計(jì)算機(jī)安全與保密課程教學(xué)問題及對(duì)策

摘要：分析計(jì)算機(jī)安全與保密課程現(xiàn)階段在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)、考核方式等各環(huán)節(jié)存在的問題，提出在教學(xué)內(nèi)容的選擇、課堂教學(xué)方式的創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的增設(shè)、考核方式的完備等幾個(gè)方面的改進(jìn)措施。特別在課堂教學(xué)方面，提出以“設(shè)立問題→實(shí)例講解→方案設(shè)計(jì)→實(shí)驗(yàn)仿真”有序推進(jìn)的教學(xué)創(chuàng)新方法培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)安全；教學(xué)改革；啟發(fā)式教學(xué)；創(chuàng)新能力

0 引言

計(jì)算機(jī)安全與保密課程作為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院面向計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、軟件工程等專業(yè)的選修課程，教學(xué)內(nèi)容主要包括加解密、散列函數(shù)和數(shù)字簽名等算法、身份認(rèn)證技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議、防火墻及入侵檢測(cè)技術(shù)等，是一門理論性、實(shí)踐性、綜合性很強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)的單純依靠理論的教學(xué)模式無法體現(xiàn)課程的特點(diǎn)，也無法提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論解決實(shí)際問題的能力。因此，在教學(xué)過程中如何提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣點(diǎn)，合理地選講教學(xué)內(nèi)容，如何更好地將理論知識(shí)融入到具體的實(shí)驗(yàn)中去，成為該課程教學(xué)研究中需要解決的主要問題。

1 教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 課程特點(diǎn)

與其他課程相比，計(jì)算機(jī)安全與保密課程具有顯著的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：

1）教學(xué)內(nèi)容抽象，理論性強(qiáng)，與其他課程聯(lián)系多。該課程教學(xué)能否順利開展在一定程度上依賴于數(shù)論、程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，甚至數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等先行選修課程。

2）課程實(shí)踐性強(qiáng)。本課程涉及的許多知識(shí)需要學(xué)生通過實(shí)踐加深理解，并在具體的實(shí)際應(yīng)用中才能得以體會(huì)。如果沒有上機(jī)實(shí)驗(yàn)這一實(shí)際操作的教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生無法體會(huì)課程所涉及算法的特點(diǎn)和用途，也很難真正理解它們的原理。

3）課程部分教學(xué)章節(jié)更新快。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，操作系統(tǒng)和各種應(yīng)用軟件的版本不斷更新，網(wǎng)絡(luò)病毒也層出不窮，對(duì)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的攻擊方式與所采用的防范手段也需不斷改進(jìn)與提升，一些新的信息安全技術(shù)與產(chǎn)品就此不斷產(chǎn)生。因此，課程教學(xué)內(nèi)容就需要緊跟信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)而及時(shí)進(jìn)行更新。

1.2 目前教學(xué)中存在的主要問題

1）課程的安排時(shí)間與學(xué)生關(guān)注的中心點(diǎn)有偏離。據(jù)筆者對(duì)學(xué)生進(jìn)行的抽樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，選修計(jì)算機(jī)安全與保密課程的學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣一般（調(diào)查顯示只有70%），課堂出勤率較低（僅達(dá)53.6%），其主要原因（所占比例為72.9%）在于課程安排在大四，而在此期間的學(xué)生都忙于找工作，有些同學(xué)專心于考研，所以很少在該課程上花費(fèi)時(shí)間，課后鞏固與課堂聽講脫節(jié)。有21.1%的同學(xué)是因?yàn)閷?duì)課程理論的應(yīng)用無從下手。筆者組織的學(xué)生對(duì)課程興趣一般的原因調(diào)查結(jié)果如圖1所示。

2）教學(xué)內(nèi)容定位不夠精確。計(jì)算機(jī)安全與保密課程所涵蓋的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，包括加解密、數(shù)字簽名、身份認(rèn)證技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)（防火墻、入侵檢測(cè)技等）、應(yīng)用安全協(xié)議（IPSec、SSL、SET）等。通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全（包括IPsec、防火墻、入侵檢測(cè)等）、應(yīng)用安全知識(shí)（主要有SSL、SET的應(yīng)用，電子郵件安全）非常感興趣，而對(duì)基礎(chǔ)的密碼技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣不高。目前該課程教學(xué)大綱存在很多認(rèn)識(shí)誤區(qū)，包括對(duì)應(yīng)用密碼技術(shù)的理論學(xué)時(shí)安排較多，網(wǎng)絡(luò)安全及應(yīng)用安全部分安排學(xué)時(shí)較少；選用教材在應(yīng)用密碼技術(shù)章節(jié)所給案例較少；教學(xué)涉及的內(nèi)容難易不同，什么內(nèi)容需要講、應(yīng)該講多深；理論部分與實(shí)踐部分的學(xué)時(shí)比例分配等方面。

3）缺乏必要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。計(jì)算機(jī)安全與保密課程具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，我們?cè)诮虒W(xué)活動(dòng)中穿插實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。由于該課程的教學(xué)大綱并未設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)，純粹的理論教學(xué)令學(xué)生難以將所學(xué)專業(yè)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。抽象枯燥的算法如DES、AES、MD5、RSA等，僅通過理論教學(xué)以期望學(xué)生理解算法的工作原理與應(yīng)用是不夠的，只有通過開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)讓學(xué)生掌握各算法在解決實(shí)際問題的應(yīng)用，去發(fā)現(xiàn)其優(yōu)缺點(diǎn)?！皩?shí)踐”這一檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)同樣應(yīng)該應(yīng)用到該課程的教學(xué)活動(dòng)中。通過調(diào)查（課程是否需要實(shí)驗(yàn)調(diào)查如圖2所示），85.7%的學(xué)生認(rèn)為該課程的理解還需要必要的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)加以促進(jìn)。

2 計(jì)算機(jī)安全與保密課程教學(xué)應(yīng)采取的改進(jìn)措施

2.1 選用合適教材，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)安全與保密課程關(guān)注的章節(jié)，考慮學(xué)生對(duì)先修課程的選修情況，我們選擇適合的教材，同時(shí)在教學(xué)過程中對(duì)其去粗取精，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。課程的教學(xué)內(nèi)容既要有一定的基礎(chǔ)理論研究，也要與行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展的需求與時(shí)俱進(jìn)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)。因此，該課程教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)應(yīng)調(diào)整為：網(wǎng)絡(luò)攻擊與防范、網(wǎng)絡(luò)安全部分（IPsec、防火墻、入侵檢測(cè)等）、應(yīng)用安全（SSL、SET的應(yīng)用和電子郵件安全）。

2.2 “設(shè)立問題→實(shí)例講解→方案設(shè)計(jì)→實(shí)驗(yàn)仿真”的教學(xué)方法

運(yùn)用合適的教學(xué)方法是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵要素，采用啟發(fā)式教學(xué)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在學(xué)習(xí)該課程時(shí)，可通過課程與日常生活的緊密聯(lián)系來激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)積極性。例如，在講到公鑰基礎(chǔ)設(shè)施中的數(shù)字證書時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如下思考：現(xiàn)實(shí)生活中你向別人提供身份證來證明你的身份，網(wǎng)絡(luò)世界里你能否也提供一個(gè)類似身份證功能的電子身份證呢？學(xué)生會(huì)通過資料的查閱，理解數(shù)字證書作為網(wǎng)絡(luò)世界的身份證來證明網(wǎng)絡(luò)用戶身份，進(jìn)一步理解現(xiàn)實(shí)生活中的個(gè)人網(wǎng)上銀行的U盾便是數(shù)字證書應(yīng)用實(shí)例。以訪問建設(shè)銀行個(gè)人網(wǎng)上銀行為例，在此過程中使用數(shù)字證書實(shí)現(xiàn)對(duì)銀行服務(wù)器的身份鑒別，在訪問網(wǎng)頁(yè)時(shí)下方狀態(tài)欄看到一個(gè)黃色鎖，提出“設(shè)問鎖的作用是什么”的問題引入SSL協(xié)議知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)。

結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活提出的啟發(fā)問題可以拉近學(xué)生與課程間的距離，學(xué)生就會(huì)意識(shí)到學(xué)好這門功課最現(xiàn)實(shí)價(jià)值就是對(duì)今后的個(gè)人金融賬戶安全有幫助，消除了課程帶給學(xué)生的壓力，活躍了課堂氣氛。

進(jìn)行數(shù)字簽名技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，結(jié)合當(dāng)時(shí)進(jìn)行的區(qū)人大代表選舉活動(dòng)，提出“能否使用數(shù)字簽名技術(shù)在網(wǎng)上進(jìn)行選舉活動(dòng)”的問題，讓學(xué)生思考現(xiàn)實(shí)生活中的選舉特點(diǎn)。而盲簽名技術(shù)恰好能夠滿足選舉的要求，因此使用盲簽名技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上選舉投票系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。鼓勵(lì)有興趣的同學(xué)組成“基于盲簽名技術(shù)的電子投票系統(tǒng)”開發(fā)小組，分管理中心、投票中心、計(jì)票中心3個(gè)部門進(jìn)行模擬投票。這樣的教學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)了“教師啟發(fā)式提問→學(xué)生查閱資料應(yīng)答→教師講解→學(xué)生實(shí)驗(yàn)仿真”各教學(xué)環(huán)節(jié)的結(jié)合，既讓學(xué)生了解到計(jì)算機(jī)安全與保密課程的重要性與實(shí)用性，又通過適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)仿真任務(wù)，使學(xué)生根據(jù)任務(wù)來加深理解并掌握課堂教學(xué)的理論。圖3所示為學(xué)生設(shè)計(jì)的“基于RSA盲簽名技術(shù)的電子投票系統(tǒng)”的一個(gè)環(huán)節(jié)，圖4所示為學(xué)生設(shè)計(jì)的“基于數(shù)字簽名技術(shù)的在線點(diǎn)名系統(tǒng)”的主頁(yè)。

教師通過啟發(fā)式的問題，將生動(dòng)教學(xué)案例引入到課堂，并在實(shí)例講解的過程中，通過分析現(xiàn)有實(shí)例存在的不足，鼓勵(lì)學(xué)生利用所學(xué)的算法原理和技術(shù)設(shè)計(jì)完善該實(shí)例，最后以實(shí)驗(yàn)仿真的方式來驗(yàn)證該設(shè)計(jì)方案的合理性。

與此同時(shí)，學(xué)生通過該教學(xué)活動(dòng)理解了理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)理論的積極性，為課程教學(xué)改革提供了一個(gè)有益的思路。

2.3 教學(xué)內(nèi)容及時(shí)更新，跟上本學(xué)科的發(fā)展前沿

計(jì)算機(jī)安全與保密課程所涉及的內(nèi)容和技術(shù)發(fā)展很快，任課教師除了講授課本上的傳統(tǒng)內(nèi)容，還應(yīng)多關(guān)注各部分內(nèi)容在國(guó)內(nèi)外的最新研究進(jìn)展和成果，補(bǔ)充新知識(shí)。例如講述Hash（哈希）函數(shù)時(shí)，可以引入王小蕓對(duì)MD系列算法和SHA系列算法的分析成果，使學(xué)生對(duì)這些算法有拓展性思維。講述SET協(xié)議應(yīng)用時(shí)，引入網(wǎng)上商店信譽(yù)度的計(jì)算問題，懲戒不良商家的“囚徒困境”思想，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與學(xué)院開展的關(guān)于生物密碼、云計(jì)算環(huán)境下的密碼學(xué)系列學(xué)術(shù)報(bào)告，讓學(xué)生能了解學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，為今后的就業(yè)和再深造提供一個(gè)擴(kuò)展性的平臺(tái)。

2.4 增設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)

通過編程實(shí)現(xiàn)經(jīng)典密碼學(xué)算法，加深學(xué)生對(duì)算法原理的理解。密碼學(xué)的核心教學(xué)內(nèi)容由密碼算法組成，對(duì)這些算法的理解和分析是課堂教學(xué)的重點(diǎn)。關(guān)鍵部分的程序代碼，可布置作業(yè)讓學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)。常用開發(fā)工具JAVA、C#也集成了DES、RSA、MD5等算法的功能，提醒學(xué)生注意對(duì)這些資源的理解和借鑒。實(shí)踐內(nèi)容還應(yīng)該包括：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析、防火墻的安裝與配置、PGP軟件實(shí)現(xiàn)安全郵件發(fā)送。在具體內(nèi)容的選擇上，教師可以根據(jù)不同的教學(xué)安排和要求、實(shí)際情況、條件以及需要從中選取部分實(shí)驗(yàn)作為作業(yè)完成。圖5所示為學(xué)生利用DES算法設(shè)計(jì)的一個(gè)Word插件：在Word工具欄中加入的加密、解密按鈕。

2.5 啟用全面考核的方式

計(jì)算機(jī)安全與保密課程教學(xué)活動(dòng)既有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，又有鮮明的應(yīng)用實(shí)踐。課程的考核是一項(xiàng)全面的綜合考核，應(yīng)該包含平時(shí)考核、實(shí)驗(yàn)考核、期末考試等多方面。結(jié)合華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的實(shí)際情況與本課程教學(xué)目標(biāo)，筆者在該課程的考核形式上采用期末試卷成績(jī)占60%、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告占20%、專題論文占10%和平時(shí)考勤占10%的綜合。該考核方式的改進(jìn)使學(xué)生不拘泥于理論知識(shí)的死記硬背，激勵(lì)學(xué)生不斷進(jìn)行獨(dú)立思考、探索創(chuàng)新，以發(fā)揮自己的潛能，激發(fā)其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性。采用該考核方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)也有明顯提升。2011年秋季2008級(jí)計(jì)算機(jī)1班的試卷分析如表1所示，優(yōu)秀率為10.00%，不及格率為0%。

3 改進(jìn)后的教學(xué)效果

近5年在計(jì)算機(jī)安全與保密課程教學(xué)中所采用的“啟發(fā)式提問→結(jié)合案例→學(xué)生設(shè)計(jì)方案→實(shí)驗(yàn)仿真”教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)與實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，取得了顯著的教學(xué)效果。學(xué)生在加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)的同時(shí)也重視了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，教學(xué)互動(dòng)效果明顯提升。2007-2011學(xué)年在該課程選修成績(jī)的總體情況如表2所示，課程成績(jī)的平均分在74-80分之間，各學(xué)年成績(jī)呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)，表明該教學(xué)方式的改進(jìn)使得課程的教學(xué)質(zhì)量得到了提升。而從標(biāo)準(zhǔn)差的情況來看，不同年度的標(biāo)準(zhǔn)差逐年降低說明該課程考試成績(jī)兩極分化現(xiàn)象漸趨平緩。

4 結(jié)語

近幾年來，筆者在計(jì)算機(jī)安全與保密課程教學(xué)過程中采用了改進(jìn)的教學(xué)方式，并經(jīng)過多輪教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)，收到明顯成效。合理組織課堂教學(xué)內(nèi)容，“啟發(fā)式提問→結(jié)合案例→學(xué)生設(shè)計(jì)方案→實(shí)驗(yàn)仿真”循序漸進(jìn)的教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施，提高了學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的能力。靈活綜合的考核方式激發(fā)了學(xué)生的自主探索和創(chuàng)新精神，也促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性。通過對(duì)計(jì)算機(jī)安全與保密課程教學(xué)進(jìn)行一系列的改革也為筆者進(jìn)一步在網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全等其他課程的改革提供了一個(gè)可以借鑒的思路。

（見習(xí)編輯：劉麗麗；編輯：郭田珍）