面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程混合教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；混合教學(xué)；信息安全；教學(xué)改革；人才培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）26-0125-03開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

0 引言

為解決與操作系統(tǒng)相關(guān)的信息安全問(wèn)題，信息安全工程師須兼具操作系統(tǒng)與信息安全的基礎(chǔ)理論知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)操作系統(tǒng)課程的教學(xué)模式在培養(yǎng)應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜信息安全挑戰(zhàn)的人才時(shí)顯得力不從心。在此背景下，本文提出了面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程混合教學(xué)模式，該模式針對(duì)信息安全專(zhuān)業(yè)而言，是一種創(chuàng)新性的教學(xué)方法。通過(guò)本文的研究與實(shí)踐，期望能為操作系統(tǒng)課程的混合教學(xué)模式改革及專(zhuān)業(yè)特色復(fù)合型人才的培養(yǎng)路徑提供有價(jià)值的參考。

1 操作系統(tǒng)課程混合教學(xué)的意義

一方面，面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程混合教學(xué)模式通過(guò)融合多領(lǐng)域基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)踐操作，以學(xué)生掌握操作系統(tǒng)與信息安全基礎(chǔ)理論知識(shí)為核心，有效提升了學(xué)生的實(shí)踐操作能力和邏輯思維能力，有助于其解決現(xiàn)實(shí)工程中的信息安全難題，促進(jìn)學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，維護(hù)社會(huì)與國(guó)家的安全穩(wěn)定。另一方面，面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程混合教學(xué)模式為其他專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)試錯(cuò)，為其他專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)模式改革提供參考，促進(jìn)了不同專(zhuān)業(yè)和不同院校間授課教師的交流與合作，提高了授課教師的教學(xué)水平和科研水平，擴(kuò)大了授課教師的影響力。

2 信息安全專(zhuān)業(yè)操作系統(tǒng)課程教學(xué)問(wèn)題

針對(duì)信息安全專(zhuān)業(yè)，當(dāng)前已有教師在嘗試操作系統(tǒng)課程的混合教學(xué)模式[1-2]，但現(xiàn)有教學(xué)模式仍存在若干問(wèn)題?？傮w而言，面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)教學(xué)模式尚處于發(fā)展初期，尚未構(gòu)建出健全且完善的培養(yǎng)體系，亟須進(jìn)一步優(yōu)化與提升。具體問(wèn)題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 課程銜接性不足

首先，操作系統(tǒng)課程與前置課程的授課順序安排不當(dāng)，導(dǎo)致課程間銜接不緊密。在某些高校，專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中將操作系統(tǒng)課程與其前置課程安排在同一學(xué)期，而前置課程往往是操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，缺乏這些基礎(chǔ)，學(xué)生難以有效掌握和理解操作系統(tǒng)的內(nèi)容。其次，即便操作系統(tǒng)課程與前置課程分學(xué)期授課且順序合理，但課程內(nèi)部?jī)?nèi)容的講授順序也可能不合理，影響課程內(nèi)容的連貫性。最后，操作系統(tǒng)課程與后置課程及專(zhuān)業(yè)課程的銜接亦存在問(wèn)題，且課程中涉及安全的內(nèi)容偏少，缺乏針對(duì)性和專(zhuān)業(yè)特色。對(duì)于信息安全專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言，僅圍繞操作系統(tǒng)本身的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)顯然不足。目前，一些教師在講授操作系統(tǒng)安全內(nèi)容時(shí)往往一帶而過(guò)，未能充分引入足夠的操作系統(tǒng)安全內(nèi)容，導(dǎo)致教學(xué)缺乏針對(duì)性和專(zhuān)業(yè)特色。

2.2 教學(xué)目標(biāo)定位不清晰

混合教學(xué)模式的目標(biāo)定位應(yīng)依據(jù)不同專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)而有所區(qū)別。然而，當(dāng)前部分高校操作系統(tǒng)課程的教師可能來(lái)自無(wú)信息安全背景的信息類(lèi)學(xué)科，他們授課的學(xué)生來(lái)自多個(gè)不同專(zhuān)業(yè)。針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的授課，這些教師的教學(xué)目標(biāo)仍停留在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)學(xué)科范疇內(nèi)，缺乏專(zhuān)業(yè)特色。部分高校對(duì)本科一年級(jí)學(xué)生實(shí)施統(tǒng)一大類(lèi)學(xué)科授課，或同一課程面向多個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生教授相同內(nèi)容，缺乏針對(duì)性和專(zhuān)業(yè)深度。

2.3 教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)配置不當(dāng)

首先，操作系統(tǒng)課程的課時(shí)分配不太合理。相較其他課程，操作系統(tǒng)內(nèi)容繁雜，需要教師投入更多課時(shí)進(jìn)行理論教學(xué)；同時(shí)，其實(shí)踐環(huán)節(jié)也需額外時(shí)間以鞏固理論知識(shí)。然而，個(gè)別高校將理論授課與實(shí)踐環(huán)節(jié)合并，壓縮了兩者時(shí)間，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法充分學(xué)習(xí)和掌握操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論及實(shí)踐技能。其次，操作系統(tǒng)實(shí)踐要求學(xué)生具備前置課程知識(shí)及理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，但多數(shù)學(xué)生難以達(dá)到這一要求。例如，內(nèi)存安全作為操作系統(tǒng)安全的關(guān)鍵部分，多國(guó)相關(guān)部門(mén)已建議采用Rust、Python、Go等編程語(yǔ)言解決C和C++的內(nèi)存安全問(wèn)題[3]。然而，對(duì)于信息安全專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言，這些建議的編程語(yǔ)言并非必修課程，學(xué)生掌握情況參差不齊，為操作系統(tǒng)安全內(nèi)容的引入和實(shí)踐帶來(lái)了挑戰(zhàn)。最后，由于課時(shí)緊張，難以在完成操作系統(tǒng)基本內(nèi)容教學(xué)后再深入講解操作系統(tǒng)安全，從而無(wú)法有效培養(yǎng)具有信息安全特色的復(fù)合型人才。

2.4 專(zhuān)業(yè)師資力量匱乏

1） 面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程要求教師具備信息安全與計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科背景，而符合這些條件的師資數(shù)量有限。2） 即便有少數(shù)教師能同時(shí)滿足多學(xué)科背景要求，也可能在某個(gè)或某些學(xué)科上專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，而在其他學(xué)科上相對(duì)薄弱，難以全面支撐該課程的教學(xué)。3） 當(dāng)前面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)資源有限，教師難以獲得有效的培訓(xùn)和支持，導(dǎo)致師資力量整體薄弱。

3 混合教學(xué)模式的更新與實(shí)施

針對(duì)信息安全專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，使用混合教學(xué)模式培養(yǎng)具有專(zhuān)業(yè)特色的復(fù)合人才時(shí)，可以采取以下措施。

3.1 完善培養(yǎng)模式

首先，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，以熟悉即將授課的內(nèi)容。授課教師可在線上教育平臺(tái)發(fā)布預(yù)習(xí)視頻及測(cè)試試題，學(xué)生可反復(fù)觀看視頻并完成測(cè)試，以便教師根據(jù)預(yù)習(xí)測(cè)試結(jié)果在授課時(shí)更有針對(duì)性地講解難點(diǎn)。其次，在課堂上，采用師生互動(dòng)與學(xué)生間互動(dòng)的形式，結(jié)合真實(shí)案例和實(shí)踐操作，運(yùn)用多種媒體和技術(shù)手段展示課程內(nèi)容，以減輕學(xué)生的厭學(xué)情緒，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。鑒于操作系統(tǒng)課程內(nèi)容難度較大，僅依賴(lài)口頭傳授不利于學(xué)生理解和吸收，因此通過(guò)互動(dòng)教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生的參與感，提高學(xué)習(xí)效率[4]。此外，通過(guò)引入操作系統(tǒng)的真實(shí)案例，結(jié)合學(xué)生的實(shí)踐操作，能加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。最后，授課教師應(yīng)布置與課程內(nèi)容緊密相關(guān)的課后作業(yè)和實(shí)驗(yàn)，旨在鞏固理論知識(shí)并鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而提升學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新意識(shí)。

3.2 優(yōu)化課程設(shè)置

制定更具銜接性的教學(xué)大綱，構(gòu)建貼近現(xiàn)實(shí)的專(zhuān)業(yè)特色培養(yǎng)體系，形成具有針對(duì)性的課程設(shè)置。首先，在課程設(shè)置方面，要考慮授課順序和授課內(nèi)容的合理性。在進(jìn)行課程設(shè)置時(shí)，前置課程的內(nèi)容往往是其它課程內(nèi)容的授課基礎(chǔ)，須考慮操作系統(tǒng)課程的前置課程與后置課程設(shè)置的合理性。其次，在課程授課內(nèi)容方面，須考慮授課對(duì)象的特殊性。面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程授課要融入信息安全特色，注重操作系統(tǒng)與信息安全理論的學(xué)習(xí)，并重理論實(shí)踐結(jié)合。最終目標(biāo)是培養(yǎng)能夠提出信息安全問(wèn)題、思考信息安全問(wèn)題和解決信息安全問(wèn)題的學(xué)生。例如，在操作系統(tǒng)課程授課時(shí)引入后門(mén)攻擊的內(nèi)容，并引導(dǎo)學(xué)生思考如何預(yù)防和阻止后門(mén)攻擊對(duì)操作系統(tǒng)的破壞。最后，在后置專(zhuān)業(yè)課程的選擇方面，需要考慮后置專(zhuān)業(yè)課程的多樣性。信息安全有多個(gè)方向，每個(gè)方向面臨的安全挑戰(zhàn)都可能會(huì)對(duì)個(gè)人、社會(huì)或者國(guó)家造成巨大的損失，需要培養(yǎng)相關(guān)方向的專(zhuān)業(yè)復(fù)合型人才才能解決。

3.3 建設(shè)專(zhuān)業(yè)師資隊(duì)伍

從教育背景來(lái)看，專(zhuān)業(yè)師資隊(duì)伍應(yīng)包含既擅長(zhǎng)解決操作系統(tǒng)安全問(wèn)題又熟悉其他安全領(lǐng)域的教師[5]。一方面，專(zhuān)注于操作系統(tǒng)安全的教師擁有豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，能夠結(jié)合個(gè)人研究和實(shí)踐，有效培養(yǎng)學(xué)生的操作系統(tǒng)安全能力，并探索解決相關(guān)安全問(wèn)題的方法。另一方面，研究其他安全領(lǐng)域的教師也能將其專(zhuān)業(yè)知識(shí)和操作系統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，培養(yǎng)出多領(lǐng)域的安全復(fù)合型人才。從年齡結(jié)構(gòu)上看，師資隊(duì)伍應(yīng)包含不同年齡段的教師。老教師可憑借其豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)新教師，而新教師則以其對(duì)新事物的敏銳洞察力和對(duì)前沿動(dòng)態(tài)的深入了解，為教學(xué)注入新鮮血液。此外，新老教師的交替還能確保教學(xué)活動(dòng)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，避免斷層現(xiàn)象的發(fā)生。

表1是貴州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6位參與操作系統(tǒng)課程授課教師年齡段分布表。由表1可以看出，有6名教師參與了操作系統(tǒng)課程的教學(xué)活動(dòng)。其中，有2名教師年齡段在46～50歲范圍內(nèi)，這2名教師可能在未來(lái)5年內(nèi)面臨退休問(wèn)題；有1名教師年齡段在41～45歲范圍內(nèi)，教師年齡段在36～40歲范圍內(nèi)的為0，有2名教師年齡段在31～35歲范圍內(nèi)，有1名教師年齡段在26～30歲范圍內(nèi)。

從表1可以看到，因?yàn)闆](méi)有教師年齡段處于36～40歲范圍內(nèi)，斷層影響可能已經(jīng)發(fā)生。此外，根據(jù)表1，只有處于31～35歲年齡段范圍內(nèi)的2名教師具有信息安全的教育背景，能夠提供面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程的授課服務(wù)；其他年齡段的教師均無(wú)信息安全的教育背景，無(wú)法提供具有安全內(nèi)容的操作系統(tǒng)課程的授課服務(wù)。總體而言，為防止各個(gè)年齡段的教師斷層，建設(shè)具有信息安全教育背景的師資刻不容緩。

3.4 健全評(píng)價(jià)機(jī)制

制定合理的面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)目標(biāo)和評(píng)價(jià)機(jī)制。教學(xué)目標(biāo)包括面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)課程授課內(nèi)容、學(xué)生應(yīng)該掌握的操作系統(tǒng)內(nèi)容和信息安全內(nèi)容以及相關(guān)的技能和提升的能力。評(píng)價(jià)機(jī)制包含評(píng)價(jià)內(nèi)容和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并與教學(xué)目標(biāo)相適應(yīng)。評(píng)價(jià)內(nèi)容除了包含授課內(nèi)容外，還包含課外學(xué)習(xí)和實(shí)踐，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)并申請(qǐng)課程相關(guān)的項(xiàng)目，也鼓勵(lì)學(xué)生參與課程相關(guān)的競(jìng)賽活動(dòng)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包含短期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和長(zhǎng)期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。短期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是為了公正地評(píng)定學(xué)生課程成績(jī)，長(zhǎng)期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是為了了解學(xué)生的畢業(yè)去向以及職業(yè)發(fā)展，以便為混合教學(xué)模式改革和更新提供參考依據(jù)。例如，短期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)各項(xiàng)考核內(nèi)容可以分為5個(gè)層次。各個(gè)層次根據(jù)完成度和正確率依次給予不同范圍的分?jǐn)?shù)，第一層次分?jǐn)?shù)范圍在90～100，第二層次分?jǐn)?shù)范圍80～89，第三層次分?jǐn)?shù)范圍70～79，第四層次分?jǐn)?shù)范圍60～69，第五層次60分以下。在短期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，期中測(cè)試和期末考試根據(jù)試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)給分。長(zhǎng)期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)學(xué)生的升學(xué)率、就業(yè)率、工作與專(zhuān)業(yè)的相關(guān)性、工資水平、滿意度、短期內(nèi)是否更換工作、更換的工作與專(zhuān)業(yè)是否有關(guān)系等因素來(lái)評(píng)價(jià)。長(zhǎng)期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施較難，短期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施較容易，在培養(yǎng)過(guò)程中須將兩者相結(jié)合。

通過(guò)上述措施的實(shí)施與混合教學(xué)模式的持續(xù)迭代更新，有望為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)出更多能夠解決信息安全問(wèn)題、具備專(zhuān)業(yè)特色的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

4 結(jié)束語(yǔ)

面向信息安全專(zhuān)業(yè)的操作系統(tǒng)混合教學(xué)模式，作為一種充滿探索性與創(chuàng)新性的教育嘗試，其目標(biāo)在于培育出能夠應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)信息安全挑戰(zhàn)、具備專(zhuān)業(yè)特色與高素質(zhì)的復(fù)合型人才。這一培養(yǎng)模式不僅具有深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，更承載著重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于推動(dòng)信息安全領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步具有不可估量的作用。