網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專(zhuān)業(yè)《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

楊興春，王 剛，李朝榮

(1.四川警察學(xué)院 四川瀘州 646000；2.宜賓學(xué)院 四川宜賓 644000)

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)違法犯罪形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。為滿足公安機(jī)關(guān)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法人才的需求，2009年，經(jīng)教育部批準(zhǔn)，中國(guó)人民公安大學(xué)首次開(kāi)設(shè)“網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法”專(zhuān)業(yè)（以下簡(jiǎn)稱網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)），并于次年開(kāi)始招生。2012年，教育部正式頒文公布網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法為工學(xué)門(mén)類(lèi)下的公安技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)，此后，國(guó)內(nèi)眾多公安院校陸續(xù)獲批開(kāi)設(shè)該專(zhuān)業(yè)。

由于網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)要求學(xué)生掌握與計(jì)算機(jī)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，因此，其課程設(shè)置也引入了部分計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)（以下簡(jiǎn)稱計(jì)科專(zhuān)業(yè)）的核心課程。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)公安院校的網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)大多從計(jì)科專(zhuān)業(yè)過(guò)渡而來(lái)，但是網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)又不同于計(jì)科專(zhuān)業(yè)。根據(jù)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)定位，前者的課程設(shè)置及課程內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)緊緊圍繞學(xué)生未來(lái)的公安職業(yè)能力需要進(jìn)行設(shè)置。因此，沿用普通院校計(jì)科專(zhuān)業(yè)的課程大綱及實(shí)驗(yàn)大綱，對(duì)于學(xué)生的職業(yè)能力培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，是不合理且不科學(xué)的。從目前的情況來(lái)看，公安院校在網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)課程設(shè)置方面的相關(guān)研究和研討還較少。

一、網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)要求

我校在2014年獲準(zhǔn)開(kāi)設(shè)網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專(zhuān)業(yè)，并停辦“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”專(zhuān)業(yè)。根據(jù)我校普通本科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案（2015版），網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)旨在培養(yǎng)“掌握信息網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)管、互聯(lián)網(wǎng)巡查、網(wǎng)絡(luò)犯罪偵查和電子數(shù)據(jù)取證的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)與基本技能，具有開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法工作的職業(yè)核心能力、能在公安部門(mén)及相關(guān)領(lǐng)域從事網(wǎng)絡(luò)安全保衛(wèi)工作的應(yīng)用型專(zhuān)門(mén)人才”。

在職業(yè)能力培養(yǎng)方面，該方案要求學(xué)生“具備網(wǎng)絡(luò)犯罪偵查能力，具備電子數(shù)據(jù)證據(jù)發(fā)現(xiàn)、提取、固定保全、分析和鑒定的能力”；在職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)方面，要求學(xué)生“能夠系統(tǒng)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專(zhuān)業(yè)知識(shí)發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際問(wèn)題”。根據(jù)此培養(yǎng)方案，我校該專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課程包括專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)核心課兩大類(lèi)，其中，《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)》《數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用》等歸屬于專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》《網(wǎng)絡(luò)犯罪偵查》《網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)》《電子數(shù)據(jù)取證與鑒定》等歸屬于專(zhuān)業(yè)核心課。

二、《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)現(xiàn)狀

《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》（Operating System）是計(jì)科專(zhuān)業(yè)的核心課程，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力以及完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其重要性不言而喻。該課程主要講授：操作系統(tǒng)概論、進(jìn)程及其調(diào)度、內(nèi)存管理、外存管理、文件管理、外設(shè)管理、操作系統(tǒng)接口、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、系統(tǒng)安全、Unix/Linux系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)等[1]，國(guó)內(nèi)大部分高校將前面六部分內(nèi)容作為主要授課內(nèi)容，后面四部分內(nèi)容一般作為課外自學(xué)。

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方面，國(guó)外知名高校如普靈斯頓大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、哈佛大學(xué)等的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)，都非常重視《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間至少持續(xù)兩周甚至以上[2]，并且課程實(shí)踐的成績(jī)一般占到總成績(jī)的50%以上[3][4]。國(guó)內(nèi)的部分高校也非常重視該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如浙江大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等都開(kāi)設(shè)有獨(dú)立的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)課程[3]。

國(guó)外和國(guó)內(nèi)的部分知名高校將《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》實(shí)驗(yàn)內(nèi)容定位于對(duì)操作系統(tǒng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，其難度較大[5]。國(guó)內(nèi)普通高校的計(jì)科專(zhuān)業(yè)，因考慮到學(xué)生未來(lái)的職業(yè)能力需要和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，都有針對(duì)性的降低了該課程的實(shí)驗(yàn)難度，一般以驗(yàn)證性和模擬性的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為主，其開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括：進(jìn)程同步的模擬、進(jìn)程調(diào)度算法模擬、虛擬存儲(chǔ)器管理、硬盤(pán)調(diào)度算法模擬、文件與目錄管理、Linux基本操作等。但是，目前許多高校仍然存在操作系統(tǒng)課程理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題[6]。針對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，我校原計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1所示。

表1 原課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)我校網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案和《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》課程大綱，該課程為64學(xué)時(shí)（其中實(shí)驗(yàn)20學(xué)時(shí)），要求學(xué)生了解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基本功能和特點(diǎn)，理解進(jìn)程的并發(fā)和同步，熟悉處理機(jī)調(diào)度策略，理解操作系統(tǒng)的內(nèi)存和外存管理機(jī)制，以及理解操作系統(tǒng)對(duì)文件的管理和外部設(shè)備的管理，并掌握Linux基本操作。

由于教學(xué)內(nèi)容較多，并且網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案不同于計(jì)科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案，前者更強(qiáng)調(diào)與公安執(zhí)法相結(jié)合，而且突出實(shí)踐性和應(yīng)用性，而計(jì)科專(zhuān)業(yè)強(qiáng)調(diào)對(duì)操作系統(tǒng)的原理及其實(shí)現(xiàn)的理解和掌握。因此，對(duì)于網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》課程，其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及其內(nèi)容設(shè)計(jì)，應(yīng)不同于計(jì)科專(zhuān)業(yè)對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)要求。

在理論課教材的選取上，我們選用湯小丹等人主編的《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》第四版[1]，該書(shū)系國(guó)內(nèi)眾多高校計(jì)科專(zhuān)業(yè)選用教材，其內(nèi)容全面、難易適當(dāng)且通俗易懂。根據(jù)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)安全與執(zhí)法實(shí)際工作內(nèi)容，我們對(duì)《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及其內(nèi)容進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，旨在理論聯(lián)系實(shí)際，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的理解。所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)主要基于主流的Windows平臺(tái)，并將實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型分為應(yīng)用型和驗(yàn)證型兩大類(lèi)，前者強(qiáng)調(diào)實(shí)用和應(yīng)用性，后者強(qiáng)調(diào)對(duì)操作系統(tǒng)原理的驗(yàn)證。采用課內(nèi)集中實(shí)驗(yàn)和課外自主實(shí)踐的方式，要求學(xué)生完成每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求如下：

（一）軟件安裝

實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合型

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.利用工具軟件或命令對(duì)硬盤(pán)分區(qū)和格式化；2.Windows 7、Windows 10或其他Windows版本的安裝；3.常用辦公軟件、殺毒軟件、程序開(kāi)發(fā)軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的安裝及卸載；4.虛擬機(jī)的安裝和使用。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏炀氄莆誛indows系統(tǒng)、虛擬機(jī)及常用軟件的安裝和卸載，培養(yǎng)Windows系統(tǒng)的操作能力。

課時(shí)：3學(xué)時(shí)+課外實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)要求：獨(dú)立完成，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告

對(duì)應(yīng)章節(jié)：操作系統(tǒng)概論

（二）進(jìn)程信息獲取

實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證型、研究型

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.觀察Windows任務(wù)管理器，查看系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行的各進(jìn)程的相關(guān)信息；2.通過(guò)專(zhuān)業(yè)工具軟件，如Process Monitor及Process Explorer[7]等，查看進(jìn)程相關(guān)信息；3.擴(kuò)展內(nèi)容：利用高級(jí)語(yǔ)言，編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的多進(jìn)程或多線程程序。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏炀氄莆諏?duì)進(jìn)程信息的查看和提取，培養(yǎng)電子數(shù)據(jù)提取能力。

課時(shí)：3學(xué)時(shí)+課外實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)要求：獨(dú)立完成，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告

對(duì)應(yīng)章節(jié)：進(jìn)程及其調(diào)度

（三）內(nèi)存數(shù)據(jù)獲取

實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證型、研究型

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.利用命令，查看內(nèi)存相關(guān)信息；2.利用工具軟件，如Redline[8]、EnCase[9]，獲取內(nèi)存相關(guān)數(shù)據(jù)；3.擴(kuò)展內(nèi)容：利用高級(jí)語(yǔ)言，編寫(xiě)程序，模擬實(shí)現(xiàn)頁(yè)面置換算法。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏炀氄莆諏?duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)的查看和提取，培養(yǎng)電子數(shù)據(jù)提取能力。

課時(shí)：3學(xué)時(shí)+課外實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)要求：獨(dú)立完成，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告

對(duì)應(yīng)章節(jié)：內(nèi)存管理

（四）常見(jiàn)文件格式分析

實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證型

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.分析EXE和COM類(lèi)型文件格式；2.分析JPEG、BMP、GIF、PNG等圖片文件格式。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏炀氄莆粘Ｓ梦募母袷?，為?jì)算機(jī)病毒分析打下基礎(chǔ)。

課時(shí)：4學(xué)時(shí)+課外實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)要求：獨(dú)立完成，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告

對(duì)應(yīng)章節(jié)：文件管理

（五）NTFS文件系統(tǒng)分析

實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：驗(yàn)證型、研究型

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.NTFS文件系統(tǒng)分析；2.硬盤(pán)數(shù)據(jù)恢復(fù)。3.擴(kuò)展內(nèi)容：U盤(pán)數(shù)據(jù)恢復(fù)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏炀氄莆誑TFS文件系統(tǒng)格式，培養(yǎng)基本的電子數(shù)據(jù)恢復(fù)能力。

課時(shí)：4學(xué)時(shí)+課外實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)要求：可分組完成，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告

對(duì)應(yīng)章節(jié)：外存管理

（六）Linux操作

實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：綜合型

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.Linux安裝；2.Linux基本操作；3.Linux系統(tǒng)簡(jiǎn)單配置；4.擴(kuò)展內(nèi)容：Linux網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏炀氄莆誏inux操作系統(tǒng)，培養(yǎng)基于Linux系統(tǒng)取證的基本能力。

課時(shí)：3學(xué)時(shí)+課外實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)要求：可分組完成，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告

對(duì)應(yīng)章節(jié)：操作系統(tǒng)概論、操作系統(tǒng)接口

對(duì)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（五）和（六），考慮到其綜合性和實(shí)用性較強(qiáng)，學(xué)生可以采用分組的方式進(jìn)行，旨在培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。上述實(shí)驗(yàn)的課內(nèi)學(xué)時(shí)合計(jì)為20學(xué)時(shí)，除擴(kuò)展內(nèi)容外，均為必做項(xiàng)目，其總成績(jī)占期末考核成績(jī)的30%。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)網(wǎng)安專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)要求，以及考慮到學(xué)生未來(lái)職業(yè)技能的需要，我們重新設(shè)計(jì)了專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及其內(nèi)容。所設(shè)計(jì)的六大實(shí)驗(yàn)分別對(duì)應(yīng)于授課教材的相應(yīng)章節(jié)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將操作系統(tǒng)原理與其實(shí)際應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并采取課內(nèi)集中實(shí)驗(yàn)與課外自主實(shí)踐的方式，旨在不斷提升學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的深刻理解。后續(xù)工作將持續(xù)跟蹤實(shí)際的教學(xué)效果，并適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求等。