过时，并且未能抓住下一代领导者和创新者的心。重燃 1970 年代和 1980 年代黑客文化的先锋精神和兴奋感，需要在鼓励实验和协作的环境中，使用灵活且易于访问的开放硬件和软件。尽管软件社区在构建和共享此类平台方面有着悠久的历史，但开放和灵活的硬件平台却寥寥无几。俄勒冈州立大学开发了俄勒冈州立无线主动学习设备（OSWALD），以帮助弥合这一差距。OSWALD 是一款开放的、基于 Linux 的超移动个人电脑，它融合了当今许多新技术，并让学生和爱好者完全访问其硬件和软件。本文基于与 OSWALD 开发团队的讨论，简要概述了该平台，并探讨了通过开源重新塑造计算机科学所汲取的经验教训。

位于俄勒冈州立大学纪念联盟广场的 OSWALD。手持 OSWALD 的是帕特里克·范彻，俄勒冈州立大学新媒体传播专业的学生。（摄影师：维克多·库克勒）

位于俄勒冈州立大学杰斐逊街科瓦利斯俄勒冈州的 OSWALD（摄影师：维克多·库克勒）

OSWALD 和 OSWALD 用户指南 （摄影师：维克多·库克勒）

当今 CS 教育工作者面临的最令人沮丧的挑战之一是，让下一代学生相信在计算领域仍然存在创新和做出改变的空间。随着计算技术的进步及其在生活各个方面的普及，许多有抱负的学生认为计算是“一个已解决的问题”，创新和做出重大贡献的日子已经过去。我们是我们自己成功的受害者。廉价硬件和精良应用程序的迅速普及，消除了许多人学习计算机科学的最令人信服的原因之一：满足我们自身需求的需求。因此，CS 的入学人数已经下降了十多年。

在许多方面，CS 课程未能跟上变化，这并没有帮助。我在这里指的是核心课程，而不是选修课或高级课程，在这些课程中，我们经常看到更丰富和最新的主题。在过去的 15 年里，核心课程几乎没有变化，除了编程语言的选择。公平地说，CS 的知识体系一直在大幅增长，基础知识仍然是基础，但学术界未能确保这个核心知识对当前和未来的学生保持相关性和可见性。

开源为我们提供了一个独特的机会来帮助我们弥合这一差距。在题为“21 世纪的计算机科学教育”的文章中，前 ACM 主席、加州大学伯克利分校帕迪计算机科学教授 David A. Patterson 解释说，开源为课堂注入现实主义和相关性提供了独特的机会。Patterson 的一个遗憾是，学生们很容易在没有真正接触计算的情况下完成本科教育。学生们很少阅读别人的代码，而代码共享通常等同于作弊。学生们可能看到的最大代码库是他们自己在 6-12 个月内编写的几千行代码，最多有五六个其他学生参与。这段代码不会进化或维护。很可能，它会在课程结束后立即被丢弃。开源允许教育工作者改变这种动态，打开一扇通往混乱而复杂，但又真实的软件开发世界的窗口。这是一个由许多人设计和编写代码的地方，并且所有人都可获得所需的上下文、元数据、讨论和协作。对于教育工作者来说，这是一个独特的资源，可以为学生提供学习真实技能的宝贵机会。俄勒冈州立大学一直忙于开发以开源为中心的的课程，并且意识到如何驾驭有时令人沮丧的 waters。

卡洛斯·詹森博士是俄勒冈州立大学的助理教授，也是这个项目的幕后推手，他解释说：

为了忠实于这种开源模式，OSWALD 开发团队决定采用这种模式并将其应用于硬件和软件。对于学生来说，要通过开源学习，重要的是将其扩展到他们使用的硬件平台，而这仍然出奇地困难。

OSWALD 是一款手持式超移动 PC，旨在让学生能够轻松访问和负担得起，同时融入移动设备市场中看到的许多新技术。OSWALD 是一个开放平台，旨在为学生项目打开创意空间。凭借其相对新颖的外形尺寸，学生们有机会再次探索和突破计算的边界，并通过触摸屏和加速度计等硬件探索当代交互技术。该设备经过精心设计，在功率和性能与成本之间取得平衡，相当于一本大学教科书。

我们可以鼓励使用运行开源软件的上网本。这些机器的价格点和功能使其成为完整笔记本电脑的诱人替代品。出于这个原因，外形尺寸对我们很重要。该设备是一种辅助计算设备，而不是台式机或笔记本电脑的替代品。学生们会小心对待他们的主要计算设备；这是他们存储媒体和工作的地方。因此，主要计算平台不是我们期望看到大量实验的地方。为此外形尺寸定制的软件相对较少，这对 OSWALD 来说是一个好处。学生可能会创建或移植一个有趣的软件，并与另一个会欣赏它的学生分享。考虑到这一点，学生们将有一个很长的期望功能列表要带到该平台，并且有动力创建更好的软件。

构建像 OSWALD 这样的开放平台的最大挑战是与其制造相关的成本，尤其是在小规模生产的情况下。由于这是一个大学项目，因此这些设备基本上是为了学生自己的消费而制造的。例如，尽管不乏可以组装和测试这些设备的公司，但这些设备是由本科生制造的。这意味着将会有积极和消极的结果。会存在质量问题，并且设备组装需要更长的时间，但是有相当多的大学新生和二年级学生正在使用这些设备，并且在此过程中学习并获得使用计算机硬件的信心。电气工程和计算机科学专业的本科生，也是首席硬件开发人员 Ben Goska 详细阐述说：“我们一次构建运行只制造 300 台 OSWALD。与开发人员交谈很棘手，因为大多数制造商都习惯了数千台的数量。我们正在手工构建这些设备。”

硬件也没有像商业支持那样优化，但是有意地存在相当多的冗余。正如 Jensen 博士解释的那样：

在大学层面，廉价且开放的嵌入式计算平台在多个方面都很有价值。在俄勒冈州立大学，物理系已经拆卸了 OSWALD，并用它们来控制科学仪器。机器人俱乐部使用 OSWALD 板来控制他们的火星探测器和飞行器。OSWALD 比笔记本电脑更坚固；它有一个固态硬盘，这使其经久耐用。Jensen 博士解释说：

在软件方面，操作系统的选择要明确得多。Linux 是一个真正的操作系统；它不是玩具。学生们认真对待它，并看到了深入学习 Linux 的长期好处。学生们还可以从加入 Linux 丰富的开放社区中受益，新手可以在这里找到指导和丰富的资源。从开发的角度来看，Linux 支持多种类型的软件和设备，因此简化了开发。不利的一面是，Linux 在掌上设备上的开发很少，但这也就意味着学生仍然可以以相对适度的努力做出有意义的贡献。

拥抱 Linux 也使 OSWALD 与这里众多的媒体播放器设备区分开来，例如 iPod Touch。尽管许多这些平台提供了更时尚的设计和有吸引力的价格点，但为这些设备进行开发却很困难，因为供应商要么锁定他们的平台，要么应用严格的 IP 限制。考虑到这一点，OSWALD 的设计具有支持各种课程所需的灵活性。两个 USB 端口对于满足此设计要求至关重要。此组件在任意数量的方向上扩展了平台，这是当前任何媒体播放器平台都不允许您做的事情。以 Linux 为基础，如果有人为其编写了驱动程序，则 OSWALD 可以支持它。这在课程设计方面具有很大的灵活性。在大学一年级课程中，学生使用 OSWALD 来控制小型机器人和传感器。在图形课程中，USB 摄像头可以实现简单的图像识别，内置网络允许学生设计 P2P 协议作为其网络课程的一部分。

一所大学设计像 OSWALD 这样的 UMPC 依赖于硬件和软件合作伙伴的仁慈和支持。为了跟上技术变革的步伐，OSWALD 开发人员需要与 Linux 社区合作，以确保他们的更改和需求得到满足。电气和计算机工程专业的研究生，也是 OSWALD 的首席软件开发人员 Tim Harder 这样说：

迁移到更大的开发社区（例如 Gentoo）将在未来最大限度地降低风险。

在硬件方面，幸运之神眷顾，许多芯片公司为我们提供了积极的支持，他们免费提供芯片、以降低的价格提供芯片或补贴构建过程。这些公司包括德州仪器、泰克、英特尔公司和国家科学基金会。他们对该设备的支持来自俄勒冈州立大学的信念，即 OSWALD 将有助于培养更好的工程师和程序员，但也因为这些合作伙伴相信对接受过 UMPC 和嵌入式平台开发培训的人员存在巨大的未来需求。

目前，OSWALD 的最大挑战是扩大该计划。为一个小社区制造硬件既昂贵又冒险，而且长期成本可能会超过收益。因此，扩大对其他大学甚至爱好者的需求是该设备成功的关键。目前，OSWALD 仅供学生和少数朋友使用。像许多大学一样，俄勒冈州立大学没有为大规模制造或分销做好准备。作为一个开源社区，它将不得不思考如何在未来支持这些类型的教育工作。

感谢 Ben Goska、Tim Harder、泰克、德州仪器、英特尔和国家科学基金会。