基于BOPPPS模型的“網(wǎng)絡(luò)安全”課程中反計(jì)算機(jī)病毒技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)

彭曉紅 鄔志紅

摘要：如何改進(jìn)教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，使得教學(xué)效果事半功倍，是擺在教師面前的重要課題。本文以“網(wǎng)絡(luò)安全”課程的計(jì)算機(jī)反病毒技術(shù)之“PE文件”相關(guān)內(nèi)容為例，基于BOPPPS模型將整個(gè)課程的教學(xué)過(guò)程分解到課前學(xué)習(xí)、課堂內(nèi)化和實(shí)踐強(qiáng)化三部分，就這三部分分別進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法;網(wǎng)絡(luò)安全;反病毒技術(shù);BOPPPS模型;教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G622? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）21-0049-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》[1]的文件精神，探索“以學(xué)生為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)成果驅(qū)動(dòng)”的教育教學(xué)新模式。以個(gè)人親歷而言，常常感覺(jué)在讀的大學(xué)生，特別是高年級(jí)學(xué)生無(wú)法跟上專業(yè)課教學(xué)的節(jié)奏，所講內(nèi)容只要稍稍超出教材，學(xué)生就會(huì)一臉茫然。如果只是少數(shù)學(xué)生如此或許可以說(shuō)得過(guò)去，如果是大多數(shù)學(xué)生都處在面對(duì)新知識(shí)的茫然中，就不得不說(shuō)中小學(xué)過(guò)分的應(yīng)試教育導(dǎo)致學(xué)生不能主動(dòng)學(xué)習(xí)。當(dāng)下在校大學(xué)生多數(shù)關(guān)心的是與他們切身利益、直接利益相關(guān)的以及社會(huì)上流行的IT相關(guān)的那部分知識(shí)，而我們?cè)诮淌诠J(rèn)的經(jīng)典理論和知識(shí)。這是矛盾的根源，但矛盾不僅限于此。因?yàn)槎昵?，?dāng)你在大學(xué)課堂面對(duì)教師的講授一臉茫然時(shí)，你不會(huì)懷疑大學(xué)教育的問(wèn)題，會(huì)自覺(jué)地從自身找原因，會(huì)利用業(yè)余時(shí)間加緊補(bǔ)課，以便迎頭趕上?，F(xiàn)在則不然，一些學(xué)生不僅不會(huì)反省自己，及時(shí)補(bǔ)課，反而會(huì)抱怨學(xué)校、教師等以各種消極方式逃避學(xué)習(xí)。大學(xué)中的知識(shí)斷裂是以經(jīng)典理論及相關(guān)知識(shí)的普遍被忽視或受冷落為標(biāo)志的。面對(duì)當(dāng)下大學(xué)生師生之間的知識(shí)斷裂，強(qiáng)化彼此之間的了解、溝通是基礎(chǔ)。以講解“網(wǎng)絡(luò)安全”課程中反計(jì)算機(jī)病毒技術(shù)為例，學(xué)生需要有相關(guān)病毒知識(shí)，了解相關(guān)逆向工具，涉及眾多的相關(guān)知識(shí)，如果上課采用傳統(tǒng)授課方法，只注重病毒原理和反病毒技術(shù)知識(shí)性的介紹，忽略課程內(nèi)容的實(shí)際應(yīng)用和學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性的調(diào)動(dòng)，教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程就會(huì)較為枯燥，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此如何改進(jìn)教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，使得教學(xué)效果事半功倍，是擺在任課教師面前的重要課題。

1 “網(wǎng)絡(luò)安全”課程存在問(wèn)題

理論部分往往以教師的課堂理論講授為主。課堂講授時(shí)，又以技術(shù)理論講解為主，學(xué)生在聽(tīng)取教師講述過(guò)程中被動(dòng)地汲取課程知識(shí)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性明顯很低，從而達(dá)不到理想的教學(xué)的效果。此外，教師過(guò)多關(guān)注嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)結(jié)構(gòu)，課堂灌輸內(nèi)容得不到及時(shí)內(nèi)化與溝通，沒(méi)有引導(dǎo)學(xué)生利用知識(shí)和技術(shù)去拓展學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)嚴(yán)重。“PE文件格式的分析和構(gòu)造”和“PE文件的加載、重定位和執(zhí)行過(guò)程”兩次實(shí)驗(yàn)是較為基本的有關(guān)病毒的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大三學(xué)生由于存在對(duì)知識(shí)的新鮮感大幅度降低，很多學(xué)生已將重心放在考研和找工作上，對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)只求知之甚少而拿學(xué)分的心態(tài)，因此如果教學(xué)形式缺乏課堂互動(dòng)的環(huán)節(jié)，課堂不具有雙向性和趣味性的話，教師很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

2 基于BOPPPS模型的課堂設(shè)計(jì)

BOPPPS是將教學(xué)內(nèi)容依起承轉(zhuǎn)合切分為六個(gè)階段，依序?yàn)椋号恚▽?dǎo)言）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（結(jié)果）、先測(cè)、參與式學(xué)習(xí)、后測(cè)及摘要（總結(jié)）。本文以課堂教授“PE文件”相關(guān)內(nèi)容為例，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化學(xué)習(xí)積累相關(guān)知識(shí)，把知識(shí)內(nèi)化為經(jīng)驗(yàn)和能力，培養(yǎng)和提高學(xué)生的分析問(wèn)題能力。為此，整個(gè)教學(xué)過(guò)程由課前學(xué)習(xí)、課堂內(nèi)化和實(shí)踐強(qiáng)化組成。

2.1 課前學(xué)習(xí)階段設(shè)計(jì)

此階段包括暖身（導(dǎo)言）、學(xué)習(xí)目標(biāo)（結(jié)果）。由于學(xué)生基礎(chǔ)的差異，有的編程基礎(chǔ)更好，有的更有興趣應(yīng)用軟件，由于已經(jīng)是大三學(xué)生，具備根據(jù)需要自行學(xué)習(xí)的能力，在學(xué)習(xí)之前，為了吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生選擇A和B兩種方案。A方案：課前自學(xué)王倍昌編寫(xiě)的《走進(jìn)計(jì)算機(jī)病毒》一書(shū)，達(dá)到普及DLL注入、Winsock劫持、協(xié)議劫持等知識(shí)的目的。B方案：課前自學(xué)戚利編寫(xiě)的《Windows PE權(quán)威指南》一書(shū)，從字節(jié)碼的角度對(duì)PE文件格式進(jìn)行研究，在基礎(chǔ)理論知識(shí)方面普及Windows異常處理知識(shí)，提高學(xué)生編程興趣，愿意投入充分的時(shí)間研究學(xué)習(xí)本門(mén)課程。學(xué)生可以自己組隊(duì)學(xué)習(xí)。

課前學(xué)習(xí)階段A方案學(xué)習(xí)目標(biāo)（結(jié)果）設(shè)計(jì)如下：

（1）初步了解病毒。第3章前5節(jié)相關(guān)內(nèi)容則必須讀，這些章節(jié)涉及很多基礎(chǔ)工具知識(shí)普及：如介紹進(jìn)程監(jiān)控、注冊(cè)表監(jiān)控、文件監(jiān)控工具、病毒行為綜合監(jiān)控工具[2]。

（2）進(jìn)一步了解病毒經(jīng)常使用的手法。第3章6、7節(jié)相關(guān)內(nèi)容則必須讀，這些章節(jié)涉及DLL注入、Winsock劫持、協(xié)議劫持等知識(shí)普及[2]。

（3）反匯編工具Ollydbg及IDA的熟練使用。

課前學(xué)習(xí)階段B方案學(xué)習(xí)目標(biāo)（結(jié)果）設(shè)計(jì)如下：

（1）初步了解PE。第1章通過(guò)PE字節(jié)碼閱讀器認(rèn)識(shí)PE文件。第2章了解三個(gè)常用小工具：PEDump十六進(jìn)制字節(jié)查看器、PEInfoPE結(jié)構(gòu)分析器、PEComp為PE文件比較器[3]。

（2）進(jìn)一步了解動(dòng)態(tài)加載技術(shù)。第11章相關(guān)內(nèi)容[3]。

（3）反匯編工具Ollydbg及IDA的熟練使用。

方案中的三點(diǎn)充分對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)（結(jié)果）的三要素：認(rèn)知、情意和技能。認(rèn)知方面：方案A學(xué)生認(rèn)識(shí)到病毒與程序關(guān)系，就是一段代碼。方案B學(xué)生認(rèn)識(shí)到PE病毒就是一段十六進(jìn)制字節(jié)碼。情意方面：方案A學(xué)生從價(jià)值觀上接受要學(xué)習(xí)反病毒就必須進(jìn)一步了解病毒經(jīng)常使用的手法，方案B學(xué)生從價(jià)值觀上接受要學(xué)習(xí)反病毒就必須進(jìn)一步了解動(dòng)態(tài)加載技術(shù)。技能方面：反匯編工具Ollydbg及IDA的熟練使用。

2.2 課堂內(nèi)化階段設(shè)計(jì)

此階段包括先測(cè)、參與式學(xué)習(xí)、后測(cè)及摘要（總結(jié)）。課堂內(nèi)化階段需要由教師用一刻鐘或半小時(shí)的時(shí)間講課，有針對(duì)性地講解同學(xué)們?cè)谡n前學(xué)習(xí)階段中可能遇到的困難、難以理解或需要注意的問(wèn)題。先測(cè)即兩個(gè)方案學(xué)生代表，可各派三個(gè)學(xué)生以課堂提問(wèn)方式，提出相關(guān)的問(wèn)題，可以增進(jìn)師生間的溝通，更能使學(xué)生有一種全新的感覺(jué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，活躍創(chuàng)新思維，鍛煉其在公眾場(chǎng)合的講說(shuō)能力[4]。讓大家掌握DLL注入和PE文件病毒可能的經(jīng)常使用的手法，進(jìn)而調(diào)整內(nèi)容的深度與進(jìn)度，達(dá)到先測(cè)的目的。參與式學(xué)習(xí)常見(jiàn)的做法，是將課堂參與者都拉入互動(dòng)的情境中。具體設(shè)計(jì)如下：

（1）課堂講解PE結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行原理。

（2）課堂上部分學(xué)生代表進(jìn)行講解，A方案學(xué)生把DLL注入介紹給大家，B方案學(xué)生把動(dòng)態(tài)加技術(shù)介紹給大家。

（3）課堂提問(wèn)方式：目標(biāo)是讓大家掌握PE文件病毒可能的經(jīng)常使用的手法。

（4）參與式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：由教師提出問(wèn)題，讓學(xué)生合作做出DLL注入;或者設(shè)計(jì)模擬動(dòng)態(tài)加載的環(huán)境實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載。

（5）總結(jié)：最后由教師將整個(gè)學(xué)習(xí)涉及知識(shí)及應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，針對(duì)效果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，保證學(xué)生知識(shí)的系統(tǒng)性和連續(xù)性。

（6）后測(cè)：繼續(xù)給學(xué)生布置實(shí)踐任務(wù)。方案A學(xué)生：完成用特定的工具手工構(gòu)造一個(gè)基于PE結(jié)構(gòu)的可執(zhí)行文件。方案B學(xué)生：編寫(xiě)一個(gè)Loader程序，把指定的文件加載到期望的地址處，并控制其執(zhí)行?？紤]到部分學(xué)生“吃不飽”，還可以增加團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式，即方案C：3-4人一個(gè)小組完成一個(gè)補(bǔ)丁開(kāi)發(fā)工具。

2.3 實(shí)踐強(qiáng)化階段設(shè)計(jì)

實(shí)踐環(huán)節(jié)是能力培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)踐環(huán)節(jié)與教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合保證學(xué)生充分成就自己，愿意投入充分的時(shí)間研究學(xué)習(xí)本門(mén)課程。在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，為了保證學(xué)生持續(xù)保持濃厚的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)踐環(huán)節(jié)分A、B和C三個(gè)方案。意味分為三個(gè)層次：A方案為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，主要是樹(shù)立學(xué)生的自信心，培養(yǎng)學(xué)生形成概念、解決問(wèn)題能力及學(xué)生學(xué)會(huì)提出問(wèn)題的能力;B方案為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，主要是培養(yǎng)學(xué)生直接思維、發(fā)散思維和歸納思維的能力，以及以批評(píng)的方式系統(tǒng)推理的能力;C方案為綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

不鼓勵(lì)采取方案A和B?，F(xiàn)代社會(huì)需要團(tuán)隊(duì)工作模式，團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)不僅能讓大家提高學(xué)習(xí)效率，而且能幫助大家開(kāi)闊視野，促使大家從多角度理解知識(shí)和看待問(wèn)題。尤其是在團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的過(guò)程中能學(xué)到團(tuán)隊(duì)合作精神，在與團(tuán)隊(duì)成員們共同探索和解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)會(huì)如何溝通、如何協(xié)商、如何處理問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)。方案C組建團(tuán)隊(duì)時(shí)應(yīng)該成員水平相當(dāng)，制定合理的學(xué)習(xí)計(jì)劃，明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，最后合作完成一個(gè)補(bǔ)丁工具。

由于采用方案A和B區(qū)分實(shí)踐，自主學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生已經(jīng)掌握了相關(guān)知識(shí)及工具的應(yīng)用，良好的學(xué)習(xí)氛圍和資源環(huán)境使得學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)獨(dú)立完成。方案C的進(jìn)行盡管花費(fèi)較多時(shí)間調(diào)試程序，但是學(xué)生能夠互相學(xué)習(xí)、互相交流、互相啟發(fā)、共同進(jìn)步。團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)是發(fā)展團(tuán)體成員整體搭配與實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)能力的過(guò)程。團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)對(duì)組織與個(gè)體來(lái)說(shuō)是雙贏的選擇，也是雙贏的結(jié)果。團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)有利于提高團(tuán)隊(duì)核心競(jìng)爭(zhēng)力。團(tuán)隊(duì)核心競(jìng)爭(zhēng)力不僅僅是個(gè)人的核心競(jìng)爭(zhēng)力的簡(jiǎn)單累加。

3 小結(jié)

資深逆向分析師和惡意軟件研究專家Christopher C. Elisan說(shuō)，由于對(duì)病毒的好奇心驅(qū)動(dòng)，加上具有匯編語(yǔ)言方面的專長(zhǎng)，成功進(jìn)入趨勢(shì)科技公司，從此站在與惡意軟件戰(zhàn)爭(zhēng)的第一線[5]?？梢?jiàn)，要獲得某項(xiàng)技能，興趣才是最好的老師。學(xué)生在校學(xué)習(xí)誰(shuí)都希望有一個(gè)好的學(xué)習(xí)氛圍，但這種氛圍又只能靠學(xué)生們自己創(chuàng)建。作為任課老師如何改進(jìn)教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，使得教學(xué)效果事半功倍，顯得尤其重要。漸近提高學(xué)習(xí)興趣，打造學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)是關(guān)鍵。近年來(lái)由各大安全公司和高校舉辦的CTF競(jìng)賽開(kāi)展得如火如荼，這些競(jìng)賽要求精通不同方向的3-5人組隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員需要從各自擅長(zhǎng)的方向提出解題思路并相互配合，因此，對(duì)團(tuán)隊(duì)成員的綜合視野、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和編程技術(shù)等都有著較高的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 教育部.教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）[EB/OI.].（2012-05-06）.http：//www.edu.cn/zong_he_870/20120330/t20120330_760603_3.shtml.

[2] 王倍昌.走進(jìn)計(jì)算機(jī)病毒[M].人民郵電出版社，2015.8.

[3] 戚利.Windows PE權(quán)威指南[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.10.

[4] 趙海敬，范健文，楊磊，朱蕊.關(guān)于高校課堂教學(xué)中師生角色互換的探究與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2013（9）：188-189.

[5] Christopher C. Elisan.惡意軟件、Rootkit和僵尸網(wǎng)絡(luò)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013.10.

【通聯(lián)編輯：王力】