提高信息安全實驗教學質量的方法研究

吳燁虹　陳　偉　曹曉梅

摘要:本文旨在本科信息安全專業教學中研究出提高信息安全實驗教學質量的有效措施,介紹了如何對信息安全實驗室進行科學管理,并且對實驗教學思路、實驗教學內容和手段以及培養創新人才等方面的改革也進行了詳細的闡述。

關鍵詞:信息安全;實驗教學;創新人才培養

中圖分類號:G642 文獻標識碼:A

1引言

信息通信產業的新變化,不僅表現為產業鏈內部的融合趨勢,也表現為信息產業鏈與經濟、管理、教育、醫療、交通、環境、法律等社會各行業的滲透融合趨勢。信息安全不僅是經濟社會的基礎設施,也是國家信息安全的保障,信息時代的來臨,使信息安全變得尤為重要,社會需要大量信息安全的專門人才。

信息安全實驗教學是圍繞著如何培養和造就適應信息化發展、符合社會對信息安全技術日益增長需要、并具有創新務實精神的高素質人才這一根本任務,積極探索,改革實驗教學,提高管理水平,培養基礎扎實、實踐動手能

力強、知識面寬的高素質人才。

2先進的信息安全實驗設備

信息安全實驗教學及網絡設備由多套高性能服務器、交換機、路由器、千兆防火墻、CSICO自適應安全設備等多種大型網絡安全實驗專用設備、軟件開發平臺和上百臺微機以及實驗教學管理體系等組成。

2.1開放式實驗環境

為了改善信息安全實驗教學環境,提供全開放式的實驗室,使學生在實驗中感覺“全透明”。教師和學生可根據實驗需求任意組建自己的攻防環境,更具實戰性。這種全開放式的實驗室環境,提供給學生更多的實驗操作環境和平臺,全面加深對信息安全理論知識的理解,拓寬信息安全專業的知識面,有利于培養學生的動手能力和創新能力。

2.2先進的實驗平臺

有大型專業安全綜合實驗儀、入侵檢測系統、網絡測試分析儀、安全評估設備等,可開設信息安全相關實驗,以實驗教學平臺為依托,使學生通過課程教學與大量實驗,對學科的新理論、新技術有全局把握。

2.3實驗設備的前瞻性

實驗室和校園網通過千兆光纖相連接,為信息快速流通提供了保障;無線通信系統是信息安全的極具發展潛力的發展方向,無線安全實驗平臺的建立,使學生了解無線通信的原理、使用方法和無線安全方面存在的問題及解決策略。培養學生的對新技術的研究與設計開發能力。

基于這些先進的實驗系統,我們能夠開設信息安全專業的實驗項目和綜合創新實驗項目。

3實驗室的科學管理

有了先進的專業實驗設備,一定要科學地進行管理,提高業務技能,掌握和運用各種現代化的計算機管理技術,把實驗資源、實驗教學、文檔資料等利用計算機進行管理。

由于開設的是信息安全專業實驗,其中有網絡攻防等實驗,需要給學生極大的動手空間。對上百臺PC機的管理,我們利用集中化電腦管理系統,維護起來既高效統一,又可保留各個微機的獨特性和開放性。學生可以在各客戶機任意操作,提供了各個實驗直接應用的環境,支持了信息安全相關課程中的實驗。

4提高信息安全實驗教學質量

4.1改革實驗教學思路

實驗內容的設計安排上不僅要注重專業基礎能力培養,同時要不斷將學科新技術,特別是信息安全方面的科技創新成果轉化到實驗教學,以先進實驗內容帶動實驗室建設;逐步建立與理論教學有機結合的相對獨立的實驗教學體系,將專業課程的內容有機地融合在一起,開設研究設計性專題實驗和綜合實驗。與專業特色緊密結合, 補充完善實驗項目,協調與相應理論課的銜接,使其適合自主式、開放式、合作式、研究式學習。增強實驗內容和實驗手段的實用性和趣味性,激發實驗興趣,鼓勵個性發展,充分挖掘學生的潛能。

4.2改進實驗設備

信息安全實驗室配置了專門的教學用安全實驗設備綜合實驗儀,該設備剛購回時只能提供十幾組學生同時實驗,不能滿足教學要求,經過實驗室人員的改進,目前已經可以提供比原來多幾倍的學生同時做實驗,可以很好地滿足實驗要求。實驗主要包括密碼體制實驗,拒絕服務攻擊實驗,木馬攻防實驗等安全實驗,這個實驗平臺簡單直觀易于使用。例如,在密碼實驗中,可以將對稱密碼和非對稱密碼算法中每一步的演化過程顯示給學生看,可以讓學生更加直觀地明白加密和解密的原理,該平臺和基于安全產品的實驗相互補充,使得整個實驗環節既有理論性又有實踐性。

4.3采用和編寫特色鮮明的實驗教材

編寫適應新技術發展、特色鮮明的實驗教材。以系統化、層次化實驗教學體系為主導,以一系列精心選擇的實驗為載體,及時將先進的現代計算機技術和設計工具引入實驗教學。通過建設多媒體課件,給予學生直觀的演示示例。

4.4實驗教學體系的統一性

通過網絡測試儀、漏洞掃描設備、入侵檢測設備等專用信息安全設備,進行多種教育資源的綜合配套實驗,形成理論、抽象、設計三個過程相統一的教學體系。

4.5改進實驗教學模式

利用實驗設備,自行設計網絡攻防實驗,激發了學生的學習熱情,提高實驗教學的趣味性;將合作性實驗模式引入實驗教學,加強學生的團隊意識和溝通能力的培養,提高學生的綜合素質。通過合作,培養了學生的團隊意識、溝通能力,提高了學生的綜合素質,培養了創新意識和能力。

4.6改革實驗教學考核體系

考慮到信息安全實驗課程的特殊性,采用試卷考試的考核形式不能很準確地評價一個學生對實驗的操作能力和對原理的掌握能力。因此,將實驗技能操作、筆試考核、撰寫技術報告、綜合實驗答辯和創新實驗學術論文考核等多種考核模式有機結合,改革實驗教學考核體系,以適應該課程的特殊性。

4.7利用高科技實驗教學輔助設備

為了每個學生都能夠獲得理想的實驗效果,掌握實驗原理、方法和操作技術,在實驗室充分發揮計算機網絡視頻技術上的優勢,我們同時采用了新一代多媒體網絡教學系統軟件。教學過程和內容可共享;語音教學和討論、監看學生機的操作,有利于師生的教學互動;教師文件下發、文件收取;學生文件收取功能使文件交流更加簡便;支持多種格式的視頻播放,DVD視頻教學等。

5培養創新人才

5.1樹立創新教育理念

加強學生創新精神和實踐能力培養,培養創新人才。改變過去傳授知識為主的教育模式,改進實驗方法和提高實驗質量,培養學生學習的主動性。在開放式的實驗教學環境下,結合實驗室提供的其他多種網絡安全實驗設備和軟件開發平臺,通過軟硬結合、從簡單到復雜,讓學生通過軟件防火墻、硬件防火墻的基本配置和應用,綜合性地構建一個多種安全防護功能的網絡。例如:把入侵監測系統、病毒監測部分和防火墻結合,使防火墻具有簡單的IDS和病毒檢測功能;各實驗設備功能獨立,但是通過網絡通信方式形成一個整體。

5.2建立開放型實驗室

為學生的創新活動營造良好的實驗環境,例如:按主要的幾項創新型實驗教學內容,利用現有的設備,開設以下的開放型實驗區。

5.2.1網絡管理綜合實驗區

網絡管理有很廣泛的實際使用,在該實驗區學生可以加強對具體網絡安全管理的認識,并且可以支持學生開發簡單的網絡管理模塊。通過具體的實驗,使學生更好地了解各種網絡管理協議、網絡環境配置和網絡設計,掌握SNMP等協議。實驗室擁有專用網絡分析儀設備和多個網絡設備和VPN設備,安裝了網管平臺,構成了一個具有較好代表性的網絡環境,學生可以通過這些專門的網絡分析儀設備,對相應的網絡(包括在相應的實驗中自己組成的各類網絡)進行數據傳輸與網絡流量測試,模擬真實環境,更好地設計安全實用的網絡環境。

5.2.2網絡攻防綜合實驗區

網絡攻擊以及相應防御方法的實驗和研究是信息安全課程中的一個重要的環節,攻防實驗平臺的建立,使學生了解和掌握各種計算機攻擊和防范的手段,對系統掃描技術、嗅探技術、系統安全評估技術、攻擊技術等工具和使用有一個直觀的認識。并且提供一個完整的平臺,學生可以在上面親身體驗、使用和學習先進的安全技術,進行創新性研究。

5.2.3無線安全綜合實驗區

無線通信系統是信息安全的極具發展潛力的發展方向,無線安全實驗平臺的建立,使學生了解無線通信的原理、使用方法和無線安全方面存在的問題及解決策略。實驗區安裝Cisco無線安全套件,其中包括無線AP、無線網橋、定向天線、無線網卡和無線通信認證服務器,構成了一個完整的無線安全通信模擬環境。

5.3激發學生的創新潛能

在信息安全綜合實驗中,多數的實驗需要學生合作完成,因為多個實驗任務涉及網絡的配置、操作系統的設置和安全設備的設置,只依靠個人的力量,很難在有限的時間內完成所有的實驗任務。實驗室安裝了安全評估系統、入侵檢測系統、Cisco等多家品牌的防火墻以及Cisco新型的自適應安全設備,在把這些設備充分組織起來的基礎上,利用專業安全公司的技術協作,設置各種攻防場景,使得學生充分認識各種網絡攻防技術,結合實驗室的先進的大型網絡安全專用設備,深入理解信息安全相關實驗的工作原理和技術,培養學生觀察和解決實際問題的能力,激發學生的創新潛能。

5.4創新型實驗項目的研發

面向全校學生,以自報實驗項目和申報實驗室的課題的方式,組織成學生課題小組,由專業教師指導,利用實驗室的資源,進行創新型實驗項目的研發,并且和學校的創新計劃接軌,鼓勵學生個性化、多元化發展。

5.5開展信息安全競賽

為了更好地發揮學生的學習熱情,提高和培養高素質的專業人才,我們組織學生參與全國性的信息安全競賽。學校通過學生的自愿報名,經過選拔,再通過專業的老師對他們進行培訓等方式,發現和培養信息安全的專業人才,并制定一定的獎勵方法,以達到培養創新人才的教育目標。

通過以上提高信息安全實驗教學質量的方法,學生可以靈活運用于具體實踐環境,極大地培養了學生對掌握信息安全知識的綜合創新能力,強化學生的創新精神和實踐能力培養。

6結束語

通過對信息安全實驗教學的一系列改革和探索,提高了信息安全實驗教學質量,調動了學生的學習積極性,強化學生的創新精神和實踐能力培養, 適應信息時代的發展需求。

只有實驗教學與科研、工程和社會應用實踐緊密結合,緊跟時代步伐,不斷探索和實踐,提高信息安全實驗教學的質量,才能為信息時代培養優秀的人才。

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Teaching Methods Research for Improving Information Security Experiments Quality

(Computer College, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China)

Abstract: This paper aims to work out effective measures to improve the quality of teaching in the information security experimental study of the teaching of undergraduate information security major. This article describes scientific management of information security laboratory, and experimental teaching of thinking, teaching content and means of experiments and creative students training are also elaborated in this paper.

Key words: information security; experiment teaching; creative students training