网络安全与执法专业《计算机操作系统》实验设计

杨兴春，王 刚，李朝荣

(1.四川警察学院 四川泸州 646000；2.宜宾学院 四川宜宾 644000)

近年来，网络违法犯罪形势日趋严峻。为满足公安机关对网络安全与执法人才的需求，2009年，经教育部批准，中国人民公安大学首次开设“网络安全与执法”专业（以下简称网安专业），并于次年开始招生。2012年，教育部正式颁文公布网络安全与执法为工学门类下的公安技术类专业，此后，国内众多公安院校陆续获批开设该专业。

由于网安专业要求学生掌握与计算机相关的专业知识和技能，因此，其课程设置也引入了部分计算机科学与技术专业（以下简称计科专业）的核心课程。事实上，国内公安院校的网安专业大多从计科专业过渡而来，但是网安专业又不同于计科专业。根据应用型本科人才的培养定位，前者的课程设置及课程内容，应当紧紧围绕学生未来的公安职业能力需要进行设置。因此，沿用普通院校计科专业的课程大纲及实验大纲，对于学生的职业能力培养来说，是不合理且不科学的。从目前的情况来看，公安院校在网安专业课程设置方面的相关研究和研讨还较少。

一、网络安全与执法专业人才培养要求

我校在2014年获准开设网络安全与执法专业，并停办“计算机科学与技术”专业。根据我校普通本科专业人才培养方案（2015版），网安专业旨在培养“掌握信息网络安全监管、互联网巡查、网络犯罪侦查和电子数据取证的基础理论、基本知识与基本技能，具有开展网络安全与执法工作的职业核心能力、能在公安部门及相关领域从事网络安全保卫工作的应用型专门人才”。

在职业能力培养方面，该方案要求学生“具备网络犯罪侦查能力，具备电子数据证据发现、提取、固定保全、分析和鉴定的能力”；在职业素质培养方面，要求学生“能够系统运用网络安全与执法专业知识发现、分析和解决实际问题”。根据此培养方案，我校该专业的专业必修课程包括专业基础课和专业核心课两大类，其中，《计算机操作系统》《数据结构》《面向对象程序设计》《数据库应用》等归属于专业基础课，《计算机网络》《网络犯罪侦查》《网络安全技术》《电子数据取证与鉴定》等归属于专业核心课。

二、《计算机操作系统》实验课程开设现状

《计算机操作系统》（Operating System）是计科专业的核心课程，同时也是网络安全与执法专业的专业基础课程，对于培养学生的职业能力以及完善学生的知识结构来说，其重要性不言而喻。该课程主要讲授：操作系统概论、进程及其调度、内存管理、外存管理、文件管理、外设管理、操作系统接口、网络操作系统、系统安全、Unix/Linux系统内核结构等[1]，国内大部分高校将前面六部分内容作为主要授课内容，后面四部分内容一般作为课外自学。

在实验开设方面，国外知名高校如普灵斯顿大学、加州大学伯克利分校、哈佛大学等的计算机专业，都非常重视《计算机操作系统》课程的实验教学，其每一项实验的时间至少持续两周甚至以上[2]，并且课程实践的成绩一般占到总成绩的50%以上[3][4]。国内的部分高校也非常重视该课程的实验教学，如浙江大学、国防科技大学、西北工业大学等都开设有独立的《计算机操作系统》实验课程[3]。

国外和国内的部分知名高校将《计算机操作系统》实验内容定位于对操作系统的改进和设计，其难度较大[5]。国内普通高校的计科专业，因考虑到学生未来的职业能力需要和应用型人才的培养要求，都有针对性的降低了该课程的实验难度，一般以验证性和模拟性的单项实验为主，其开设的实验项目包括：进程同步的模拟、进程调度算法模拟、虚拟存储器管理、硬盘调度算法模拟、文件与目录管理、Linux基本操作等。但是，目前许多高校仍然存在操作系统课程理论与实践脱节的问题[6]。针对该课程的实验设计，我校原计算机科学与技术专业的主要实验内容如表1所示。

表1 原课程实验内容

三、实验设计

根据我校网安专业培养方案和《计算机操作系统》课程大纲，该课程为64学时（其中实验20学时），要求学生了解计算机操作系统的基本功能和特点，理解进程的并发和同步，熟悉处理机调度策略，理解操作系统的内存和外存管理机制，以及理解操作系统对文件的管理和外部设备的管理，并掌握Linux基本操作。

由于教学内容较多，并且网安专业培养方案不同于计科专业培养方案，前者更强调与公安执法相结合，而且突出实践性和应用性，而计科专业强调对操作系统的原理及其实现的理解和掌握。因此，对于网安专业的《计算机操作系统》课程，其实验项目及其内容设计，应不同于计科专业对该课程的实验要求。

在理论课教材的选取上，我们选用汤小丹等人主编的《计算机操作系统》第四版[1]，该书系国内众多高校计科专业选用教材，其内容全面、难易适当且通俗易懂。根据应用型本科人才培养要求，结合网络安全与执法实际工作内容，我们对《计算机操作系统》的实验项目及其内容进行了重新设计，旨在理论联系实际，重点培养学生的实际动手能力和加深对计算机系统运行过程的理解。所设计的实验主要基于主流的Windows平台，并将实验的类型分为应用型和验证型两大类，前者强调实用和应用性，后者强调对操作系统原理的验证。采用课内集中实验和课外自主实践的方式，要求学生完成每项实验并提交实验报告，具体的实验项目、内容及要求如下：

（一）软件安装

实验类型：综合型

实验内容：1.利用工具软件或命令对硬盘分区和格式化；2.Windows 7、Windows 10或其他Windows版本的安装；3.常用办公软件、杀毒软件、程序开发软件、网络应用软件、数据库软件的安装及卸载；4.虚拟机的安装和使用。

实验目的：熟练掌握Windows系统、虚拟机及常用软件的安装和卸载，培养Windows系统的操作能力。

课时：3学时+课外实践

实验要求：独立完成，提交实验报告

对应章节：操作系统概论

（二）进程信息获取

实验类型：验证型、研究型

实验内容：1.观察Windows任务管理器，查看系统当前运行的各进程的相关信息；2.通过专业工具软件，如Process Monitor及Process Explorer[7]等，查看进程相关信息；3.扩展内容：利用高级语言，编写一个简单的多进程或多线程程序。

实验目的：熟练掌握对进程信息的查看和提取，培养电子数据提取能力。

课时：3学时+课外实践

实验要求：独立完成，提交实验报告

对应章节：进程及其调度

（三）内存数据获取

实验类型：验证型、研究型

实验内容：1.利用命令，查看内存相关信息；2.利用工具软件，如Redline[8]、EnCase[9]，获取内存相关数据；3.扩展内容：利用高级语言，编写程序，模拟实现页面置换算法。

实验目的：熟练掌握对计算机内存数据的查看和提取，培养电子数据提取能力。

课时：3学时+课外实践

实验要求：独立完成，提交实验报告

对应章节：内存管理

（四）常见文件格式分析

实验类型：验证型

实验内容：1.分析EXE和COM类型文件格式；2.分析JPEG、BMP、GIF、PNG等图片文件格式。

实验目的：熟练掌握常用文件的格式，为计算机病毒分析打下基础。

课时：4学时+课外实践

实验要求：独立完成，提交实验报告

对应章节：文件管理

（五）NTFS文件系统分析

实验类型：验证型、研究型

实验内容：1.NTFS文件系统分析；2.硬盘数据恢复。3.扩展内容：U盘数据恢复。

实验目的：熟练掌握NTFS文件系统格式，培养基本的电子数据恢复能力。

课时：4学时+课外实践

实验要求：可分组完成，提交实验报告

对应章节：外存管理

（六）Linux操作

实验类型：综合型

实验内容：1.Linux安装；2.Linux基本操作；3.Linux系统简单配置；4.扩展内容：Linux网络环境配置。

实验目的：熟练掌握Linux操作系统，培养基于Linux系统取证的基本能力。

课时：3学时+课外实践

实验要求：可分组完成，提交实验报告

对应章节：操作系统概论、操作系统接口

对于实验项目（五）和（六），考虑到其综合性和实用性较强，学生可以采用分组的方式进行，旨在培养学生的团队合作精神。上述实验的课内学时合计为20学时，除扩展内容外，均为必做项目，其总成绩占期末考核成绩的30%。

四、结语

根据网安专业的人才培养要求，以及考虑到学生未来职业技能的需要，我们重新设计了专业基础课《计算机操作系统》的实验项目及其内容。所设计的六大实验分别对应于授课教材的相应章节，实验内容将操作系统原理与其实际应用有机地结合起来，并采取课内集中实验与课外自主实践的方式，旨在不断提升学生利用所学知识解决实际问题的能力，以及加深学生对计算机系统运行的深刻理解。后续工作将持续跟踪实际的教学效果，并适当调整实验项目、内容和实验要求等。