提高信息安全实验教学质量的方法研究

吴烨虹　陈　伟　曹晓梅

摘要:本文旨在本科信息安全专业教学中研究出提高信息安全实验教学质量的有效措施,介绍了如何对信息安全实验室进行科学管理,并且对实验教学思路、实验教学内容和手段以及培养创新人才等方面的改革也进行了详细的阐述。

关键词:信息安全;实验教学;创新人才培养

中图分类号:G642 文献标识码:A

1引言

信息通信产业的新变化,不仅表现为产业链内部的融合趋势,也表现为信息产业链与经济、管理、教育、医疗、交通、环境、法律等社会各行业的渗透融合趋势。信息安全不仅是经济社会的基础设施,也是国家信息安全的保障,信息时代的来临,使信息安全变得尤为重要,社会需要大量信息安全的专门人才。

信息安全实验教学是围绕着如何培养和造就适应信息化发展、符合社会对信息安全技术日益增长需要、并具有创新务实精神的高素质人才这一根本任务,积极探索,改革实验教学,提高管理水平,培养基础扎实、实践动手能

力强、知识面宽的高素质人才。

2先进的信息安全实验设备

信息安全实验教学及网络设备由多套高性能服务器、交换机、路由器、千兆防火墙、CSICO自适应安全设备等多种大型网络安全实验专用设备、软件开发平台和上百台微机以及实验教学管理体系等组成。

2.1开放式实验环境

为了改善信息安全实验教学环境,提供全开放式的实验室,使学生在实验中感觉“全透明”。教师和学生可根据实验需求任意组建自己的攻防环境,更具实战性。这种全开放式的实验室环境,提供给学生更多的实验操作环境和平台,全面加深对信息安全理论知识的理解,拓宽信息安全专业的知识面,有利于培养学生的动手能力和创新能力。

2.2先进的实验平台

有大型专业安全综合实验仪、入侵检测系统、网络测试分析仪、安全评估设备等,可开设信息安全相关实验,以实验教学平台为依托,使学生通过课程教学与大量实验,对学科的新理论、新技术有全局把握。

2.3实验设备的前瞻性

实验室和校园网通过千兆光纤相连接,为信息快速流通提供了保障;无线通信系统是信息安全的极具发展潜力的发展方向,无线安全实验平台的建立,使学生了解无线通信的原理、使用方法和无线安全方面存在的问题及解决策略。培养学生的对新技术的研究与设计开发能力。

基于这些先进的实验系统,我们能够开设信息安全专业的实验项目和综合创新实验项目。

3实验室的科学管理

有了先进的专业实验设备,一定要科学地进行管理,提高业务技能,掌握和运用各种现代化的计算机管理技术,把实验资源、实验教学、文档资料等利用计算机进行管理。

由于开设的是信息安全专业实验,其中有网络攻防等实验,需要给学生极大的动手空间。对上百台PC机的管理,我们利用集中化电脑管理系统,维护起来既高效统一,又可保留各个微机的独特性和开放性。学生可以在各客户机任意操作,提供了各个实验直接应用的环境,支持了信息安全相关课程中的实验。

4提高信息安全实验教学质量

4.1改革实验教学思路

实验内容的设计安排上不仅要注重专业基础能力培养,同时要不断将学科新技术,特别是信息安全方面的科技创新成果转化到实验教学,以先进实验内容带动实验室建设;逐步建立与理论教学有机结合的相对独立的实验教学体系,将专业课程的内容有机地融合在一起,开设研究设计性专题实验和综合实验。与专业特色紧密结合, 补充完善实验项目,协调与相应理论课的衔接,使其适合自主式、开放式、合作式、研究式学习。增强实验内容和实验手段的实用性和趣味性,激发实验兴趣,鼓励个性发展,充分挖掘学生的潜能。

4.2改进实验设备

信息安全实验室配置了专门的教学用安全实验设备综合实验仪,该设备刚购回时只能提供十几组学生同时实验,不能满足教学要求,经过实验室人员的改进,目前已经可以提供比原来多几倍的学生同时做实验,可以很好地满足实验要求。实验主要包括密码体制实验,拒绝服务攻击实验,木马攻防实验等安全实验,这个实验平台简单直观易于使用。例如,在密码实验中,可以将对称密码和非对称密码算法中每一步的演化过程显示给学生看,可以让学生更加直观地明白加密和解密的原理,该平台和基于安全产品的实验相互补充,使得整个实验环节既有理论性又有实践性。

4.3采用和编写特色鲜明的实验教材

编写适应新技术发展、特色鲜明的实验教材。以系统化、层次化实验教学体系为主导,以一系列精心选择的实验为载体,及时将先进的现代计算机技术和设计工具引入实验教学。通过建设多媒体课件,给予学生直观的演示示例。

4.4实验教学体系的统一性

通过网络测试仪、漏洞扫描设备、入侵检测设备等专用信息安全设备,进行多种教育资源的综合配套实验,形成理论、抽象、设计三个过程相统一的教学体系。

4.5改进实验教学模式

利用实验设备,自行设计网络攻防实验,激发了学生的学习热情,提高实验教学的趣味性;将合作性实验模式引入实验教学,加强学生的团队意识和沟通能力的培养,提高学生的综合素质。通过合作,培养了学生的团队意识、沟通能力,提高了学生的综合素质,培养了创新意识和能力。

4.6改革实验教学考核体系

考虑到信息安全实验课程的特殊性,采用试卷考试的考核形式不能很准确地评价一个学生对实验的操作能力和对原理的掌握能力。因此,将实验技能操作、笔试考核、撰写技术报告、综合实验答辩和创新实验学术论文考核等多种考核模式有机结合,改革实验教学考核体系,以适应该课程的特殊性。

4.7利用高科技实验教学辅助设备

为了每个学生都能够获得理想的实验效果,掌握实验原理、方法和操作技术,在实验室充分发挥计算机网络视频技术上的优势,我们同时采用了新一代多媒体网络教学系统软件。教学过程和内容可共享;语音教学和讨论、监看学生机的操作,有利于师生的教学互动;教师文件下发、文件收取;学生文件收取功能使文件交流更加简便;支持多种格式的视频播放,DVD视频教学等。

5培养创新人才

5.1树立创新教育理念

加强学生创新精神和实践能力培养,培养创新人才。改变过去传授知识为主的教育模式,改进实验方法和提高实验质量,培养学生学习的主动性。在开放式的实验教学环境下,结合实验室提供的其他多种网络安全实验设备和软件开发平台,通过软硬结合、从简单到复杂,让学生通过软件防火墙、硬件防火墙的基本配置和应用,综合性地构建一个多种安全防护功能的网络。例如:把入侵监测系统、病毒监测部分和防火墙结合,使防火墙具有简单的IDS和病毒检测功能;各实验设备功能独立,但是通过网络通信方式形成一个整体。

5.2建立开放型实验室

为学生的创新活动营造良好的实验环境,例如:按主要的几项创新型实验教学内容,利用现有的设备,开设以下的开放型实验区。

5.2.1网络管理综合实验区

网络管理有很广泛的实际使用,在该实验区学生可以加强对具体网络安全管理的认识,并且可以支持学生开发简单的网络管理模块。通过具体的实验,使学生更好地了解各种网络管理协议、网络环境配置和网络设计,掌握SNMP等协议。实验室拥有专用网络分析仪设备和多个网络设备和VPN设备,安装了网管平台,构成了一个具有较好代表性的网络环境,学生可以通过这些专门的网络分析仪设备,对相应的网络(包括在相应的实验中自己组成的各类网络)进行数据传输与网络流量测试,模拟真实环境,更好地设计安全实用的网络环境。

5.2.2网络攻防综合实验区

网络攻击以及相应防御方法的实验和研究是信息安全课程中的一个重要的环节,攻防实验平台的建立,使学生了解和掌握各种计算机攻击和防范的手段,对系统扫描技术、嗅探技术、系统安全评估技术、攻击技术等工具和使用有一个直观的认识。并且提供一个完整的平台,学生可以在上面亲身体验、使用和学习先进的安全技术,进行创新性研究。

5.2.3无线安全综合实验区

无线通信系统是信息安全的极具发展潜力的发展方向,无线安全实验平台的建立,使学生了解无线通信的原理、使用方法和无线安全方面存在的问题及解决策略。实验区安装Cisco无线安全套件,其中包括无线AP、无线网桥、定向天线、无线网卡和无线通信认证服务器,构成了一个完整的无线安全通信模拟环境。

5.3激发学生的创新潜能

在信息安全综合实验中,多数的实验需要学生合作完成,因为多个实验任务涉及网络的配置、操作系统的设置和安全设备的设置,只依靠个人的力量,很难在有限的时间内完成所有的实验任务。实验室安装了安全评估系统、入侵检测系统、Cisco等多家品牌的防火墙以及Cisco新型的自适应安全设备,在把这些设备充分组织起来的基础上,利用专业安全公司的技术协作,设置各种攻防场景,使得学生充分认识各种网络攻防技术,结合实验室的先进的大型网络安全专用设备,深入理解信息安全相关实验的工作原理和技术,培养学生观察和解决实际问题的能力,激发学生的创新潜能。

5.4创新型实验项目的研发

面向全校学生,以自报实验项目和申报实验室的课题的方式,组织成学生课题小组,由专业教师指导,利用实验室的资源,进行创新型实验项目的研发,并且和学校的创新计划接轨,鼓励学生个性化、多元化发展。

5.5开展信息安全竞赛

为了更好地发挥学生的学习热情,提高和培养高素质的专业人才,我们组织学生参与全国性的信息安全竞赛。学校通过学生的自愿报名,经过选拔,再通过专业的老师对他们进行培训等方式,发现和培养信息安全的专业人才,并制定一定的奖励方法,以达到培养创新人才的教育目标。

通过以上提高信息安全实验教学质量的方法,学生可以灵活运用于具体实践环境,极大地培养了学生对掌握信息安全知识的综合创新能力,强化学生的创新精神和实践能力培养。

6结束语

通过对信息安全实验教学的一系列改革和探索,提高了信息安全实验教学质量,调动了学生的学习积极性,强化学生的创新精神和实践能力培养, 适应信息时代的发展需求。

只有实验教学与科研、工程和社会应用实践紧密结合,紧跟时代步伐,不断探索和实践,提高信息安全实验教学的质量,才能为信息时代培养优秀的人才。

参考文献:

[1] 陈峰,沈雅婕,冯朝辉. 网络安全技术与应用[J]. 中国高等教育,2007(10):64-66.

[2]陆炜妮,庞竣. 基于Internet的计算机网络虚拟实验环境架构[J]. 计算机工程,2007(13):28-30.

[3]王建新,安莹,吴国政,等. 基于组件的实时入侵检测虚拟实验室的设计与实现[J]. 系统仿真学报,2006(11):22-23.

[4]朱志辉. 构建计算机人才培养模式的思考[J]. 计算机教育,2004(11):59-61.

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