创新计算机实验教学，开启MOOE新时代

摘要：伴随MOOC的蓬勃发展，传统课堂教学已经实现互联网化，而随着云计算、大数据等IT技术的发展，计算机实验教学具备了实现互联网化的条件，在此背景下诞生了MOOE的实验模式。文章介绍MOOE买验室的主要特点，阐述合天网安实验室关于MOOE的探索及其进展。

关键词：MOOC；MOOE；实验教学

1 背景

1.1 教育在互联网下的改革方兴未艾

以MOOC（massive open online courses，大规模开放式在线课程）诞生为标志，教育在互联网模式下的改革大潮逐步兴起。自Coursera、Edx、Udacity三大知名MOOC平台出现后，MOOC迅速席卷全球。在国内，因为众多老师和企业的参与也兴起了很多MOOC平台，2013年被称为中国的MOOC元年。

无论是老师还是学生，乃至主管机构，大家对MOOC的关注更多是因为MOOC这种互联网学习模式对传统教学在时间和空间上都有极大的拓展，有专家断言今后50年的教育创新已经到来。另一方面，在IT、互联网界盛行的“互联网思维”更是对MOOC作出新的解读，互联网思维模式下不仅诞生了互联网手机、互联网电视和互联网快餐，也诞生了互联网教育。互联网正在利用其新模式的优势对教育行业变革产生持续的影响。

1.2 计算机实验教学面临的机遇

IT技术的发展大致经历过主机时代、局域网时代和互联网时代。计算机实验教学的建设伴随着IT技术的发展而发展，但是受高校课堂教育的特殊要求和IT发展技术的限制，目前主流的计算机实验教学基本还是以封闭实验室为主，停留在局域网时代。

MOOC时代的到来催生了MOOE（massiveopen online experiments，大规模开放式在线实验）这种全新的实验模式。MOOE采用云计算、软件定义网络等技术，打破了传统实验室在时间、空间、实验内容等方面的限制，能够快速构建各种复杂度高、隔离性强的实验环境。众所周知，MOOC打破了大学的围墙，同样MOOE也冲破了大学的实验室。

MOOE的理念是伴随MOOC的发展而出现的，与MOOC相比，它更加注重对课程内容的实践动手能力，使得人们可以全面应用并掌握相关课程知识。

2 MOOE实验室的主要特点

2.1 大规模

MOOE实验室的“大规模”体现在3个方面：大规模参与者、大规模应用范围和大规模实验容量。

MOOE的大规模参与者体现在几乎所有的老师、学生和网络安全爱好者都可以获得MOOE实验室的服务，这在传统模式下是不能想象的。

MOOE的大规模应用范围指各类学校、广阔的地域、广泛的行业领域以及各种类型的教师和学习者。MOOE将实现校际之间、社会与大学之间的师资互动，让以前封闭在传统实验室内的精品课程、重点实验室、教学名师等资源成为网络教学的典型资源，让企业专家、行业的业务精英及他们的实践经验成为网络教学的有力补充。MOOE平台将学校的深厚理论基础和前沿研究成果与企业的最新实践经验、最新产品应用、最新真实事件与数据等结合，与传统实验室相比，具有内容全面和知识新颖的优势。

MOOE大规模的实验容量主要体现在两个方面：实验内容能覆盖相关专业的全部知识点；同一知识点的实验将有不同的实验设计。由于各类教师对专业知识的理解不同、对知识应用的经验有差异、对社会实际情况掌握详略不一，使得他们为MOOE充实的实验将千变万化，也就可能出现同一知识点在MOOE中拥有多个不同的实验设计的情况。这将更加有利于不同层次、不同经历和不同需求的学习者选择不同的实验进行操作学习。

2.2 在线支持

传统实验室的主要缺陷在于场地受限、学习者规模受限、实验操作时间受限、实验设计分享受限等。MOOE通过互联网服务模式使任何实验参与者（anyone）能够随时（anytime）、随地（anywhere）进行实验设计、实验教学和实验操作。当MOOC在校园网络、区域或行业网络、广域网络等不同环境应用时，MOOE可同步部署和应用。

2.3 开放性

无论是教师还是学生，只要有网络访问权限，即可使用MOOE。也就是说，MOOE是一个开放使用的平台。同时，MOOE还是一个教学经验和教学成果积累、检验和推广的平台，是一个拥有教师个性化课程设计和实验设计的平台。这些内容新颖、设计合理和方式独特的课程和实验，将在MOOC平台中得到学习者的认可与肯定。

此外，学生也可对专业知识的学习范围、学习流程和学习方法进行适当的设计，或提出适合自身需求的建议，从而充分体现MOOE平台的以学习者（消费者）为主导的氛围，打破传统教学模式中“教师主导”的状况，提升学生主动学习的氛围。学生能在MOOE中通过沟通交流、学习笔记等形式探索并形成良好的学习习惯，最终获得良好的学习效果。

MOOE实验室充分继承了MOOC教学的所有优势，在大规模、开放、在线的旗帜下，理论教学和实验教学很好地结合起来。广大学生具备了随时随地开展任何实验学习的条件，每人都可以有一个专属自己的实验室，实验DIY的时代已经到来。

3 合天网安实验室的MOOE服务

合天网安实验室是合天智汇推出的一个网络安全方面的MOOE服务网站，该网站2013年推出，迄今已经吸引了2万多名网络安全爱好者、近百所高等学校的加入。该实验室遵循了MOOE的设计理念，其主要系统设计分为以下儿层，如图1所示。

（l）资源虚拟层：主要实现对主机虚拟化、网络虚拟化和资源虚拟化的支持，从而形成对物理主机、物理存储以及物理网络的解耦和抽象

（2）实验仿真层：主要完成实验的建模、实例化等工作，仿真平台支持实验模型的建立、管理以及切入、切出等操作，并实现实验环境的安全隔离。

（3）应用操作层：主要提供老师、学生、演练裁判、一般学习者等角色的用户功能界面，提供实验规划、实验部署、演练实验操作、实验监控、实验评估与考核等业务功能。

在合天网安实验室中，学习者进行实验主要分为4个步骤：

（1）账号注册。在任何能够访问互联网的情况下访问该实验室网站，完成账号的注册与激活。

（2）课程选择。登录实验室，选择感兴趣的课程将其添加到自己的课程列表当中。

（3）创建实验环境。进入课程实验页面，点击“创建实验环境”按钮即可完成实验环境的准备工作。

（4）实验操作。登录刚刚完成准备的实验环境，通过浏览器即可登录实验机器，对照实验指导书进行操作。

由上所述，合天网安实验室采用新型的设计架构，摆脱了传统的实验设备以硬件为主的设计模式，通过MOOE方式在互联网上开放。学生在学习过程中能够随时随地进行实验操作，而不必局限在有限的实验学时和实验室空间之内。

4 合天网安实验室数据分析

截至2014年12月，合天网安实验室共吸引网络安全爱好者21092人，这些爱好者分布在全国约300所高校，其中有96所高校正式进行MOOE实验教学，包括哈尔滨工业大学、国防科学技术大学等国内一流高校。合天网安实验室完成3万多网络安全实验学时，超过2014年全国所有高校信息安全专业总实验学时的20%。以下是实验室数据分析，以此验证MOOE模式的可行性。

1）学习时间拓展。

学生使用合天网安实验室MOOE的时间分析如图2所示。

根据合天网安实验室对学生学习习惯的分析，在下午18点到23点之间，系统仍然保持较高的访问量，因此MOOE模式在时间上极大拓宽了学生的自由度，学生的学习愿望得到了有效释放，这在传统模式下是不可想象的，这种学习是在学生主动的模式下实现的，意义尤为重要。

2）学习内容新颖。

合天网安实验室在实验内容提供方面有两个大的设汁：一是提供各种基础的网络安全实验，包括计算机病毒、防火墙、Web应用安全、网络攻击与对抗等传统课程，满足学生基础理论学习和实验学习的需求；二是充分利用MOOE的优势，及时跟踪网络安全热点事件，不间断地推出新实验。在2014年里，合天网安实验室先后推出了心脏滴血漏洞实验、破壳漏洞实验、12306撞库实验、XP挑战赛培训实验、XCTF练习实验等一系列课程，这为学生根据热点进行兴趣学习提供了良好的素材，提高了学生的学习积极性，解决了实验陈旧、更新慢的问题。合天网安实验室的系列热点课程见表1。

3）大规模的学生参与。

与传统的几十人同时做实验，几个人共用一套实验设备不同，在MOOE实验室中，大规模的学生参与实验变成现实。表2是合天网安实验室热门课程的统计情况，可见几千人学习同一门课程的情况已经出现，这些同学可以互相交流、互相讨论、共同提高。他们可以对实验是否满意发表意见，从而成为实验室真正的主人。

4）学牛学习需求得到极大满足。

在传统实验室条件下，每学期学生在有限学时内只能完成5-6个实验，而在合天网安的MOOE实验室中，每人每学期平均选课4门，完成实验10个；具有学习积极性的学生群体（在系统来看，反映为每月系统登录次数40次以上者）平均选课达到13门，完成实验约20个，埘这部分学生群体而言，MOOE模式带来的影响更大。

5 总结和展望

实践表明，MOOE实验室对学生具有巨大的价值和吸引力，值得我们进一步将MOOE实验室模式向更多的学校和学生推广。同时，目前IT技术的发展使得学校具备了改善传统计算机实验教学的外界条件，更多传统的实验室可以在互联网环境下，冲破物理实验室的空问和时问限制，与MOOC一样实现计算机实验教学的互联网化。

按照新的教学改革思路，教育问题除去关注传统的“教”之外，更要开始关注“育”的问题，所谓育就是要创造一切条件，让人才更好地自我成长——无限放大自学。通过支持学生自学，帮助学生走向真正的自主学习，因此MOOE实验室的出现为人才的自我成长提供了良好的支持，这也成为大力发展MOOE实验教学模式的重要支撑

随着越来越多的MOOE实验室出现，我们相信，未来2-3年内，MOOE实验室将会成为高校信息安全实验室、网络安全实验室、计算机实验室建设的趋势和方向。我们不但迎来一个MOOC时代，也将迎来一个MOOE时代。