虛擬機(jī)技術(shù)促進(jìn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程一體化教學(xué)探索

鄧家宏

摘 要：本文主要根據(jù)近幾年國家職業(yè)教育的改革要求，結(jié)合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程的特點和教學(xué)現(xiàn)狀，探索利用低成本投入的虛擬機(jī)技術(shù)來創(chuàng)建滿足一體化教學(xué)實訓(xùn)所需的虛擬實驗室、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程內(nèi)容安排和課程教學(xué)方法的設(shè)計等，并總結(jié)了以項目式方式開展“學(xué)中做，做中學(xué)”的一體化教學(xué)實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)安全 虛擬機(jī)技術(shù) 虛擬實驗室 一體化教學(xué)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全是學(xué)校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。它主要包含虛擬專用網(wǎng)、服務(wù)質(zhì)量、病毒分析、入侵檢測、入侵防御、防火墻、數(shù)據(jù)存儲、災(zāi)難保護(hù)、數(shù)據(jù)加密等技術(shù)，理論知識與實踐聯(lián)系緊密。隨著技術(shù)不斷地更新和發(fā)展， 課程教學(xué)內(nèi)容也要及時做出相應(yīng)的更新和改革。如何在課堂上充分有效地利用時間，既能讓學(xué)生掌握專業(yè)理論知識，又能培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)，已成為當(dāng)前職業(yè)類學(xué)校教育教學(xué)改革的重要課題。

一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)現(xiàn)狀

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程中理論知識與實踐聯(lián)系比較緊密，本門課程的知識更新快，且涉及的技術(shù)面廣，學(xué)習(xí)內(nèi)容豐富，要求學(xué)習(xí)者具有較好的專業(yè)基礎(chǔ)。在以往的教學(xué)中普遍存在如下幾個問題。

1.教材方面

目前市面上的教材內(nèi)容較陳舊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于社會中的實際應(yīng)用。這導(dǎo)致了課堂所教學(xué)的內(nèi)容與實際應(yīng)用脫節(jié)嚴(yán)重。教材內(nèi)容大多以理論為主，實訓(xùn)內(nèi)容較少，可操作的實驗案例也很少，內(nèi)容激不起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.教學(xué)方法方面

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程的教學(xué)方法主要選擇以理論講授和實例演示相結(jié)合的課堂教學(xué)為主，學(xué)生大部分的時間是被動地聽講和觀看。這種方法不能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；另外，本課程是綜合性的專業(yè)課程，知識量較大，所涉及的知識面廣，在課堂教學(xué)的過程中認(rèn)真聽講的同學(xué)能跟著老師講授步驟完成實驗實踐。但是經(jīng)過問卷調(diào)查，大部分學(xué)生反映課堂上能完成的實驗操作在下課后很快就忘記了。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法所取得的教學(xué)效果并不是很理想。

3.實訓(xùn)設(shè)備方面

隨著職業(yè)教育改革的發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)所開設(shè)的課程難度加深，實用性加強(qiáng)。在教學(xué)過程中，教師們?yōu)榱送瓿梢粋€項目測試或者技術(shù)知識的講解往往需要一個復(fù)合的實驗環(huán)境，為構(gòu)建實驗環(huán)境可能需要多臺高端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，比如高端的路由器、二層交換機(jī)、三層交換機(jī)、硬件防火墻、入侵檢測、入侵防御系統(tǒng)、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。以上設(shè)備價格昂貴，購買這些設(shè)備需要學(xué)校投入大量的資金。目前，學(xué)校所提供的實驗設(shè)備嚴(yán)重不足或者現(xiàn)有的設(shè)備已經(jīng)非常陳舊，不能滿足計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程的實驗設(shè)備要求，使得很多涉及新技術(shù)和新方法的知識點無法通過實驗來驗證，從而不利于學(xué)生掌握本課程相關(guān)的知識和技能。

4.考核評價方面

給學(xué)生的考核評分大多采用傳統(tǒng)的作業(yè)提交加考試成績進(jìn)行綜合評價的方式，主要是以學(xué)生的考試成績來評定學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，忽略了學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評價。這種考核方式不利于豐富課堂的學(xué)習(xí)氣氛和提高教學(xué)的質(zhì)量與效率，也不能為社會培養(yǎng)出更多的復(fù)合型人才。

二、搭建一體化教學(xué)環(huán)境

由于一體化教學(xué)改革的深入，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)對學(xué)生實驗質(zhì)量要求越來越高。經(jīng)過近幾年的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)最多的問題是在教學(xué)過程中師生們被實驗硬件環(huán)境所困擾。實驗室的網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境在建設(shè)初期就被固定，不能根據(jù)實時的情況靈活改變，或者改變起來很困難。另外，教師不能集中給學(xué)生演示也是一件非常頭痛的事情。集中演示注重完整性與系統(tǒng)性，能極大地方便學(xué)生理解相應(yīng)的知識點。比如：在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目實驗中，同時需要多臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全設(shè)備、服務(wù)器、計算機(jī)等，教師把這些不同設(shè)備上的配置放到一個集中的演示平臺上進(jìn)行演示讓學(xué)生們觀摩完整的項目配置，能夠讓教師們省去反復(fù)插拔線纜、切換不同投影儀的時間，從而提高教學(xué)效率。

筆者通過參加學(xué)習(xí)與實踐，證實虛擬機(jī)技術(shù)可以解決上述在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全實驗教學(xué)中的困難，可以讓每一位教師與學(xué)生都擁有一間與真實實驗室一樣的高端網(wǎng)絡(luò)實驗室，并且具備更好的靈活性和擴(kuò)展性。虛擬實驗室是一個解決學(xué)校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全實驗課程的整體解決方案，是由多個使用虛擬化技術(shù)的部件組成，一般使用這種技術(shù)的平臺，仿真程度可以與真實設(shè)備基本相同。虛擬實驗室中最主要的兩個部件是virtualbox（或者是vmware軟件，這個軟件占用真機(jī)的系統(tǒng)資源較大，在這里不推薦使用）和gns3軟件。Virtualbox是虛擬機(jī)技術(shù)，早已被計算機(jī)專業(yè)教師們所熟悉，它以能100%仿真計算機(jī)而著名。gns3是一個集成多個軟件的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的模擬器，在這個軟件中導(dǎo)入思科的IOS鏡像文件就可以完全模擬思科網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的絕大部分的功能。通過實踐證明，以上的兩個軟件組合可以完成基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的所有實驗：VPN、QOS、病毒分析、入侵檢測、入侵防御、攻防演示、網(wǎng)絡(luò)存儲、災(zāi)難保護(hù)、數(shù)據(jù)加密、大型工程項目測試。在真實設(shè)備上能做的實驗，在虛擬實驗室肯定能完成。由于虛擬實驗室的整個部署過程可以被實施到一臺計算機(jī)上，所以當(dāng)面對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的多臺計算機(jī)或者設(shè)備執(zhí)行配置時，可以集中演示出完整的過程。對于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)具有破壞性的實驗如病毒分析、木馬分析、攻擊演示等，將被限制到虛擬實驗室中，既可讓學(xué)生看到破壞性的實驗結(jié)論又能控制破壞性的洪泛，不至于殃及整個校園網(wǎng)，也為學(xué)校節(jié)省了一筆購買硬件設(shè)備的資金。有了實驗的平臺之后，教師可以以課程設(shè)計的項目為載體，給學(xué)生講解相關(guān)技術(shù)原理和提出具體的項目要求，讓學(xué)生分組自行查閱資料進(jìn)行項目的分析與實施，實現(xiàn)“學(xué)中做”的過程。另外，學(xué)生可以通過完成模擬項目的實踐，培養(yǎng)學(xué)生的崗位意識、團(tuán)隊合作能力、組織協(xié)調(diào)能力等綜合職業(yè)素養(yǎng)，從而實現(xiàn)“做中學(xué)”的過程。教師改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生們通過完成實際項目安全操作來加深對相關(guān)理論知識的理解和吸收，并能在技能方面得到很大的提高，讓教學(xué)取得較好的成效。

三、課程內(nèi)容的設(shè)置

在一體化教學(xué)過程中，課程內(nèi)容的選擇是最關(guān)鍵的一步，也是一體化教學(xué)改革的重點內(nèi)容。采用項目式案例引導(dǎo)教學(xué)，理論知識與實踐內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，通過分配工作任務(wù)激發(fā)學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)。

我們通過近幾年的教學(xué)實踐，本著以學(xué)生掌握崗位技能、綜合技能為中心，開發(fā)出適合職業(yè)學(xué)校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)的項目式教材和工作頁，能實現(xiàn)對學(xué)生項目一體化的訓(xùn)練和較全面的考核機(jī)制。為了便于教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)，我們根據(jù)教材制定了8個大的實訓(xùn)項目，具體項目安排見下表。

四、一體化課程教學(xué)設(shè)計

目前，職業(yè)學(xué)校都在大力推行一體化教學(xué)改革和試點。傳統(tǒng)的以講授理論知識為重點的網(wǎng)絡(luò)安全課程很難吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在理論課上學(xué)生對相關(guān)知識點比較難以理解和掌握。為了提高教學(xué)質(zhì)量，我們通過努力研究，使用當(dāng)前流行的虛擬機(jī)技術(shù)搭建了可行的實驗環(huán)境，并且使用項目式作為主導(dǎo)的學(xué)材，積極進(jìn)行“做中學(xué)，學(xué)中做”一體化教學(xué)方法的探討與實踐。

在“做中學(xué)”的過程中，學(xué)生在做項目之前，要主動查閱資料，明確實驗的要求，了解完成實驗需要的相關(guān)理論知識，計劃好實驗方法與步驟，還要在完成項目的過程中善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。完成項目之后，學(xué)生的專業(yè)知識、獨立思考能力、自主學(xué)習(xí)能力和職業(yè)素養(yǎng)會有極大的提高。

“學(xué)中做”是以學(xué)習(xí)理論知識為主線，通過完成實踐操作來促進(jìn)教學(xué)過程的完善。在“學(xué)中做”的過程中，教師首先要從轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念開始，盡量少用以教師講授和實例演示為主的傳統(tǒng)教學(xué)，積極學(xué)習(xí)一體化教學(xué)方法，嘗試使用案例教學(xué)和項目教學(xué)等教學(xué)方法。設(shè)計項目時主要是采用由簡單到復(fù)雜和由單一到綜合的循序漸進(jìn)原則，在課堂上再根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知能力、專業(yè)基礎(chǔ)和個體特點來分組和完成不同的任務(wù)，做到因材施教，努力培養(yǎng)學(xué)生好學(xué)、樂學(xué)的優(yōu)良品質(zhì)。我們還要不斷地完善學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生的獲取知識的途徑要多元化。“學(xué)中做”的過程能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力。

另外，我們改變了傳統(tǒng)的主要以考試成績對學(xué)生進(jìn)行評價的考核方法，采用多種評價方式相結(jié)合的方式，重點以學(xué)生參與完成項目的過程考核為主，以平時表現(xiàn)和基礎(chǔ)理論知識考查成績?yōu)檩o，對學(xué)生進(jìn)行綜合考核。在評價方面，學(xué)生完成項目后，采用個人自評、小組自評、小組間互評和教師評價的方式，有條件的時候還可以引入企業(yè)專家的第三方評價，注重對學(xué)生動手能力、語言表達(dá)能力和團(tuán)隊合作能力的評價，體現(xiàn)考核的公平公正，又能對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣起到較好的激勵作用，有效地提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率和學(xué)生的綜合素質(zhì)。

五、小結(jié)

學(xué)校利用虛擬機(jī)技術(shù)成功創(chuàng)建虛擬實驗室，使計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程的實驗有了實施的可能，實驗教學(xué)質(zhì)量得到全面提升，取得了事半功倍的效果。在這個基礎(chǔ)之上，我們大膽在地在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程的教學(xué)中探索“學(xué)中做，做中學(xué)”的一體化教學(xué)實踐，使理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機(jī)地融為一體，從而可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的特長，增強(qiáng)學(xué)生的動手實踐能力和職業(yè)能力，提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

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（作者單位：惠州市技師學(xué)院）