基于云計算虛擬化平臺的計算機網絡安全教學改革

趙月愛+張麗

摘要：針對目前網絡安全課程理論知識落后于行業發展以及實踐教學環節薄弱的問題，本文以地方應用型學校計算機專業的學生為研究對象進行深入分析，提出了基于云計算虛擬化實訓平臺的計算機網絡安全課程教學改革方法，以期構建科學的教學體系。

關鍵詞：計算機網絡安全；教學改革；云計算虛擬化實訓平臺； 多元化

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）09-0093-03

引言

在傳統的計算機網絡安全課程教學中，許多高校都是沿襲以理論知識為主、實踐為輔的教學模式。這種教學模式不利于培養具有創新能力的人才，它使學生始終作為被動的接受者，感到學習乏味，缺乏積極主動性，無法將學到的知識融會貫通，以致在畢業時很難在短時間內勝任計算機網絡安全管理和維護、研發與應用等方面的工作。因此，對該課程的教學內容、教學模式、考核方式等方面的改革勢在必行。筆者經過多年的網絡安全教學和研究，對基于云計算虛擬化實訓平臺的計算機網絡安全課程進行了教學改革，以期培養適應企業需求的應用型的信息安全專業人才。

計算機網絡安全課程發展現狀

1.課程內容滯后

計算機知識更新速度快，導致現有的計算機網絡安全課程理論內容滯后于行業發展。雖然學校設置的實驗項目較多，但實驗內容單一，并且不同實驗之間彼此獨立，缺乏系統性和綜合性。

2.教學模式陳舊

傳統計算機網絡安全課程大多依賴于理論知識的傳授，而忽視實踐教學。課堂以教師為主體，實驗也是教師提供實驗指導資料，然后學生按照實驗指導進行操作，最后交付實驗報告。在教學過程中，學生始終是被動的接受者，這限制了學生自主學習的積極性，不利于應用型人才的培養。

3.實驗條件相對落后

目前，國內一些大學雖已開設或準備開設網絡安全室，但是由于實驗設備的種類和數量不足，加上缺乏教育經費，所以實驗室相對落后，實踐教學條件無法滿足教學需求。即使有些實驗可以采用VMware虛擬機搭建實驗環境來實現，但這對機器的配置要求較高，使得學生把大量的時間浪費在了反復重建虛擬環境上。

4.學生考核機制單一

現有的學生考核機制是以理論知識考核為主，實踐教學所占比重很低，并且實踐教學考核主要是對實驗報告打分，這極大地影響了學生自主學習的積極性，忽視了對學生創新能力的考核。

云計算虛擬化實訓平臺

51elab北京易霖博云計算虛擬化實訓平臺（以下簡稱“云計算平臺”）是采用虛擬化和云計算技術開發的，用于計算機網絡安全實訓的軟硬件一體化平臺。教師可以根據教學大綱，結合收集的最新行業動態制訂教學計劃。在云計算平臺上導入新建課程，添加相應實驗內容，安排必修課程和選修課程供學生選擇學習。同時，平臺支持教師根據學生的學習進度靈活定制考試相關試題，提供單選、多選、簡答和實戰考試場景以及調整后續課程內容的安排。平臺還支持在線查看學生學習進展情況。平臺不僅可以統計學生在線人數和查看學生考試結果，還可以在學期末發布調查問卷，收集授課教師和學生對課程安排的意見和建議，以便日后改進。平臺的主要模塊及功能如表1所示。

基于云計算虛擬化實訓平臺的教學改革

1.制訂層次化的教學內容

利用云計算虛擬化實訓平臺，應充分考慮學生的專業、興趣以及今后的發展方向，結合職業技能需求，制訂層次化的教學內容，培養研究型、分析型、應用型、創新型、綜合型等不同類型的網絡安全人才。教學團隊先將設計好的實驗課程和項目統一發布到平臺，然后教師為不同類型的培養目標選擇不同層次的實驗課程和項目，學生在完成教師制訂的實驗課程的基礎上，還可以自主選修平臺已發布的實驗課程進行學習（如表2）。

2.根據研究點展開深入學習

教師安排理論課程時可以根據研究點提供相關方面的內容。例如，在學習基于Android平臺的惡意代碼的分析與檢測、高速網絡入侵檢測技術、無線網絡的攻擊和檢測等方面內容時，學生可根據自己的研究點展開深入學習，將其作為自己畢業論文的設計題目。

3.創建多元化的教學模式

（1）創新教學手段，制訂靈活多樣教學方法

①案例式教學。教師在理論教學過程中引入行業近期發生的網絡安全實例，讓學生參與討論，培養學生發現問題、提出問題并積極尋找解決問題的途徑的能力。例如，針對很多網站的用戶密碼泄露問題，教師會先分析用戶密碼泄露的原因，然后讓學生討論并提出各種保護用戶密碼安全的策略。

②任務驅動教學。教師通過呈現任務分解、任務實施及任務評價等方式，激發學生的學習興趣，增強學生的求知欲。例如，教師可以將某高校校園網安全解決方案，分解成校園網的信息安全管理、安全組網、病毒檢測、入侵檢測、安全網站設計等方案，學生通過完成這些方案能加深對理論知識的理解，同時具備基本的中小型網絡組建、管理和維護的能力。

③自主式教學。云計算平臺資源能為學生提供不同層次的實踐教學內容，以便他們根據自己的興趣選擇課程展開學習，這有利于提高學生的學習積極性，培養不同類型的網絡安全技術人才。

（2）改革實踐教學模式，培養創新能力

傳統的實踐教學模式往往是教師提供實驗指導書，然后學生按照書上的內容按部就班地進行實驗操作。這極大地影響了學生的學習積極性，很難培養他們獨立思考和創新的能力。而多元化的實踐教學模式以學生為主體，弱化了教師的主導作用，注重培養學生自主學習、提出問題、分析問題、解決問題的能力，鼓勵學生忠于應用，勇于創新。多元化的實踐教學主要有以下幾種模式：

①實驗練習。學生登錄云計算平臺，進入實驗課程，首先學習平臺提供的實驗指導書，如果在學習過程中遇到問題，可由教師來解答。然后學生根據實驗指導書在平臺上進行實驗操作，切實掌握每一個知識點。

②實驗創新。在實驗練習完成的基礎上進行創新，包括教師創新和學生自主創新兩種方式。教師創新是指教師只給出最終實驗目標，由學生自己分析、設計、實現；學生自主創新是指學生在已完成基本要求的實驗基礎上，依據自己對實驗的理解還可以實現的實驗操作。

③理論與實際應用相結合。針對實際網絡安全問題，以小組為單位設計解決方案。要求小組學生對實際問題進行網絡安全需求客觀分析，綜合網絡安全課程實驗，設計解決方案。例如，在安全網站設計中，要求學生涉及用戶的密碼加密、數據庫加密、SSH協議應用和訪問控制等方面內容。

4.制定合理的考核方式

（1）試卷考核

教學團隊對試題庫進行統一維護，適時增減考試題目，各任課教師可以靈活安排時間組織考核。教師先在云計算平臺上選題組卷，然后發布試題，安排考試學生；學生登錄賬號進行考試，在規定的時間內完成所有題目后提交試卷，時間截止后系統會自動提交未完成的試卷。如果是客觀題，系統會自動閱卷；如果是主觀題，則需要教師手工閱卷。試題最終審閱結束后，系統會自動生成對教學有指導價值的成績分析報表，以便教師及時調整教學進度和教學方法。

（2）實踐考核

①過程考核。它強調對學生出勤、云平臺上的自主學習記錄、團隊合作、創新等能力的考核。

②目標考核。它強調對學生實驗項目進度以及對實際網絡安全問題解決情況的考核。

結語

基于云計算虛擬化實訓平臺的教學改革與實踐，能夠幫助學生切實把握該課程的知識內涵，進一步提高學生的理論與實踐水平。今后，教師一方面要主動深入企業學習，觀察培養目標與方向是否緊跟行業發展需要，以便在課程內容選擇、實踐內容設計等方面不斷改進，及時調整改革的方向；另一方面要鼓勵指導更多的學生參加技能大賽，使其在實踐中檢驗自己，提高自己。

參考文獻：

[1]鄭小玲，邵麗，趙丹亞.網絡安全實踐教學改革的探索[J].電子商務，2012：86-87.

[2]趙宏，王靈霞.高校計算機網絡安全課程教學改革與實踐[J].蘭州文理學院：自然科學版，2015（1）：113-116.

[3]俞研，蘭少華.計算機網絡安全課程教學的探索與研究[D].南京：南京理工大學，2008：127-128.

[4]庫德來提·熱西提，迪麗拜爾·艾海提.網絡與信息安全課程實踐教學改革[J].計算機教育，2014（12）：107-110.

[5]高守平，胡山泉，于芳.省級精品課程計算機網絡教學改革與實踐[J].計算機教育，2011（4）：79-81.

作者簡介：趙月愛（1974—），女，山西祁縣人，副教授，博士，CCF會員（07334M），研究方向為智能信息處理和網絡安全。

基金項目：國家自然基金項目“用戶行為數據”稀疏表示的理論與方法研究61273294；山西省自然基金項目不平衡數據流重抽樣和學習算法研究2015011039；山西省科技攻關計劃項目高速網絡入侵檢測技術研究20110321024-02。