MOOC背景下信息安全原理課程的教學(xué)方法

朱小棟 魏紫鈺 顏禮蓉 曹文會

摘要：高校開設(shè)信息安全原理課程，是為了向國家培養(yǎng)輸送信息安全領(lǐng)域的人才，對國家發(fā)展和社會穩(wěn)定有著重要的意義。同時，信息的快速發(fā)展對高校信息安全領(lǐng)域的教育教學(xué)提出了挑戰(zhàn)。本文對存在的問題進(jìn)行分析，提出適合時代發(fā)展背景下的信息安全原理的教學(xué)方法。通過更新陳舊的理論教材，提出面向信息安全原理課程翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC、虛擬仿真實驗相結(jié)合的混合教學(xué)模式，以及實現(xiàn)校企之間聯(lián)合教學(xué)方法，以提升學(xué)生保護(hù)自身信息安全意識，培養(yǎng)學(xué)生在國家信息安全法律法規(guī)保障和約束下基本的網(wǎng)絡(luò)攻擊和防御能力，為信息安全原理課程的教學(xué)改革提供可行策略。

關(guān)鍵詞：慕課；信息安全；大數(shù)據(jù)；校企合作；教學(xué)改革

★基金項目：本文系上海高校智庫內(nèi)涵建設(shè)項目“人工智能與大數(shù)據(jù)背景下上海布局的新思維與新舉措”；2019年上海高校大學(xué)計算機課程教學(xué)改革項目“信息安全原理”進(jìn)階課程建設(shè)。

引言

在大數(shù)據(jù)時代，獲取信息，利用信息，把握信息成為各國提高綜合競爭力的一個關(guān)注點。信息安全影響著國家政治、經(jīng)濟、文化、軍事和社會生活的方方面面，信息安全領(lǐng)域的人才數(shù)量不足，而社會對信息安全領(lǐng)域人才需求近年來持續(xù)增長。對高校信息安全課程的教育教學(xué)提出挑戰(zhàn)。

高校信息安全課程往往過于注重理論知識的傳授，學(xué)生在面對實際網(wǎng)絡(luò)安全問題時，沒有合適的技術(shù)手段設(shè)計合理的解決方案；信息發(fā)展給信息安全帶來的變化日新月異，課程中所使用的教材版本過于陳舊，學(xué)生會面臨所學(xué)習(xí)的知識與社會所需要的知識差距過大的問題；針對課堂上的教育模式，普遍還是教師主導(dǎo)的教學(xué)模式，學(xué)生參與積極性不高，在面對疑難問題時，也沒有有效的手段能及時解決存在的問題，久而久之，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降。

因此，針對已經(jīng)開設(shè)的信息安全原理課程，更要在大數(shù)據(jù)時代背景下，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂和慕課的混合型教學(xué)互動方式，慕課（MOOC，Massive Open Online Course）是大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程的縮寫，它是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的在線學(xué)習(xí)平臺。它利用了現(xiàn)代的信息安全網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，打破了傳統(tǒng)教學(xué)所受的時間和空間限制，整合了多種數(shù)字化教學(xué)資源，形成了多元化的學(xué)習(xí)工具和教學(xué)資源。慕課自從美國起源后，全球各大高校紛紛加入慕課的學(xué)習(xí)浪潮中。現(xiàn)在，慕課已經(jīng)是教育方法中的重要工具。因此，研究如何利用慕課這樣新型互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺，改進(jìn)傳統(tǒng)信息安全課程的教學(xué)方式，是尤為重要的。

慕課具有學(xué)習(xí)靈活、教學(xué)資源豐富等特點。教師可以將在課堂上難以表述的程序命令或者實驗操作融入視頻中，讓學(xué)生能夠快速理解。另外，慕課的課程具有可重復(fù)的特點，對于復(fù)雜難懂的知識點，學(xué)生不會局限于課堂的時間，在課余的任何時間，只要能夠通過自己的手機、電腦等就可以進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，從而更好的鞏固知識。

基于這些優(yōu)勢，結(jié)合在線資源和傳統(tǒng)教學(xué)，將學(xué)習(xí)的主動權(quán)移交給學(xué)生自己，刺激學(xué)生主動學(xué)習(xí)，積極思考，從而加深理解。課程不光要注重課堂內(nèi)理論知識，還要面向?qū)嶋H問題，進(jìn)行課堂拓展實踐，以及和社會中的優(yōu)質(zhì)企業(yè)開展交流合作，培養(yǎng)進(jìn)入社會后能夠滿足信息安全崗位需求的學(xué)生。解決信息安全領(lǐng)域的人才缺失，研究拓展高校信息安全課程的培養(yǎng)對象，快速提升高校信息安全原理課程教學(xué)方法和教學(xué)水平，具有重要的現(xiàn)實意義。

1、傳統(tǒng)信息安全課程的基本現(xiàn)狀

1.1 教材未與時俱進(jìn)

由于互聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，以及大數(shù)據(jù)和云計算的興起，我們生活在一個信息爆炸的時代。計算機技術(shù)發(fā)展在給我們帶來便利性的同時，卻也引發(fā)了一系列的安全隱患。但是由于當(dāng)今時代信息更新迅速，傳統(tǒng)的信息安全教材未能囊括前沿的相關(guān)知識，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)習(xí)的相關(guān)理論知識未能很好地解決目前所發(fā)生的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全問題。例如在數(shù)字出版方面，利用最新的區(qū)塊鏈技術(shù)中的身份驗證和公式機制與知識產(chǎn)權(quán)的確權(quán)、授權(quán)和維權(quán)等環(huán)節(jié)結(jié)合起來。能夠使用基于區(qū)塊鏈的新型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，管理數(shù)字出版和知識產(chǎn)權(quán)，從而能夠降低管理成本，提高管理效率。

1.2 授課方式重理論

信息安全課程理論上包含了編碼技術(shù)、防火墻技術(shù)、VPN技術(shù)、數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)等，但是學(xué)生只是對相關(guān)算法理論有了初步了解，并未很好結(jié)合這些算法的實踐操作，尤其如防火墻的基本配置、以及利用Internet密鑰交換技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的加密解密等涉及信息安全的基本操作，所以學(xué)生普遍課堂積極性有所欠缺、課后思考有限。

1.3 學(xué)習(xí)方式被動化

到目前為止，國內(nèi)大多數(shù)院校授課的主流方式仍然是以傳統(tǒng)的“老師站上講臺教、學(xué)生坐在臺下學(xué)”的方式進(jìn)行，導(dǎo)致學(xué)生被動地汲取相關(guān)知識，自主性、積極性和接受度都有限。而且教學(xué)任務(wù)固定，每節(jié)課學(xué)生和老師之間無法進(jìn)行充分的有效互動。而且受到上課時間、地點的限制，未能很好地應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)平臺的便捷性、共享化的優(yōu)勢，存在學(xué)生疑慮解決滯后的缺陷。

1.4 考核方式單一化

該課程多采用課堂考勤和期末考相結(jié)合的這種單一化的考勤方式，但是由于該課程教學(xué)內(nèi)容綜合了計算機、數(shù)學(xué)、管理等學(xué)科，所以對學(xué)生的實踐操作能力較高要求。且當(dāng)前的考核方式在提高學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題能力方面有所不足，未能通過構(gòu)建系統(tǒng)化的考核體系，比如引入實踐考核以及小組分工合作的方式，培養(yǎng)學(xué)生的思考習(xí)慣以及創(chuàng)新能力。

1.5 培養(yǎng)人才供不應(yīng)求

由于計算機技術(shù)發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)空間成為人們生活的主要空間，同時網(wǎng)絡(luò)安全成了人們面臨的又一主要問題，近年來國家對網(wǎng)絡(luò)安全人才的培養(yǎng)也愈加重視，正如《2019網(wǎng)絡(luò)安全人才現(xiàn)狀白皮書》指出，2016至2018這三年期間，在全國范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全及相關(guān)專業(yè)開設(shè)院校新增數(shù)量達(dá)到98所，如圖1所示，其中華東地區(qū)院校新增相關(guān)專業(yè)的數(shù)量最多，達(dá)到21所。與此同時，社會對網(wǎng)絡(luò)信息安全人才的需求也越來越大，但是由于這一方面的人才卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)供不應(yīng)求。即使目前很多人可以自學(xué)成才，“網(wǎng)絡(luò)空間安全”也成為一級學(xué)科，但目前該領(lǐng)域人才缺口重大。正如智聯(lián)招聘發(fā)布的《2018網(wǎng)絡(luò)安全人才市場狀況研究報告》指出，如圖2所示，安全大數(shù)據(jù)分析師將會在未來幾年內(nèi)成為最為稀缺的人才資源，且每年需求仍在不斷大幅上升，2018年上半年增長率接近10%。

2、信息安全原理課程建設(shè)方法

從以上可以看出，大數(shù)據(jù)時代的信息安全課程不能拘泥于舊的課程體系，必須創(chuàng)新教學(xué)模式，充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源，創(chuàng)新教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生和老師之間的有效互動，培養(yǎng)新型的信息安全人才。

如圖3，在MOOC背景下，信息安全原理課程教學(xué)體系分為“教學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)”、“核心教學(xué)方法”和“拓展教學(xué)內(nèi)容”三大層次。“教學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)”是整個教學(xué)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和保證，“核心教學(xué)方法”是教學(xué)過程中運用的多元化教學(xué)手段，以保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，“拓展教學(xué)內(nèi)容”是教學(xué)之后的延伸。

2.1 教學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)2.1.1 理論教材建設(shè)

由上一節(jié)分析可以看出，現(xiàn)有的信息安全原理教材相對落后，讀者在閱讀信息安全原理教材的過程中，往往只能了解到過時的知識，而無法學(xué)習(xí)到最新的信息安全技術(shù)?；趯Α靶畔踩怼闭n程六年的總結(jié)和發(fā)展，以及對最新時代信息安全課程的要求，結(jié)合最新的大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息安全理論及案例和相關(guān)試驗知識，設(shè)計如下的教材建設(shè)方案。

第一點，結(jié)合最新技術(shù)發(fā)展的章節(jié)實驗。在教材中的重點知識章節(jié)，設(shè)立大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈體系等最前沿的安全應(yīng)用相關(guān)的章節(jié)實驗，讀者可以通過完成章節(jié)實驗，檢驗學(xué)習(xí)成果，并牢固掌握章節(jié)知識點。第二點，強調(diào)理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合。在原理理論部分的章節(jié)中，添加多種多樣的真實案例，范圍可以涉及政府治理、經(jīng)濟發(fā)展、文化民生等等方面的社會應(yīng)用問題。讀者可以充分運用所學(xué)知識，組成小組互相討論，并提出相應(yīng)的解決方案或思路，從而更有助于知識的理解。第三點，強調(diào)書籍內(nèi)容的新穎性。教材既要保留經(jīng)典的信息安全理論知識點，也要在此基礎(chǔ)上，增加了十三五期間的新觀點、新理念，如網(wǎng)絡(luò)安全法的實施、勒索蠕蟲病毒的防范、電子簽名法的實施、新型計算機犯罪的特征、數(shù)字水印等。讀者不僅可以在教材中學(xué)習(xí)到信息安全理論的基礎(chǔ)知識，還能從教材中了解到目前世界信息安全發(fā)展的趨勢和我國信息安全建設(shè)的方向。

2.1.2 MOOC網(wǎng)站建設(shè)

在課程前期，搭建信息安全原理這一課程的一個線上教學(xué)平臺，線上教學(xué)資源可由學(xué)校和企業(yè)雙方提供。對于該課程所涉及的一些基礎(chǔ)理論知識的傳授，可由學(xué)校老師提前進(jìn)行相關(guān)視頻的錄制，然后再提交至該在線課程平臺；對課程于內(nèi)容相關(guān)的實踐操作知識、該知識在社會工作中的相關(guān)應(yīng)用以及社會對相關(guān)人才的技能考查側(cè)重哪方面的知識，都可以由企業(yè)的有關(guān)專業(yè)人士進(jìn)行提前錄制，后再上傳至MOOC平臺。對于提高學(xué)生MOOC完成率，可以通過課程個性化定制、提高遠(yuǎn)程實現(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用，以豐富學(xué)生的知識點學(xué)習(xí)，也有助于學(xué)生盡早樹立正確的擇業(yè)觀以及明確自己的職業(yè)目標(biāo)，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的解決實際問題的能力，為社會培養(yǎng)技能型人才，進(jìn)而彌補社會在信息安全領(lǐng)域這一方面的人才空缺。

2.2 核心教學(xué)方法

2.2.1 MOOC教學(xué)

利用MOOC學(xué)習(xí)不受時間和空間約束的特點，學(xué)生可以根據(jù)自己的課余時間，利用碎片化的時間進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)，反復(fù)思考，從而能更好地促進(jìn)學(xué)生對于知識的吸收。同時，利用MOOC平臺中的強大互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，教師可以制作相應(yīng)的練習(xí)題，讓學(xué)生在課程視頻觀看完畢后進(jìn)行自測，教師從后臺可以對每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行有效的掌握。

如圖4，教師和企業(yè)緊密合作，搭建基于理論知識和實現(xiàn)項目的MOOC平臺，形成校企強強聯(lián)手的知名MOOC資源。學(xué)生通過MOOC平臺進(jìn)行課程學(xué)習(xí)與課后練習(xí)。

例如對于密碼學(xué)、加密技術(shù)、數(shù)字簽名等概念性的知識，就可以通過制作MOOC課程，視頻以輕松有趣的動畫或者是案例來闡述復(fù)雜難懂的概念，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在視頻課程之后，學(xué)生可以在MOOC網(wǎng)頁上進(jìn)行簡單的加密解密題目的解答，就能更好地理解知識點，提升專業(yè)知識的能力。

2.2.2 基于MOOC平臺的實驗教學(xué)

課程實驗是對教學(xué)成果和學(xué)生知識掌握情況的重要檢測方式，也是提升學(xué)生技能水平的重要手段。我們不能拘泥于傳統(tǒng)實訓(xùn)中基于硬件實體和老舊的密碼技術(shù)的實驗和實踐課程。應(yīng)該著眼于最新的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢，結(jié)合目前新的教學(xué)實驗平臺，對區(qū)塊鏈、數(shù)字版權(quán)、用戶隱私等方面進(jìn)行實踐訓(xùn)練。通過與時代發(fā)展最緊密的知識和實踐，提升學(xué)生對信息安全知識的掌握能力。MOOC平臺不僅僅能作為一個視頻學(xué)習(xí)平臺，更能成為一個基于先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的虛擬實驗平臺。基于MOOC平臺的實驗，不僅沒有傳統(tǒng)實驗平臺搭建難、維護(hù)貴、易損耗的缺點，還有便捷、快速、高效等優(yōu)點。

例如在網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御的專業(yè)知識課程之后，利用計算機虛擬技術(shù)在MOOC平臺上搭建一個信息攻防實驗平臺，讓學(xué)生分為兩組對于OSI七層協(xié)議或人工智能病毒互相攻防，體驗不同的角色。通過情景模擬，讓學(xué)生真實體驗到信息安全的攻防原理的操作，加深學(xué)生對信息安全知識的理解，提高學(xué)生心中對于信息安全的重要性。

2.3 拓展教學(xué)內(nèi)容

高校培養(yǎng)信息安全人才，是為了更好地為社會的人才需求進(jìn)行服務(wù)，課程建設(shè)的過程也是高校對社會服務(wù)能力的一種提升方法。學(xué)生在完成信息安全相關(guān)的知識課程后，掌握了基本的理論知識和基本技能，但并不意味著學(xué)生已經(jīng)成為一個信息安全行業(yè)的專業(yè)人才，還缺乏許多實戰(zhàn)項目經(jīng)驗。同時，在企業(yè)中也缺乏高校的先進(jìn)理論知識。因此，在課程建設(shè)的過程中，增強高校與企業(yè)之間的聯(lián)系，拓寬高校與企業(yè)之間的合作是必然的。

例如，高?？梢耘c奇虎360公司進(jìn)行合作。奇虎360公司作為我國在計算機安全和網(wǎng)絡(luò)安全方面的重要民營企業(yè)，可以充分將奇虎360公司和高校資源互補，解決信息安全課程中的痛點問題。一方面可以邀請奇虎360公司的工程師來為學(xué)生講解最新的信息安全技術(shù)，如云安全的原理與案例教學(xué)、大數(shù)據(jù)的病毒防范技術(shù)、企業(yè)信息安全的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)置等等；另一方面，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生走入企業(yè)，把教師、學(xué)生和企業(yè)結(jié)合起來，共同參與一個真實的項目，讓學(xué)生帶著所學(xué)到的知識和技能，按照真實的項目工程要求，完成項目的各項任務(wù)。通過實際項目的訓(xùn)練和培養(yǎng)，讓學(xué)生能夠更加具備實戰(zhàn)操作經(jīng)驗和能力。

3、結(jié)語

隨著計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，我們已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)和人工智能的時代。在新的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，信息安全在各種新興領(lǐng)域都具有十分重要的意義和價值。所以，信息安全不能還停留在舊時代，而要緊密貼合技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)新時代的新型信息安全人才。本文針對教學(xué)實踐中存在的問題，完善和充實課堂教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)互動的方式，建設(shè)好信息安全原理MOOC課堂，引導(dǎo)學(xué)生利用課堂外的時間主動學(xué)習(xí)，與優(yōu)質(zhì)企業(yè)開展密切合作交流，注重學(xué)生理論與實踐相結(jié)合，強化學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力，培養(yǎng)進(jìn)入社會后能夠滿足信息安全崗位需求的人才。

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作者簡介

朱小棟，工學(xué)博士，副教授，上海理工大學(xué)，研究方向為數(shù)據(jù)挖掘與深度學(xué)習(xí)； 云計算與大數(shù)據(jù)管理；電子商務(wù)；

魏紫鈺，上海理工大學(xué)研究生在讀，管理科學(xué)與工程專業(yè)，研究方向為大數(shù)據(jù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；

顏禮蓉，上海理工大學(xué)研究生在讀，國際商務(wù)專業(yè)，研究方向為國際電子商務(wù)；

曹文會，上海理工大學(xué)研究生在讀，國際商務(wù)專業(yè)，研究方向為國際電子商務(wù)。