基于云计算虚拟化平台的计算机网络安全教学改革

赵月爱+张丽

摘要：针对目前网络安全课程理论知识落后于行业发展以及实践教学环节薄弱的问题，本文以地方应用型学校计算机专业的学生为研究对象进行深入分析，提出了基于云计算虚拟化实训平台的计算机网络安全课程教学改革方法，以期构建科学的教学体系。

关键词：计算机网络安全；教学改革；云计算虚拟化实训平台； 多元化

中图分类号：G642 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）09-0093-03

引言

在传统的计算机网络安全课程教学中，许多高校都是沿袭以理论知识为主、实践为辅的教学模式。这种教学模式不利于培养具有创新能力的人才，它使学生始终作为被动的接受者，感到学习乏味，缺乏积极主动性，无法将学到的知识融会贯通，以致在毕业时很难在短时间内胜任计算机网络安全管理和维护、研发与应用等方面的工作。因此，对该课程的教学内容、教学模式、考核方式等方面的改革势在必行。笔者经过多年的网络安全教学和研究，对基于云计算虚拟化实训平台的计算机网络安全课程进行了教学改革，以期培养适应企业需求的应用型的信息安全专业人才。

计算机网络安全课程发展现状

1.课程内容滞后

计算机知识更新速度快，导致现有的计算机网络安全课程理论内容滞后于行业发展。虽然学校设置的实验项目较多，但实验内容单一，并且不同实验之间彼此独立，缺乏系统性和综合性。

2.教学模式陈旧

传统计算机网络安全课程大多依赖于理论知识的传授，而忽视实践教学。课堂以教师为主体，实验也是教师提供实验指导资料，然后学生按照实验指导进行操作，最后交付实验报告。在教学过程中，学生始终是被动的接受者，这限制了学生自主学习的积极性，不利于应用型人才的培养。

3.实验条件相对落后

目前，国内一些大学虽已开设或准备开设网络安全室，但是由于实验设备的种类和数量不足，加上缺乏教育经费，所以实验室相对落后，实践教学条件无法满足教学需求。即使有些实验可以采用VMware虚拟机搭建实验环境来实现，但这对机器的配置要求较高，使得学生把大量的时间浪费在了反复重建虚拟环境上。

4.学生考核机制单一

现有的学生考核机制是以理论知识考核为主，实践教学所占比重很低，并且实践教学考核主要是对实验报告打分，这极大地影响了学生自主学习的积极性，忽视了对学生创新能力的考核。

云计算虚拟化实训平台

51elab北京易霖博云计算虚拟化实训平台（以下简称“云计算平台”）是采用虚拟化和云计算技术开发的，用于计算机网络安全实训的软硬件一体化平台。教师可以根据教学大纲，结合收集的最新行业动态制订教学计划。在云计算平台上导入新建课程，添加相应实验内容，安排必修课程和选修课程供学生选择学习。同时，平台支持教师根据学生的学习进度灵活定制考试相关试题，提供单选、多选、简答和实战考试场景以及调整后续课程内容的安排。平台还支持在线查看学生学习进展情况。平台不仅可以统计学生在线人数和查看学生考试结果，还可以在学期末发布调查问卷，收集授课教师和学生对课程安排的意见和建议，以便日后改进。平台的主要模块及功能如表1所示。

基于云计算虚拟化实训平台的教学改革

1.制订层次化的教学内容

利用云计算虚拟化实训平台，应充分考虑学生的专业、兴趣以及今后的发展方向，结合职业技能需求，制订层次化的教学内容，培养研究型、分析型、应用型、创新型、综合型等不同类型的网络安全人才。教学团队先将设计好的实验课程和项目统一发布到平台，然后教师为不同类型的培养目标选择不同层次的实验课程和项目，学生在完成教师制订的实验课程的基础上，还可以自主选修平台已发布的实验课程进行学习（如表2）。

2.根据研究点展开深入学习

教师安排理论课程时可以根据研究点提供相关方面的内容。例如，在学习基于Android平台的恶意代码的分析与检测、高速网络入侵检测技术、无线网络的攻击和检测等方面内容时，学生可根据自己的研究点展开深入学习，将其作为自己毕业论文的设计题目。

3.创建多元化的教学模式

（1）创新教学手段，制订灵活多样教学方法

①案例式教学。教师在理论教学过程中引入行业近期发生的网络安全实例，让学生参与讨论，培养学生发现问题、提出问题并积极寻找解决问题的途径的能力。例如，针对很多网站的用户密码泄露问题，教师会先分析用户密码泄露的原因，然后让学生讨论并提出各种保护用户密码安全的策略。

②任务驱动教学。教师通过呈现任务分解、任务实施及任务评价等方式，激发学生的学习兴趣，增强学生的求知欲。例如，教师可以将某高校校园网安全解决方案，分解成校园网的信息安全管理、安全组网、病毒检测、入侵检测、安全网站设计等方案，学生通过完成这些方案能加深对理论知识的理解，同时具备基本的中小型网络组建、管理和维护的能力。

③自主式教学。云计算平台资源能为学生提供不同层次的实践教学内容，以便他们根据自己的兴趣选择课程展开学习，这有利于提高学生的学习积极性，培养不同类型的网络安全技术人才。

（2）改革实践教学模式，培养创新能力

传统的实践教学模式往往是教师提供实验指导书，然后学生按照书上的内容按部就班地进行实验操作。这极大地影响了学生的学习积极性，很难培养他们独立思考和创新的能力。而多元化的实践教学模式以学生为主体，弱化了教师的主导作用，注重培养学生自主学习、提出问题、分析问题、解决问题的能力，鼓励学生忠于应用，勇于创新。多元化的实践教学主要有以下几种模式：

①实验练习。学生登录云计算平台，进入实验課程，首先学习平台提供的实验指导书，如果在学习过程中遇到问题，可由教师来解答。然后学生根据实验指导书在平台上进行实验操作，切实掌握每一个知识点。

②实验创新。在实验练习完成的基础上进行创新，包括教师创新和学生自主创新两种方式。教师创新是指教师只给出最终实验目标，由学生自己分析、设计、实现；学生自主创新是指学生在已完成基本要求的实验基础上，依据自己对实验的理解还可以实现的实验操作。

③理论与实际应用相结合。针对实际网络安全问题，以小组为单位设计解决方案。要求小组学生对实际问题进行網络安全需求客观分析，综合网络安全课程实验，设计解决方案。例如，在安全网站设计中，要求学生涉及用户的密码加密、数据库加密、SSH协议应用和访问控制等方面内容。

4.制定合理的考核方式

（1）试卷考核

教学团队对试题库进行统一维护，适时增减考试题目，各任课教师可以灵活安排时间组织考核。教师先在云计算平台上选题组卷，然后发布试题，安排考试学生；学生登录账号进行考试，在规定的时间内完成所有题目后提交试卷，时间截止后系统会自动提交未完成的试卷。如果是客观题，系统会自动阅卷；如果是主观题，则需要教师手工阅卷。试题最终审阅结束后，系统会自动生成对教学有指导价值的成绩分析报表，以便教师及时调整教学进度和教学方法。

（2）实践考核

①过程考核。它强调对学生出勤、云平台上的自主学习记录、团队合作、创新等能力的考核。

②目标考核。它强调对学生实验项目进度以及对实际网络安全问题解决情况的考核。

结语

基于云计算虚拟化实训平台的教学改革与实践，能够帮助学生切实把握该课程的知识内涵，进一步提高学生的理论与实践水平。今后，教师一方面要主动深入企业学习，观察培养目标与方向是否紧跟行业发展需要，以便在课程内容选择、实践内容设计等方面不断改进，及时调整改革的方向；另一方面要鼓励指导更多的学生参加技能大赛，使其在实践中检验自己，提高自己。

参考文献：

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作者简介：赵月爱（1974—），女，山西祁县人，副教授，博士，CCF会员（07334M），研究方向为智能信息处理和网络安全。

基金项目：国家自然基金项目“用户行为数据”稀疏表示的理论与方法研究61273294；山西省自然基金项目不平衡数据流重抽样和学习算法研究2015011039；山西省科技攻关计划项目高速网络入侵检测技术研究20110321024-02。