計算機信息安全教學研究

李洋+肖念+黃栗

【摘 要】隨著網(wǎng)絡技術的蓬勃發(fā)展，網(wǎng)絡環(huán)境下的信息技術教學成為歷史的必然。本文針對計算機網(wǎng)絡安全實驗教學的現(xiàn)狀及存在的問題，詳細分析從優(yōu)化實驗教學內容、構建高效實驗平臺、創(chuàng)新實驗教學模式、改進考核評價機制等四個方面進行改革與創(chuàng)新的具體舉措。教學實踐表明，取得良好的實驗教學成效。

【關鍵詞】網(wǎng)絡環(huán)境；計算機網(wǎng)絡安全；實驗教學 ；有效性教學

1.現(xiàn)狀與存在的問題

計算機網(wǎng)絡安全實驗教學的目標旨在培養(yǎng)學生的實際應用能力，學生在掌握各種網(wǎng)絡攻擊技術原理的基礎上，能夠針對不同環(huán)境下的網(wǎng)絡應用規(guī)劃、設計安全方案，并實施有效的網(wǎng)絡安全管理。而單純利用實驗室組建局域網(wǎng)進行實驗教學無法滿足這一培養(yǎng)目標的要求。概括而言，當前實驗教學過程中存在以下主要問題[2，3]。

1.1實驗學時相對偏少。目前大部分高校還是以理論教學為主，實踐教學為輔。以筆者所在學校為例，計算機網(wǎng)絡安全課程48學時中理論教學占40學時，實驗教學僅8學時，教師在設計實驗項目時只能覆蓋相對有限的幾個網(wǎng)絡安全原理，而學生實際遇到的網(wǎng)絡安全問題很可能是多個問題的集合，這也導致了實驗內容零散、實驗項目單一的問題。

1.2實驗內容的特殊性。計算機網(wǎng)絡安全實驗很可能會對實驗室中計算機系統(tǒng)的硬件或軟件帶來不可逆轉的破壞。安裝還原保護卡使得需要特定配置的實驗無法正常進行，但如果取消還原保護卡，又可能會導致計算機系統(tǒng)出現(xiàn)運行緩慢、死機、文件被刪除、更改或大量復制等異?，F(xiàn)象，甚至導致系統(tǒng)崩潰，從而影響其他課程的實驗教學工作。

1.3實驗效果的不確定性。一是實驗的集中進行，容易導致計算機系統(tǒng)的配置被頻繁更改，感染多種惡意代碼，導致實驗失敗。二是實驗需要多臺計算機協(xié)同操作，例如分布式拒絕服務攻擊過程實驗，一個班級的學生通常在40人左右，分組以2～4人為宜，則分組數(shù)至少為10組，需要大量的物理設備，加重設備的維護成本，實驗效果不明確。

2.改革與創(chuàng)新的具體舉措

針對上述問題，筆者認為應從優(yōu)化實驗教學內容、構建高效實驗平臺、創(chuàng)新實驗教學模式、改進考核評價機制等四個方面對計算機網(wǎng)絡安全實驗教學進行改革與創(chuàng)新，以期能有效提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新實踐能力。

2.1優(yōu)化實驗教學內容

精心選取與優(yōu)化設置實驗教學內容，是提高實驗教學質量的重要途徑。實驗項目的設計應由淺入深、由易到難、由局部到整體，體現(xiàn)由演示到應用再到設計的進階式過程。具體到網(wǎng)絡安全課程，前期的實驗項目應設置網(wǎng)絡基礎知識和加密技術，讓學生建立起網(wǎng)絡安全的基本概念；然后按照從攻擊到防御的思路，先分析掃描、監(jiān)聽以及各種攻擊技術，再過渡到對各類安全技術的介紹，包括系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡安全和應用安全技術等；最后將各個專項安全技術進行融合，實現(xiàn)網(wǎng)絡安全的整體解決方案，促使學生建立起對網(wǎng)絡安全體系架構的認識。

設置計算機網(wǎng)絡安全實驗教學的內容應遵循以下幾點原則：

2.1.1基礎性。理論基礎類實驗主要通過對系統(tǒng)進行基本的安全配置以加強安全防范，從而使學生充分理解和掌握計算機網(wǎng)絡安全涉及的理論知識。

2.1.2綜合性。將課程中基本原理和方法與實驗內容進行有機融合，設置成綜合的項目式實驗教學內容，各個實驗項目又相對獨立、完整，使學生形成對各種網(wǎng)絡安全問題的感性認識，提高解決實際問題的能力。

2.1.3典型性。實驗項目應突出某個計算機網(wǎng)絡安全理論在具體實踐中的典型應用過程。當學生在實際工作中遇到類似問題時，可借鑒這些典型實驗項目所體現(xiàn)出的通用解決方法。

2.1.4真實性。每個實驗項目應從某個具體的網(wǎng)絡安全事件入手，通過文檔、視頻等相關資料的展示對本項目所依托的真實案例進行詳細描述，以激發(fā)學生的實驗興趣，并引出實驗目標。還應適當增加有關網(wǎng)絡安全的前沿內容，以幫助學生了解業(yè)界的發(fā)展動態(tài)。

2.1.5障礙性。應通過對計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡和服務器配置使用多個網(wǎng)絡安全技術加以保護，給學生的實驗過程設置一些人為的障礙，以促使學生思考找出解決障礙的方法和途徑，大大提高實驗教學內容的吸引力，充分鍛煉學生解決實際網(wǎng)絡安全問題的能力。

2.2構建高效實驗平臺

計算機網(wǎng)絡安全實驗具有綜合性、應用性、攻防性及工程性等特點，對實驗環(huán)境有更高的要求。一些攻擊類的實驗還可能會對網(wǎng)絡環(huán)境、計算機系統(tǒng)產(chǎn)生破壞或負面的影響。實驗室一般會安裝還原保護卡等設備，當進行安全設置或安裝安全補丁、軟件等原因需要重啟計算機后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)便會恢復，實驗則無法繼續(xù)。因此，如何有效地平衡實驗室管理維護和實驗需求這一對矛盾，是構建網(wǎng)絡安全實驗教學環(huán)境和平臺需要重點考慮的因素。

一般而言，高效的網(wǎng)絡安全實驗環(huán)境和平臺應具備以下三個特點：

2.2.1實戰(zhàn)性。應在實驗環(huán)境和平臺中設置Web服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、郵件服務器、域名服務器等Internet中廣泛應用的信息系統(tǒng)，以模擬出可實戰(zhàn)的網(wǎng)絡環(huán)境作為計算機網(wǎng)絡安全攻擊與防御實驗的平臺。

2.2.2真實性。在網(wǎng)絡攻擊與防御實驗環(huán)境和平臺中存在的各種安全漏洞應來源于真實的網(wǎng)絡應用案例，上述的各個服務器系統(tǒng)應設置不同的安全級別，以體現(xiàn)交互式的網(wǎng)絡攻擊和防御過程。

2.2.3合作性。每個實驗小組由2～4名學生組成，小組內部形成小型局域網(wǎng)，實驗項目由小組成員協(xié)作完成，以培養(yǎng)學生獨立思考能力，強化學生的團隊合作意識和溝通交流能力。

虛擬機技術[4]是目前構建網(wǎng)絡安全實驗環(huán)境和平臺應用最為廣泛的技術，其通過軟件在物理機器上模擬出獨立的物理環(huán)境安裝或運行操作系統(tǒng)，可有效降低實驗成本，減少易耗品的消耗，且不受時間、空間的影響，可充分發(fā)揮現(xiàn)有設備的作用，也更適合要求相對苛刻、任務特殊而復雜的實驗。一方面，采用虛擬手段可有效隔離外部網(wǎng)絡環(huán)境，減少實驗安全事故的發(fā)生，降低對實驗設備造成的損害；另一方面，網(wǎng)絡安全實驗大多比較復雜，需要較多計算機設備，現(xiàn)有教學條件通常很難滿足大量學生同時進行實驗，采用虛擬機技術，可使實驗環(huán)境擴展性更好、利用率更高。目前較常見的虛擬機軟件有VMware、Virtual PC、Java虛擬機、UML、Xen和Bochs 等，其中VMware Workstation在實驗教學中應用最為廣泛。endprint

2.3創(chuàng)新實驗教學模式

實驗是在教師的指導下以學生為中心獲取技術經(jīng)驗的學習過程，應重點考查學生的學習效果和實踐能力，教師應由實驗步驟的演示者轉變?yōu)閷嶒炦^程的引導者，學生則應由被動的接受者轉變?yōu)閷嶒炦^程的主導者。在教學過程中，應采取開放的態(tài)度，教師僅提出實驗項目需要解決的問題和預期效果，不規(guī)定具體步驟和方法，不強求進度，不刻意追求實驗結果，由學生獨立思考設計方案、選擇軟件、實施步驟，以培養(yǎng)創(chuàng)新性思維，并鼓勵學生提出不同解決方案，并結合實驗結果進行探討。

筆者所在課程組根據(jù)幾年來的實際教學經(jīng)歷，認為采取分組實驗和對抗實驗的方式，更易于激發(fā)學生的實驗興趣，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。分組實驗可擺脫學生在實驗過程中的孤立性和被動性，學生通過交流討論開拓視野，提高動手動腦的興趣，鍛煉了組織、溝通和協(xié)作能力。對抗實驗可激發(fā)學生的興趣，如可通過監(jiān)聽QQ程序并公布學生的QQ帳號及其部分聊天內容，從而使學生產(chǎn)生對網(wǎng)絡監(jiān)聽技術做深入了解的興趣。又如冰河木馬實驗，學生通過控制與反控制的過程，加深對木馬工作原理的理解。

實驗教學模式改革與創(chuàng)新，就是要逐步從教師先講實驗原理和步驟，然后學生按照實驗指導書完成實驗的傳統(tǒng)模式，轉變到采用諸如任務驅動教學法、案例教學法、啟發(fā)式教學法等更有效的教學手段，調動學生的主觀能動性，提高學生自主學習的能力。具體而言，任務驅動教學法，就是在教師指導下以學生為中心的學習，教師起組織、指導、幫助和促進的作用，利用情境、協(xié)助、會話等學習環(huán)境要素充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，最終達到學生實現(xiàn)對當前所學知識意義建構的目的。案例教學法則以案例為基本教學材料，將學生引入具體的問題情境中積極思考、主動探索，以提高教與學的質量與效果。啟發(fā)式教學，可在充分發(fā)揮教師主導作用的前提下，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學習主動性。

CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）是當今國際高等工程教育的一種新模式[6]，由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學共同倡導。該模式更加注重扎實的工程基礎理論和專業(yè)知識的培養(yǎng)，以構思、設計、實施及運作全過程為載體來培養(yǎng)學生的工程實踐能力。CDIO倡導做中學（Learning by Doing）和基于項目教育和學習（Project Based Education and Learning）的新型教學模式，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程，培養(yǎng)學生的工程能力、職業(yè)道德、學術知識、運用知識解決問題的能力、終生學習能力、團隊協(xié)作能力、交流能力和大系統(tǒng)掌控能力，從而培養(yǎng)既有過硬專業(yè)技能，又有良好職業(yè)道德的國際化工程師。顯見，CDIO工程教育模式與計算機網(wǎng)絡安全實驗教學的目標非常契合，采用CDIO工程教育模式來設計計算機網(wǎng)絡安全實驗教學過程是可行的。

3.結論

計算機網(wǎng)絡安全技術的發(fā)展日新月異，許多新的實驗教學理念和實驗教學模式也相繼出現(xiàn)。因此在今后的教學過程中，課程組需要進一步總結、研究、探索、創(chuàng)新和實踐更適合計算機網(wǎng)絡安全實驗教學的新理論、新模式和新方法。另外，打鐵還需自身硬，教師亦需要不斷提高自身的工程素質和實踐能力。

參考文獻：

[1]石志國，薛為民，尹浩.計算機網(wǎng)絡安全教程[M].第2版.北京：清華大學出版社，北方交通大學出版社，2011.

[2]賀惠萍，榮彥，張?zhí)m.虛擬機軟件在網(wǎng)絡安全教學中的應用[J].實驗技術與管理，2011，28（12）：112-115.

[3]廉龍穎，王希斌，陳榮麗，等.網(wǎng)絡安全技術實驗課程P+T+E教學模式研究[J].教學研究，2012，35（6）：100-102.endprint