創(chuàng)新計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)啟MOOE新時(shí)代

摘要：伴隨MOOC的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)課堂教學(xué)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)化，而隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等IT技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具備了實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)化的條件，在此背景下誕生了MOOE的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。文章介紹MOOE買(mǎi)驗(yàn)室的主要特點(diǎn)，闡述合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室關(guān)于MOOE的探索及其進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：MOOC；MOOE；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1 背景

1.1 教育在互聯(lián)網(wǎng)下的改革方興未艾

以MOOC（massive open online courses，大規(guī)模開(kāi)放式在線(xiàn)課程）誕生為標(biāo)志，教育在互聯(lián)網(wǎng)模式下的改革大潮逐步興起。自Coursera、Edx、Udacity三大知名MOOC平臺(tái)出現(xiàn)后，MOOC迅速席卷全球。在國(guó)內(nèi)，因?yàn)楸姸嗬蠋熀推髽I(yè)的參與也興起了很多MOOC平臺(tái)，2013年被稱(chēng)為中國(guó)的MOOC元年。

無(wú)論是老師還是學(xué)生，乃至主管機(jī)構(gòu)，大家對(duì)MOOC的關(guān)注更多是因?yàn)镸OOC這種互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)模式對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)間和空間上都有極大的拓展，有專(zhuān)家斷言今后50年的教育創(chuàng)新已經(jīng)到來(lái)。另一方面，在IT、互聯(lián)網(wǎng)界盛行的“互聯(lián)網(wǎng)思維”更是對(duì)MOOC作出新的解讀，互聯(lián)網(wǎng)思維模式下不僅誕生了互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)電視和互聯(lián)網(wǎng)快餐，也誕生了互聯(lián)網(wǎng)教育?；ヂ?lián)網(wǎng)正在利用其新模式的優(yōu)勢(shì)對(duì)教育行業(yè)變革產(chǎn)生持續(xù)的影響。

1.2 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的機(jī)遇

IT技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷過(guò)主機(jī)時(shí)代、局域網(wǎng)時(shí)代和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)伴隨著IT技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，但是受高校課堂教育的特殊要求和IT發(fā)展技術(shù)的限制，目前主流的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本還是以封閉實(shí)驗(yàn)室為主，停留在局域網(wǎng)時(shí)代。

MOOC時(shí)代的到來(lái)催生了MOOE（massiveopen online experiments，大規(guī)模開(kāi)放式在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)）這種全新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。MOOE采用云計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間、空間、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面的限制，能夠快速構(gòu)建各種復(fù)雜度高、隔離性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。眾所周知，MOOC打破了大學(xué)的圍墻，同樣MOOE也沖破了大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室。

MOOE的理念是伴隨MOOC的發(fā)展而出現(xiàn)的，與MOOC相比，它更加注重對(duì)課程內(nèi)容的實(shí)踐動(dòng)手能力，使得人們可以全面應(yīng)用并掌握相關(guān)課程知識(shí)。

2 MOOE實(shí)驗(yàn)室的主要特點(diǎn)

2.1 大規(guī)模

MOOE實(shí)驗(yàn)室的“大規(guī)模”體現(xiàn)在3個(gè)方面：大規(guī)模參與者、大規(guī)模應(yīng)用范圍和大規(guī)模實(shí)驗(yàn)容量。

MOOE的大規(guī)模參與者體現(xiàn)在幾乎所有的老師、學(xué)生和網(wǎng)絡(luò)安全愛(ài)好者都可以獲得MOOE實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)，這在傳統(tǒng)模式下是不能想象的。

MOOE的大規(guī)模應(yīng)用范圍指各類(lèi)學(xué)校、廣闊的地域、廣泛的行業(yè)領(lǐng)域以及各種類(lèi)型的教師和學(xué)習(xí)者。MOOE將實(shí)現(xiàn)校際之間、社會(huì)與大學(xué)之間的師資互動(dòng)，讓以前封閉在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的精品課程、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)名師等資源成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的典型資源，讓企業(yè)專(zhuān)家、行業(yè)的業(yè)務(wù)精英及他們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的有力補(bǔ)充。MOOE平臺(tái)將學(xué)校的深厚理論基礎(chǔ)和前沿研究成果與企業(yè)的最新實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、最新產(chǎn)品應(yīng)用、最新真實(shí)事件與數(shù)據(jù)等結(jié)合，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比，具有內(nèi)容全面和知識(shí)新穎的優(yōu)勢(shì)。

MOOE大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)容量主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能覆蓋相關(guān)專(zhuān)業(yè)的全部知識(shí)點(diǎn)；同一知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)將有不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。由于各類(lèi)教師對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解不同、對(duì)知識(shí)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)有差異、對(duì)社會(huì)實(shí)際情況掌握詳略不一，使得他們?yōu)镸OOE充實(shí)的實(shí)驗(yàn)將千變?nèi)f化，也就可能出現(xiàn)同一知識(shí)點(diǎn)在MOOE中擁有多個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的情況。這將更加有利于不同層次、不同經(jīng)歷和不同需求的學(xué)習(xí)者選擇不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作學(xué)習(xí)。

2.2 在線(xiàn)支持

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的主要缺陷在于場(chǎng)地受限、學(xué)習(xí)者規(guī)模受限、實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間受限、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分享受限等。MOOE通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式使任何實(shí)驗(yàn)參與者（anyone）能夠隨時(shí)（anytime）、隨地（anywhere）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)操作。當(dāng)MOOC在校園網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域或行業(yè)網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)絡(luò)等不同環(huán)境應(yīng)用時(shí)，MOOE可同步部署和應(yīng)用。

2.3 開(kāi)放性

無(wú)論是教師還是學(xué)生，只要有網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，即可使用MOOE。也就是說(shuō)，MOOE是一個(gè)開(kāi)放使用的平臺(tái)。同時(shí)，MOOE還是一個(gè)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果積累、檢驗(yàn)和推廣的平臺(tái)，是一個(gè)擁有教師個(gè)性化課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的平臺(tái)。這些內(nèi)容新穎、設(shè)計(jì)合理和方式獨(dú)特的課程和實(shí)驗(yàn)，將在MOOC平臺(tái)中得到學(xué)習(xí)者的認(rèn)可與肯定。

此外，學(xué)生也可對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)范圍、學(xué)習(xí)流程和學(xué)習(xí)方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，或提出適合自身需求的建議，從而充分體現(xiàn)MOOE平臺(tái)的以學(xué)習(xí)者（消費(fèi)者）為主導(dǎo)的氛圍，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式中“教師主導(dǎo)”的狀況，提升學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的氛圍。學(xué)生能在MOOE中通過(guò)溝通交流、學(xué)習(xí)筆記等形式探索并形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，最終獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

MOOE實(shí)驗(yàn)室充分繼承了MOOC教學(xué)的所有優(yōu)勢(shì)，在大規(guī)模、開(kāi)放、在線(xiàn)的旗幟下，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)很好地結(jié)合起來(lái)。廣大學(xué)生具備了隨時(shí)隨地開(kāi)展任何實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的條件，每人都可以有一個(gè)專(zhuān)屬自己的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)DIY的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

3 合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室的MOOE服務(wù)

合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室是合天智匯推出的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全方面的MOOE服務(wù)網(wǎng)站，該網(wǎng)站2013年推出，迄今已經(jīng)吸引了2萬(wàn)多名網(wǎng)絡(luò)安全愛(ài)好者、近百所高等學(xué)校的加入。該實(shí)驗(yàn)室遵循了MOOE的設(shè)計(jì)理念，其主要系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為以下兒層，如圖1所示。

（l）資源虛擬層：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和資源虛擬化的支持，從而形成對(duì)物理主機(jī)、物理存儲(chǔ)以及物理網(wǎng)絡(luò)的解耦和抽象

（2）實(shí)驗(yàn)仿真層：主要完成實(shí)驗(yàn)的建模、實(shí)例化等工作，仿真平臺(tái)支持實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕ⅰ⒐芾硪约扒腥?、切出等操作，并?shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安全隔離。

（3）應(yīng)用操作層：主要提供老師、學(xué)生、演練裁判、一般學(xué)習(xí)者等角色的用戶(hù)功能界面，提供實(shí)驗(yàn)規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)部署、演練實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)評(píng)估與考核等業(yè)務(wù)功能。

在合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)習(xí)者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)主要分為4個(gè)步驟：

（1）賬號(hào)注冊(cè)。在任何能夠訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的情況下訪(fǎng)問(wèn)該實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站，完成賬號(hào)的注冊(cè)與激活。

（2）課程選擇。登錄實(shí)驗(yàn)室，選擇感興趣的課程將其添加到自己的課程列表當(dāng)中。

（3）創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境。進(jìn)入課程實(shí)驗(yàn)頁(yè)面，點(diǎn)擊“創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境”按鈕即可完成實(shí)驗(yàn)環(huán)境的準(zhǔn)備工作。

（4）實(shí)驗(yàn)操作。登錄剛剛完成準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過(guò)瀏覽器即可登錄實(shí)驗(yàn)機(jī)器，對(duì)照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)進(jìn)行操作。

由上所述，合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室采用新型的設(shè)計(jì)架構(gòu)，擺脫了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以硬件為主的設(shè)計(jì)模式，通過(guò)MOOE方式在互聯(lián)網(wǎng)上開(kāi)放。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，而不必局限在有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)室空間之內(nèi)。

4 合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析

截至2014年12月，合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室共吸引網(wǎng)絡(luò)安全愛(ài)好者21092人，這些愛(ài)好者分布在全國(guó)約300所高校，其中有96所高校正式進(jìn)行MOOE實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)等國(guó)內(nèi)一流高校。合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室完成3萬(wàn)多網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，超過(guò)2014年全國(guó)所有高校信息安全專(zhuān)業(yè)總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的20%。以下是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析，以此驗(yàn)證MOOE模式的可行性。

1）學(xué)習(xí)時(shí)間拓展。

學(xué)生使用合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室MOOE的時(shí)間分析如圖2所示。

根據(jù)合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的分析，在下午18點(diǎn)到23點(diǎn)之間，系統(tǒng)仍然保持較高的訪(fǎng)問(wèn)量，因此MOOE模式在時(shí)間上極大拓寬了學(xué)生的自由度，學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望得到了有效釋放，這在傳統(tǒng)模式下是不可想象的，這種學(xué)習(xí)是在學(xué)生主動(dòng)的模式下實(shí)現(xiàn)的，意義尤為重要。

2）學(xué)習(xí)內(nèi)容新穎。

合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提供方面有兩個(gè)大的設(shè)汁：一是提供各種基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)，包括計(jì)算機(jī)病毒、防火墻、Web應(yīng)用安全、網(wǎng)絡(luò)攻擊與對(duì)抗等傳統(tǒng)課程，滿(mǎn)足學(xué)生基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的需求；二是充分利用MOOE的優(yōu)勢(shì)，及時(shí)跟蹤網(wǎng)絡(luò)安全熱點(diǎn)事件，不間斷地推出新實(shí)驗(yàn)。在2014年里，合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室先后推出了心臟滴血漏洞實(shí)驗(yàn)、破殼漏洞實(shí)驗(yàn)、12306撞庫(kù)實(shí)驗(yàn)、XP挑戰(zhàn)賽培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)、XCTF練習(xí)實(shí)驗(yàn)等一系列課程，這為學(xué)生根據(jù)熱點(diǎn)進(jìn)行興趣學(xué)習(xí)提供了良好的素材，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，解決了實(shí)驗(yàn)陳舊、更新慢的問(wèn)題。合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室的系列熱點(diǎn)課程見(jiàn)表1。

3）大規(guī)模的學(xué)生參與。

與傳統(tǒng)的幾十人同時(shí)做實(shí)驗(yàn)，幾個(gè)人共用一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備不同，在MOOE實(shí)驗(yàn)室中，大規(guī)模的學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)變成現(xiàn)實(shí)。表2是合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室熱門(mén)課程的統(tǒng)計(jì)情況，可見(jiàn)幾千人學(xué)習(xí)同一門(mén)課程的情況已經(jīng)出現(xiàn)，這些同學(xué)可以互相交流、互相討論、共同提高。他們可以對(duì)實(shí)驗(yàn)是否滿(mǎn)意發(fā)表意見(jiàn)，從而成為實(shí)驗(yàn)室真正的主人。

4）學(xué)牛學(xué)習(xí)需求得到極大滿(mǎn)足。

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室條件下，每學(xué)期學(xué)生在有限學(xué)時(shí)內(nèi)只能完成5-6個(gè)實(shí)驗(yàn)，而在合天網(wǎng)安的MOOE實(shí)驗(yàn)室中，每人每學(xué)期平均選課4門(mén)，完成實(shí)驗(yàn)10個(gè)；具有學(xué)習(xí)積極性的學(xué)生群體（在系統(tǒng)來(lái)看，反映為每月系統(tǒng)登錄次數(shù)40次以上者）平均選課達(dá)到13門(mén)，完成實(shí)驗(yàn)約20個(gè)，塒這部分學(xué)生群體而言，MOOE模式帶來(lái)的影響更大。

5 總結(jié)和展望

實(shí)踐表明，MOOE實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生具有巨大的價(jià)值和吸引力，值得我們進(jìn)一步將MOOE實(shí)驗(yàn)室模式向更多的學(xué)校和學(xué)生推廣。同時(shí)，目前IT技術(shù)的發(fā)展使得學(xué)校具備了改善傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的外界條件，更多傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室可以在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，沖破物理實(shí)驗(yàn)室的空問(wèn)和時(shí)問(wèn)限制，與MOOC一樣實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互聯(lián)網(wǎng)化。

按照新的教學(xué)改革思路，教育問(wèn)題除去關(guān)注傳統(tǒng)的“教”之外，更要開(kāi)始關(guān)注“育”的問(wèn)題，所謂育就是要?jiǎng)?chuàng)造一切條件，讓人才更好地自我成長(zhǎng)——無(wú)限放大自學(xué)。通過(guò)支持學(xué)生自學(xué)，幫助學(xué)生走向真正的自主學(xué)習(xí)，因此MOOE實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)為人才的自我成長(zhǎng)提供了良好的支持，這也成為大力發(fā)展MOOE實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的重要支撐

隨著越來(lái)越多的MOOE實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)，我們相信，未來(lái)2-3年內(nèi)，MOOE實(shí)驗(yàn)室將會(huì)成為高校信息安全實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的趨勢(shì)和方向。我們不但迎來(lái)一個(gè)MOOC時(shí)代，也將迎來(lái)一個(gè)MOOE時(shí)代。