利用智能手机进行网络安全课程教学改革的实践与探讨

何高峰 亓晋 朱海婷 魏建香

摘 要：随着WiFi、4G以及5G等无线通信技术的快速发展，手机上网已经越来越便利，智能手机也成为人们必不可少的随身之物。文章对如何利用智能手机进行网络安全课堂教学实践进行了探讨。在教学中，如果能充分利用智能手机进行教学实践，可以有效增加师生互动，帮助学生理解复杂的网络安全算法和协议，有利于学生了解自身设备的网络安全保护情况，从而提高教学质量。

关键词：智能手机；网络安全；课堂教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）10-0128-03

Abstract： With the rapid development of wireless communication technologies such as WiFi， 4G， and 5G， mobile Internet access has become more and more convenient， and smart phones are being essential personal belongings for people. This article discusses how to use smart phones to carry out network security classroom teaching practice. In such practices， if we can make full use of smartphones， we can effectively increase teacher-student interaction， help students understand complex network security algorithms and protocols， and let students realize the protection of their own devices on the network， thus improving the quality of teaching.

Keywords： smart phone； network security； classroom-teaching reform

引言

在大学课堂教学中，有一个现象已经引起广泛的关注：越来越多的学生上课看手机，对老师的授课内容缺乏持续关注，只有听到自己感兴趣的内容才愿意抬头听讲。显然，上课看手机严重影响了学生对授课知识的吸收和理解，学生往往只能学习或了解到部分知識点内容，难以全面系统地握课程体系架构和具体知识点内容。因而对于这个现象，多数人的观点都是采用禁止的态度。如有学校禁止手机进课堂，把手机储存在储物盒中，下课后在取回，或者规定手机不能带进课堂拒不上交将扣学分[1][2]。

当然，这种只是堵的方式会引起学生的反感，有部分学生提出了自己的看法，如：“大学课堂内容较多，用手机拍照记录笔记很方便。”、“可以利用手机录音老师的授课内容，便于课后复习。”、“遇到不懂的问题可以立刻用手机进行搜索查询。”、“万一课堂上应聘企业或家人有急事找，手机不在身边怎么办？”等。 这些提法和意见都有其合情合理之处，学校和老师不应当漠视。

为了更好解决手机与授课之间的冲突，越来越多的高校教师选择了利用智能手机进行课堂辅助教学，让冲突变为合作，并取得了良好效果。如：文献[3]通过分析英语趣配音、微信这2种智能手机APP在高职英语语音课教学中的可行性、教学的方法和效果，建议在今后的教学中使用智能手机APP以提升教学质量；文献[4]建议高校教师和管理者应尝试将智能手机作为辅助教学的重要工具，充分发挥智能手机的多功能以增强理论课的参与度；文献[5]更是指出互联网进课堂将成为学校课程与教学改革的新趋势。目前，对利用智能手机进行网络安全课程教学改革的研究较少。

结合笔者的教学实践，本文将探讨智能手机在网络安全课程教学中的多种应用场景。具体的，本文将从加密算法、网络安全协议和网络流量分析等三个方面阐述课堂教学中智能手机的实际应用，并分析其它的可能应用场景。应用效果表明在实际教学中，智能手机能起到良好的教学效果，增加学生的感性认识，对理论知识的理解和把握具有重要帮助。

一、网络安全教学现状分析

由于网络安全课程具有内容涉及广泛、难度高、更新周期短和实践性强等特点[6]，学生在学习的过程中存在压力较大、对许多内容不理解等问题。经总结，发现在网络安全教学中存在以下三个方面的挑战。

一是教学模式单一。现在一些本科院校在开展计算机网络安全课程时，仍然是以教师为主体的灌输式传统教学模式，忽略学生作为“教学主体”的特性，严重制约学生创新意识及动手能力培养[7]。

二是学生缺乏对网络安全问题的直观认识。现实中，由于我国高校和电信网络有相对健全的安全保障体系，以及主流杀毒软件都提供免费个人版，大部分在校生很少有机会真正地接触到网络安全事件或是遭受严重的网络攻击。

三是学生基础知识不足。网络安全课程包含的内容非常丰富，如对称加密算法、非对称加密算法、防火墙的配置和应用、黑客攻击与防范技术应用等。学生在学习网络安全课程之前，应熟练掌握编程、网络、操作系统等专业知识，并有好的数学功底。但绝大部分学生很难满足该要求。

为此，亟需对网络安全课程的教学改革开展深入研究。在本文中，笔者将探讨智能手机在网络安全课程教学中的多种应用场景，为后续的网络安全课程的教学改革提供参考。

二、智能手机在网络安全课程教学中的应用

（一）加密算法教学中智能手机的应用

在网络安全教学中，密码学是其基础、核心，是课程的重要教学内容。但由于密码学涉及到众多数学知识和大量计算，学生难以理解和把握，容易产生厌学情绪。特别的，在网络安全课程教学中，密码学是首先需要介绍的内容。因此，如果学生一开始便产生了恐惧、厌学的情绪，则对后面的课程教学有着非常不利的影响。为此，笔者针对公钥加密算法，利用智能手机进行相应教学改革。

RSA和DH（Diffie-Hellman）算法是公钥加密算法的典型代表，在实际网络和系统中有着非常广泛的应用。在讲解RSA算法时，首先给出加密和解密的计算公式。加密过程如公式（1）所示，解密过程如公式（2）所示。

C=Memodn（1）

M=Cdmodn （2）

然后，给出具体的例子进行实际演算，如M=88，e=7，d=23，n=187。若让学生直接887mod187的值，则计算困难。利用智能手机上的科学计算器，能快速算出计算结果，使得学生对RSA算法的执行步骤有了直观认识。

类似的，在学习DH算法时，需要计算公钥Ya、Yb以及共享密钥K的值，如公式（3）、（4）、（5）所示。

选择素数q=353，本原根α=3，随机数（私钥）ra=97，rb=233，利用智能手机上自带的科学计算器能快速算出公钥Y和共享密钥K的值。

在课堂教学中，可以让学生携带自己的手机上黑板进行计算演示，增加了学生的课堂参与程度。同时，通过实际的计算，让学生对复杂的加密算法有了直观认识，也提升了其学习的成就感。

（二）网络安全协议教学中智能手机的应用

在网络安全教学中，网络安全协议是另一项基础内容。网络安全协议以密码学算法为基础，并不涉及数学计算，但一般的网络安全协议均包含多个步骤，过程抽象，学生难以理解。以Kerberos V4版本为例，其交互过程如图1所示。

图1中协议交互过程复杂。Kerberos V4协议的要点在于：在消息（2）中，AS发送会话密钥Kc，tgs给客户端C，该密钥表示C和TGS共享的会话密钥，同时还包含时间戳（TS1）。然后再用用户口令生成的密钥Kc对整个消息进行加密。Tickettgs是票据授权票据。在消息（3）中，C发送了一条认证消息（Authenticatorc）包含用户ID、网络地址、时间戳，此认证消息的含义是“在TS3时刻，ADc使用Kc，tgs”，只使用一次且生命期很短，可以证明用户身份。在消息（5）中，C提供最终认证消息（Authenticatorc）。消息（6）表示客户端对服务器的认证，返回的时间戳为认证消息时间戳加1，并用会话密钥加密。

为帮助学生理解上述协议，笔者在课堂中使用“游戏”教学方式，让4位同学分别担任客户端A、服务器V、认证服务器AS和票据授权服务器TGS。为模拟出其中的交互过程，使用智能手机为媒介，让不同手机表示不同的票据（Ticket），通过手机的传递，让学生直观了解到Kerberos协议的交互流程。此外，还可以利用智能手机的无线通信功能，让学生两两配对，然后利用开源App[8]，进行协议的交互执行与演示。

（三）网络流量分析教学中智能手机的应用

网络安全课程不仅是一门理论课，而且也是一门实践操作课程。没有动手能力，不能现场展示，学生很难理解一些具体的网络安全技术，如网络流量分析等。为此，教师可以配置自己的電脑为Wifi热点，然后让学生的手机连接至教师电脑，进行现场演示教学。以网络分析SSL/TLS协议为例，教师配置笔记本（安装Ubuntu操作系统）为Wifi热点，学生手机连接至该热点，如图2所示。

然后让学生连接HTTPS网站，教师在自己电脑上运行Wireshark等网络流量分析软件，现在展示学生手机的网络流量内容，如图3所示，让学生直观感受到什么是网络流量分析以及具体如何分析等。同时，还能够增加教师与学生之间的互动交流。

（四）智能手机的其它应用

在网络课程教学中，还可以将智能手机应用于其它场景以提升教学效果。如：1. 上网搜索。课堂教学时，可以利用智能手机的联网功能，搜索具体的细节知识点，如字符的ASCII码，让学生理解如何将字符转化为数字以及二进制进行加解密运算。2. 提前预习。上课前，通过班级QQ群、微信群等向授课班级发送此次课堂学习的核心内容，包括课程学习的目标、学习的重难点等，让学生在课前做好预习准备。3. 碎片化教学。在碎片化的时间中，教师通过浏览手机中与网络安全相关的新闻、微博、微信公众号等内容，并将相关内容作为教学的案例发送给学生，使所授知识紧跟当前热点事件，让学生了解到身边的网络安全事件，增强其学习兴趣。通过以上方法可以激发大学生的学习欲望，提升教师的教学效率，辅助学生进行知识获取进而提高课堂教学效果。

三、结束语

目前，主流的智能手机运算能力已经超过早期的PC机，因而实质上就是一台便携式电脑。网络安全课程涉及到众多数学计算和实际的网络流量分析（甚至攻击演示），如果充分利用好智能手机，则能起到良好的教学效果。让学生在实践中学习，增加了学生的感性认识，对其理论知识的理解和把握具有重要帮助。

参考文献：

[1]陈怀志.智能手机给高校课堂教学带来的冲击和启示[J].西昌学院学报（社会科学版），2014，26（04）：148-150.

[2]谭春兰.利用手机进行课程教学改革实践探讨[J].中国乡镇企业会计，2017（11）：263-265.

[3]黄妍妍.智能手机APP应用于高职英语语音课教学探析[J].昆明冶金高等专科学校学报，2016，32（02）：26-29.

[4]陈旭堂.智能手机对课堂教学的影响——以理论课教学为例[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2015（11）：17-19.

[5]王竹立，李小玉，林津.智能手机与“互联网+”课堂——信息技术与教学整合的新思维、新路径[J].远程教育杂志，2015，33（04）：14-21.

[6]林峰.网络安全技术课程教学改革研究[J].黑龙江教育（理论与实践），2017（09）：62-63.

[7]韦丽娟.计算机网络安全课程教学模式研究[J].软件导刊（教育技术），2017，16（10）：76-77.

[8]Kerberos Android NDK Sample Application. https：//github.com/cconlon/kerberos-android-ndk，2015.