基于云計算虛擬化平臺的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)改革

趙月愛+張麗

摘要：針對目前網(wǎng)絡(luò)安全課程理論知識落后于行業(yè)發(fā)展以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱的問題，本文以地方應(yīng)用型學(xué)校計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生為研究對象進(jìn)行深入分析，提出了基于云計算虛擬化實訓(xùn)平臺的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)改革方法，以期構(gòu)建科學(xué)的教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全；教學(xué)改革；云計算虛擬化實訓(xùn)平臺； 多元化

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）09-0093-03

引言

在傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)中，許多高校都是沿襲以理論知識為主、實踐為輔的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式不利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才，它使學(xué)生始終作為被動的接受者，感到學(xué)習(xí)乏味，缺乏積極主動性，無法將學(xué)到的知識融會貫通，以致在畢業(yè)時很難在短時間內(nèi)勝任計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全管理和維護(hù)、研發(fā)與應(yīng)用等方面的工作。因此，對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面的改革勢在必行。筆者經(jīng)過多年的網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)和研究，對基于云計算虛擬化實訓(xùn)平臺的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程進(jìn)行了教學(xué)改革，以期培養(yǎng)適應(yīng)企業(yè)需求的應(yīng)用型的信息安全專業(yè)人才。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程發(fā)展現(xiàn)狀

1.課程內(nèi)容滯后

計算機(jī)知識更新速度快，導(dǎo)致現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程理論內(nèi)容滯后于行業(yè)發(fā)展。雖然學(xué)校設(shè)置的實驗項目較多，但實驗內(nèi)容單一，并且不同實驗之間彼此獨(dú)立，缺乏系統(tǒng)性和綜合性。

2.教學(xué)模式陳舊

傳統(tǒng)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課程大多依賴于理論知識的傳授，而忽視實踐教學(xué)。課堂以教師為主體，實驗也是教師提供實驗指導(dǎo)資料，然后學(xué)生按照實驗指導(dǎo)進(jìn)行操作，最后交付實驗報告。在教學(xué)過程中，學(xué)生始終是被動的接受者，這限制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

3.實驗條件相對落后

目前，國內(nèi)一些大學(xué)雖已開設(shè)或準(zhǔn)備開設(shè)網(wǎng)絡(luò)安全室，但是由于實驗設(shè)備的種類和數(shù)量不足，加上缺乏教育經(jīng)費(fèi)，所以實驗室相對落后，實踐教學(xué)條件無法滿足教學(xué)需求。即使有些實驗可以采用VMware虛擬機(jī)搭建實驗環(huán)境來實現(xiàn)，但這對機(jī)器的配置要求較高，使得學(xué)生把大量的時間浪費(fèi)在了反復(fù)重建虛擬環(huán)境上。

4.學(xué)生考核機(jī)制單一

現(xiàn)有的學(xué)生考核機(jī)制是以理論知識考核為主，實踐教學(xué)所占比重很低，并且實踐教學(xué)考核主要是對實驗報告打分，這極大地影響了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，忽視了對學(xué)生創(chuàng)新能力的考核。

云計算虛擬化實訓(xùn)平臺

51elab北京易霖博云計算虛擬化實訓(xùn)平臺（以下簡稱“云計算平臺”）是采用虛擬化和云計算技術(shù)開發(fā)的，用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全實訓(xùn)的軟硬件一體化平臺。教師可以根據(jù)教學(xué)大綱，結(jié)合收集的最新行業(yè)動態(tài)制訂教學(xué)計劃。在云計算平臺上導(dǎo)入新建課程，添加相應(yīng)實驗內(nèi)容，安排必修課程和選修課程供學(xué)生選擇學(xué)習(xí)。同時，平臺支持教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度靈活定制考試相關(guān)試題，提供單選、多選、簡答和實戰(zhàn)考試場景以及調(diào)整后續(xù)課程內(nèi)容的安排。平臺還支持在線查看學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)展情況。平臺不僅可以統(tǒng)計學(xué)生在線人數(shù)和查看學(xué)生考試結(jié)果，還可以在學(xué)期末發(fā)布調(diào)查問卷，收集授課教師和學(xué)生對課程安排的意見和建議，以便日后改進(jìn)。平臺的主要模塊及功能如表1所示。

基于云計算虛擬化實訓(xùn)平臺的教學(xué)改革

1.制訂層次化的教學(xué)內(nèi)容

利用云計算虛擬化實訓(xùn)平臺，應(yīng)充分考慮學(xué)生的專業(yè)、興趣以及今后的發(fā)展方向，結(jié)合職業(yè)技能需求，制訂層次化的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)研究型、分析型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型、綜合型等不同類型的網(wǎng)絡(luò)安全人才。教學(xué)團(tuán)隊先將設(shè)計好的實驗課程和項目統(tǒng)一發(fā)布到平臺，然后教師為不同類型的培養(yǎng)目標(biāo)選擇不同層次的實驗課程和項目，學(xué)生在完成教師制訂的實驗課程的基礎(chǔ)上，還可以自主選修平臺已發(fā)布的實驗課程進(jìn)行學(xué)習(xí)（如表2）。

2.根據(jù)研究點(diǎn)展開深入學(xué)習(xí)

教師安排理論課程時可以根據(jù)研究點(diǎn)提供相關(guān)方面的內(nèi)容。例如，在學(xué)習(xí)基于Android平臺的惡意代碼的分析與檢測、高速網(wǎng)絡(luò)入侵檢測技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)的攻擊和檢測等方面內(nèi)容時，學(xué)生可根據(jù)自己的研究點(diǎn)展開深入學(xué)習(xí)，將其作為自己畢業(yè)論文的設(shè)計題目。

3.創(chuàng)建多元化的教學(xué)模式

（1）創(chuàng)新教學(xué)手段，制訂靈活多樣教學(xué)方法

①案例式教學(xué)。教師在理論教學(xué)過程中引入行業(yè)近期發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)安全實例，讓學(xué)生參與討論，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并積極尋找解決問題的途徑的能力。例如，針對很多網(wǎng)站的用戶密碼泄露問題，教師會先分析用戶密碼泄露的原因，然后讓學(xué)生討論并提出各種保護(hù)用戶密碼安全的策略。

②任務(wù)驅(qū)動教學(xué)。教師通過呈現(xiàn)任務(wù)分解、任務(wù)實施及任務(wù)評價等方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲。例如，教師可以將某高校校園網(wǎng)安全解決方案，分解成校園網(wǎng)的信息安全管理、安全組網(wǎng)、病毒檢測、入侵檢測、安全網(wǎng)站設(shè)計等方案，學(xué)生通過完成這些方案能加深對理論知識的理解，同時具備基本的中小型網(wǎng)絡(luò)組建、管理和維護(hù)的能力。

③自主式教學(xué)。云計算平臺資源能為學(xué)生提供不同層次的實踐教學(xué)內(nèi)容，以便他們根據(jù)自己的興趣選擇課程展開學(xué)習(xí)，這有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)不同類型的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)人才。

（2）改革實踐教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式往往是教師提供實驗指導(dǎo)書，然后學(xué)生按照書上的內(nèi)容按部就班地進(jìn)行實驗操作。這極大地影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，很難培養(yǎng)他們獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力。而多元化的實踐教學(xué)模式以學(xué)生為主體，弱化了教師的主導(dǎo)作用，注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、提出問題、分析問題、解決問題的能力，鼓勵學(xué)生忠于應(yīng)用，勇于創(chuàng)新。多元化的實踐教學(xué)主要有以下幾種模式：

①實驗練習(xí)。學(xué)生登錄云計算平臺，進(jìn)入實驗課程，首先學(xué)習(xí)平臺提供的實驗指導(dǎo)書，如果在學(xué)習(xí)過程中遇到問題，可由教師來解答。然后學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書在平臺上進(jìn)行實驗操作，切實掌握每一個知識點(diǎn)。

②實驗創(chuàng)新。在實驗練習(xí)完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，包括教師創(chuàng)新和學(xué)生自主創(chuàng)新兩種方式。教師創(chuàng)新是指教師只給出最終實驗?zāi)繕?biāo)，由學(xué)生自己分析、設(shè)計、實現(xiàn)；學(xué)生自主創(chuàng)新是指學(xué)生在已完成基本要求的實驗基礎(chǔ)上，依據(jù)自己對實驗的理解還可以實現(xiàn)的實驗操作。

③理論與實際應(yīng)用相結(jié)合。針對實際網(wǎng)絡(luò)安全問題，以小組為單位設(shè)計解決方案。要求小組學(xué)生對實際問題進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全需求客觀分析，綜合網(wǎng)絡(luò)安全課程實驗，設(shè)計解決方案。例如，在安全網(wǎng)站設(shè)計中，要求學(xué)生涉及用戶的密碼加密、數(shù)據(jù)庫加密、SSH協(xié)議應(yīng)用和訪問控制等方面內(nèi)容。

4.制定合理的考核方式

（1）試卷考核

教學(xué)團(tuán)隊對試題庫進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)，適時增減考試題目，各任課教師可以靈活安排時間組織考核。教師先在云計算平臺上選題組卷，然后發(fā)布試題，安排考試學(xué)生；學(xué)生登錄賬號進(jìn)行考試，在規(guī)定的時間內(nèi)完成所有題目后提交試卷，時間截止后系統(tǒng)會自動提交未完成的試卷。如果是客觀題，系統(tǒng)會自動閱卷；如果是主觀題，則需要教師手工閱卷。試題最終審閱結(jié)束后，系統(tǒng)會自動生成對教學(xué)有指導(dǎo)價值的成績分析報表，以便教師及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)方法。

（2）實踐考核

①過程考核。它強(qiáng)調(diào)對學(xué)生出勤、云平臺上的自主學(xué)習(xí)記錄、團(tuán)隊合作、創(chuàng)新等能力的考核。

②目標(biāo)考核。它強(qiáng)調(diào)對學(xué)生實驗項目進(jìn)度以及對實際網(wǎng)絡(luò)安全問題解決情況的考核。

結(jié)語

基于云計算虛擬化實訓(xùn)平臺的教學(xué)改革與實踐，能夠幫助學(xué)生切實把握該課程的知識內(nèi)涵，進(jìn)一步提高學(xué)生的理論與實踐水平。今后，教師一方面要主動深入企業(yè)學(xué)習(xí)，觀察培養(yǎng)目標(biāo)與方向是否緊跟行業(yè)發(fā)展需要，以便在課程內(nèi)容選擇、實踐內(nèi)容設(shè)計等方面不斷改進(jìn)，及時調(diào)整改革的方向；另一方面要鼓勵指導(dǎo)更多的學(xué)生參加技能大賽，使其在實踐中檢驗自己，提高自己。

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作者簡介：趙月愛（1974—），女，山西祁縣人，副教授，博士，CCF會員（07334M），研究方向為智能信息處理和網(wǎng)絡(luò)安全。

基金項目：國家自然基金項目“用戶行為數(shù)據(jù)”稀疏表示的理論與方法研究61273294；山西省自然基金項目不平衡數(shù)據(jù)流重抽樣和學(xué)習(xí)算法研究2015011039；山西省科技攻關(guān)計劃項目高速網(wǎng)絡(luò)入侵檢測技術(shù)研究20110321024-02。