“信息安全概論”課程教學研究與探索

摘要：本文針對信息安全概論課程的特點及現狀，提出了教學中課件、課堂教學、實驗課程的改進方法，對在“信息安全概論”課程教學中如何將理論和實踐教學結合，培養學生的綜合運用能力、獨立解決問題能力、團結協作能力和工程實踐能力等問題作了較深入的研究和有益的探索。

關鍵詞：信息安全；課件；理論教學；教學方法

中圖分類號：G642文獻標識碼：B

文章編號：1672-5913 (2007) 23-0026-03

信息安全是計算機學科下的二級學科，是一門新興的學科。它涉及通信學、計算機科學、信息學和數學等多個學科，主要研究范圍涉及計算機及網絡安全的各個方面。“信息安全概論”課程是信息安全專業的專業基礎課程，也是提高學生計算機水平的重要組成部分。其教學內容主要包括：信息安全概述、密碼學基礎、密鑰分配與管理技術、訪問控制、防火墻技術、入侵檢測技術、信息安全應用軟件、企業與個人信息安全、Web的安全性、網絡安全，它是一門綜合性很強的課程。它的作用主要是讓學生掌握信息安全的基本原理、基本概念；了解信息安全系統的設計方法；且要求學生能夠進行一些信息安全實踐，提高動手能力。學時分配為：理論教學32學時，實踐教學24學時。由于這門課程理論性強、信息量大且抽象，而授課對象是低年級學生，專業知識尚不豐富，因此，如何在教學過程中提高學生的學習興趣？如何開展實踐教學？如何更好地將理論教學的知識點有機地融入到具體的實驗中去？使學生不僅能夠通過實驗理解和掌握理論教學的內容，還能通過實驗了解和掌握一定的工程技術知識，培養和鍛煉學生的分析能力、綜合解決問題的能力和實際動手能力，就成為我們在教學研究中需要解決的主要問題。

1目前教學中存在的問題

(1) 教學媒體使用不當。傳統的教學方法主要是把學生集中起來，現在雖然有多媒體教室，對教學起到了一定的積極作用，但課件多是對書本內容的羅列，對啟發式、討論式的教學方法采用比較少。而課程內容較多且抽象，被動接受知識的方式無法有效提高學生的學習興趣，學生普遍反映應難以跟上教學進度。

(2) 教學內容與數學課程脫節。信息安全概論這門課程涉及到大量的算法和協議，如密碼學涉及到大數大因數分解問題、離散對數問題、橢圓曲線離散對數問題，等，這體現了信息安全專業與數學基礎學科結合的緊密性。而在課程開設中，往往認為該課程是入門課程，而忽視了對數學課程的講解，導致學生學習相關內容時感覺較難掌握。

(3) 重理論，輕實踐。“信息安全概論”是信息安全學科的一門基礎課，主要為信息安全及計算機相關專業的低年級本科生開設，因此，該課程旨在對學生講解信息安全的基本理論，讓學生對信息安全學科有個較為全面的認識，以利于后續課程的開展。信息安全主要講解內容包括信息安全基本理論、安全協議及安全技術等幾個部分。在開設課程過程中，由于片面注重理論的重要性，往往造成以課堂講授為主，形成一種“灌輸式”的教學。然而，由于該課程是為低年級學生開設，很多同學在聽課過程中，感覺內容比較抽象，無法正確理解課程內容。如：RSA大數分解等內容，如果學生只是被動記憶公式和算法，而不借助實踐性環節，如創新性實驗、課程學習討論、課程設計環節，等，將導致學生學習興趣不高，教學質量沒有保證，不利于學生創新能力的培養。

2課堂教學的改進

針對上述問題，教學組對以下幾個方面作出了改進。

2.1課件的改進

板書與課件相結合的方式可提高教學效果，但其中最關鍵的是課件的制作。課件的內容不能僅是課程內容的羅列，而是要對課程內容跨章節地組織起來，形成一個整體，當然也包括與其他課程之間的關聯。如在講解密碼學、訪問控制、防火墻技術等章節后，學生具備了信息安全的基礎知識，但是知識點比較分散，對信息安全的綜合應用能力較弱。教學組在課程講授過程中安排綜合應用實例講解。如以電子商務安全綜合應用實例，該綜合實例講解安排在講授完各個章節內容以后，共2學時。內容是設計典型企業網絡拓撲；運用對稱密碼學，如DES算法為基本加密手段對電子交易進行加密，利用非對稱密碼學，如RSA算法；采用數字信封方式，對DES會話密鑰進行加密分發；采用防火墻對企業網絡進行防護；交易過程采用SET協議保障安全。這樣，學生就能將各個章節的內容聯系起來，鞏固所學知識，提高綜合運用的能力。

將信息安全中理論性強、極其抽象的內容制作成 Flash 動畫。例如在講述DDoS攻擊時，學生對攻擊者侵入傀儡機，并利用傀儡機攻擊的過程很難理解。可用 Flash 動畫來演示，以便在課上形象講解黑客是如何對傀儡機進行控制，并對受害網絡進行入侵的。特別將洪泛攻擊的特點用動畫方式，一步步展現給學生，使學生輕松接受知識。這種課件也便于學生在課下自主復習。

2.2重視數學基礎

信息安全涉及大量的基礎協議，如密碼學中的RSA算法就涉及近世代數的基礎知識。因此，需要為學生開設相關的數學基礎課程，同時，在講授該算法之前，先對數學知識進行復習，復習時以要點講解為主，如：歐拉函數的定義，逆元的求解方法，等。對于逆元的求解，可以以具體的RSA實例進行講解。另外，讓學生進行實際的上機練習，利用數學基礎進行編程實驗，加深對密碼學基礎知識的理解，如為學生布置這樣一道上機題：若有明文public key encryptions，請設計RSA加密算法對該明文進行加密，編程實現密鑰的生成。學生就能通過上機實踐，熟悉RSA算法的原理，并理解每個步驟的計算過程。

3改進實驗方法

課堂講授之外，還要對實驗課進行合理安排。實驗主要包括信息安全協議實驗和信息安全綜合實驗兩個部分。如表1所示。

表1 課程配套實驗內容

其中，信息安全協議實驗目標是使學生系統掌握安全協議及算法，了解安全協議的應用范圍。掌握根據系統的安全要求(包括機密性、完整性、訪問控制、鑒別、審計、追蹤、可用性、抗抵賴等方面)，綜合運用安全協議的能力。信息安全綜合實驗目的是將系統的安全要求(包括機密性、完整性、訪問控制、鑒別、審計、追蹤、可用性、抗抵賴等方面)，在OSI或者TCP/IP模型的各個層次予以考慮，并且結合安全管理策略在網絡安全方案中予以保障，從而構成實際應用中的一個完整的信息系統安全方案。

實驗課程中，教師先利用原型系統對實驗效果進行演示，特別對網絡攻防相關內容，進行實際操作演示，提高學生學習興趣。

實驗內容有針對性，以便于學生結合課堂上的實例講解，理解信息安全的抽象內容。要求學生對實驗結果進行分析、討論，鼓勵學生組成討論小組，并寫課程小論文，以加強學生之間的交流。如對于數字簽名的實驗，可讓學生分成兩組，在一臺實驗機器上完成信息的生成、簽名、發送，在另一臺機器上，對網絡上接收到的信息進行解析、完整性校驗。

為了更好地培養和鍛煉學生的獨立工作能力和創造性思維能力，對于信息安全綜合實驗，我們為學生設計了一個模擬的安全需求，具體如下：設計一在線考試系統，并從以下幾方面保證系統的安全性：

●服務器的安全防護，提供訪問控制、安全審計、信息加密等功能，從保密性、可用性、可控性等幾方面保證服務器的安全運行。

●提供客戶機、服務器的認證功能，保證考試過程的有效性。

●提供客戶機、服務器通信加密功能，保證通信內容的機密性。

●惡意代碼、蠕蟲、病毒防御功能。

●數字證書體制設計。

這一用戶需求巧妙地將實踐教學的知識點隱藏了起來，給學生提供了一個綜合分析問題的空間。學生只有通過認真的需求分析，反芻所學的理論知識，才能正確地確定采用何種安全技術，從而培養和鍛煉了學生的分析能力。

4結束語

本文提出的關于信息安全概論的教學方法將原本抽象、難以理解的數學基礎知識、安全協議，形象、實例地配合實驗進行講解從而變得易于理解。學生通過實驗進一步加深理解，較之傳統的教學模式明顯提高了學生對課程內容的理解及掌握。此方法在我們的本科教學過程中取得了明顯的效果。

參考文獻

[1] 王昭順．信息安全本科專業人才培養的研究[Ｊ]．計算機教育，2006，(10)：30-32．

[2] 劉傳才，陳國龍，密碼學課程的探索與實踐[J].高等理科教育，2002，(05)．

收稿日期：2007-07-16

作者簡介：錢偉中(1976-)，男，江蘇無錫人，碩士，四川省成都市電子科技大學計算機學院講師，研究方向：信息安全。