摘要：本文分析了信息安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程所面臨的一些問題，并從多個(gè)角度介紹了武漢大學(xué)利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)來加強(qiáng)信息安全本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)踐創(chuàng)新；信息安全；本科培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913 (2007) 22-0142-03

2001年，武漢大學(xué)創(chuàng)建了全國(guó)第一個(gè)信息安全專業(yè)。信息安全作為一個(gè)全新的本科專業(yè)和其獨(dú)有的特殊性，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力提出了更高要求。武漢大學(xué)在信息安全專業(yè)本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)上進(jìn)行了不斷探索和實(shí)踐，積累了一些經(jīng)驗(yàn)[1-6]，包括加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、配置班級(jí)專業(yè)導(dǎo)師[4]、組建專業(yè)興趣小組、創(chuàng)建學(xué)生科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、設(shè)立大學(xué)生科研項(xiàng)目基金、創(chuàng)建校外實(shí)習(xí)基地、實(shí)行“3+1”培養(yǎng)模式[7]等。本文著重從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的角度來談信息安全專業(yè)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

無疑，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是提高本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。各大高校均開設(shè)了一系列實(shí)驗(yàn)課程，但不少課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果并不明顯，學(xué)生的動(dòng)手能力并沒有因?yàn)閷?shí)驗(yàn)課程的開設(shè)而明顯得到提高。這其中存在如下幾方面的原因：

1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)置不合理，可實(shí)施性不強(qiáng)或者過于簡(jiǎn)單

2) 實(shí)驗(yàn)教師師資力量不夠

3) 實(shí)驗(yàn)過程沒有得到有效實(shí)施和監(jiān)督

4) 對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有明確的考核制度和方法

5) 學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程不夠重視，敷衍了事

信息安全作為一個(gè)全新的綜合性、實(shí)踐性和交叉性極強(qiáng)的新興專業(yè)，相比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)而言，在各方面都還不大成熟，在各方面表現(xiàn)出的問題也更為突出。造成這些問題的原因是多方面的，而要實(shí)際解決這些問題，需要多個(gè)方面一起努力。下面，筆者從幾個(gè)方面介紹武漢大學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的一些思路、經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

1循序漸進(jìn)，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

目前武漢大學(xué)信息安全專業(yè)采用課程實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其中課程實(shí)驗(yàn)與相應(yīng)課程同步進(jìn)行，例如密碼學(xué)、信息隱藏和計(jì)算機(jī)病毒課程分別設(shè)置了20、20和36個(gè)學(xué)時(shí)的課程實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課程屬于單獨(dú)的必修實(shí)驗(yàn)課程，通常為1個(gè)學(xué)分；實(shí)驗(yàn)課程以綜合性、設(shè)計(jì)型為主，旨在鍛煉綜合應(yīng)用所學(xué)的安全知識(shí)、解決實(shí)際安全問題的能力。例如“信息安全綜合實(shí)驗(yàn)”、“網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)”以及“程序設(shè)計(jì)實(shí)踐”均為1個(gè)學(xué)分的實(shí)驗(yàn)課程，三門課程各計(jì)36個(gè)學(xué)時(shí)。

每門課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)課程均包括了基礎(chǔ)驗(yàn)證型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型和綜合型實(shí)驗(yàn)。我們認(rèn)為，基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是必不可少的，該類實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邔W(xué)生最基本的實(shí)踐操作能力，同時(shí)也可以大大促進(jìn)他們對(duì)課本基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，并為后續(xù)設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型和綜合型實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。在學(xué)生具備了最基本實(shí)踐操作能力之后，我們逐步提高實(shí)驗(yàn)的難度，然后進(jìn)行一些較復(fù)雜的設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型和綜合型實(shí)驗(yàn)，這三類實(shí)驗(yàn)如果能夠得到有效實(shí)施，則能夠明顯提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，大大激發(fā)學(xué)生的科研創(chuàng)新潛力和專業(yè)實(shí)踐興趣。

針對(duì)課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)課程，我們均制訂了具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，在教學(xué)計(jì)劃中明確了各個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、目的和學(xué)時(shí)。下面以“計(jì)算機(jī)病毒課程實(shí)驗(yàn)”為例作重點(diǎn)介紹。

“計(jì)算機(jī)病毒課程實(shí)驗(yàn)”包括9個(gè)子實(shí)驗(yàn)，分別是：

(1) 數(shù)據(jù)恢復(fù)

分析FAT32和NTFS磁盤文件系統(tǒng)格式，提取、反匯編并調(diào)試分析MBR、DBR代碼，詳細(xì)分析實(shí)驗(yàn)室硬盤的具體結(jié)構(gòu)，刪除并手工恢復(fù)指定文件，熟悉并比較各款數(shù)據(jù)恢復(fù)工具。課后要求學(xué)生對(duì)自己的電腦硬盤進(jìn)行詳細(xì)分析，畫出自己電腦硬盤的磁盤結(jié)構(gòu)圖，分析多引導(dǎo)程序工作原理。

(2) PE文件結(jié)構(gòu)分析

對(duì)PE文件的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，詳細(xì)分析引入表和引出表的結(jié)構(gòu)和原理，按要求手工修改PE文件以改變PE程序的行為。用16進(jìn)制編輯器手工制作符合指定條件的最小PE文件。本實(shí)驗(yàn)集創(chuàng)新型、設(shè)計(jì)型和綜合型于一體。實(shí)驗(yàn)前面部分旨在加深學(xué)生對(duì)PE文件的理解，后面部分則要求學(xué)生充分發(fā)揮自己的分析、設(shè)計(jì)以及綜合能力。本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生對(duì)匯編、反匯編、靜/動(dòng)態(tài)調(diào)試、PE文件結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)都具有比較深入的理解并能夠綜合運(yùn)用這些知識(shí)。

(3) VBS腳本病毒樣本分析

分析一個(gè)實(shí)際的VBS腳本病毒樣本，并對(duì)其進(jìn)行解碼和分析。本實(shí)驗(yàn)旨在提高學(xué)生的病毒分析能力，提高學(xué)生的病毒分析經(jīng)驗(yàn)。

(4) PE病毒樣本調(diào)試分析

調(diào)試分析課本中的一個(gè)病毒實(shí)例(或者分析一個(gè)流行PE病毒樣本)，并寫出病毒清除程序。本實(shí)驗(yàn)旨在提高學(xué)生的分析、設(shè)計(jì)能力。

(5) 計(jì)算機(jī)病毒免查殺技術(shù)分析

對(duì)常見病毒的特征碼進(jìn)行定位，并能夠通過修改特征碼來使得病毒逃避各流行殺毒軟件查殺。對(duì)各反病毒軟件的病毒檢測(cè)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。本實(shí)驗(yàn)綜合型較強(qiáng)。

(6) 惡意代碼行為分析及流行病毒專殺軟件設(shè)計(jì)

利用相關(guān)工具對(duì)惡意代碼的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行分析，并手工清除病毒。編寫可以擴(kuò)展的流行病毒的專殺軟件。

(7) 網(wǎng)絡(luò)蠕蟲取樣分析

對(duì)流行蠕蟲進(jìn)行分析，從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包中獲得流行蠕蟲樣本，并進(jìn)行實(shí)際功能分析。

(8) 軟件加殼與解殼

對(duì)指定程序進(jìn)行加殼并分析，對(duì)給定的加殼程序進(jìn)行自動(dòng)和手工脫殼。

(9) 簡(jiǎn)易殺毒軟件設(shè)計(jì)

編寫簡(jiǎn)易的殺毒軟件，該軟件需要具備簡(jiǎn)易掃描引擎和特征代碼庫。基本具備殺毒軟件的病毒掃描功能，并可以進(jìn)行升級(jí)。

我們對(duì)每門課程的每個(gè)子實(shí)驗(yàn)、每一個(gè)具體實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)和反復(fù)實(shí)踐修改，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)和遇到的各種問題都進(jìn)行了充分的分析和考慮。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼蟠筇岣邔W(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。譬如，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)病毒課程實(shí)驗(yàn)中的各子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，我們征求了部分國(guó)內(nèi)著名反病毒公司從事病毒分析的骨干技術(shù)人員的建議和意見；學(xué)生在認(rèn)真完成這些實(shí)驗(yàn)之后完全具備從事病毒分析工作的能力。

2合理安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和時(shí)間

實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和時(shí)間安排得是否得當(dāng)，也將直接影響到實(shí)驗(yàn)效果和學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，同時(shí)也會(huì)對(duì)學(xué)生的就業(yè)造成一定的影響。

一方面，專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程在設(shè)置的過程中需要充分考慮到先修課程的安排。專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生具備比較好的計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)。譬如，計(jì)算機(jī)病毒課程需要學(xué)生先完成匯編語言程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)等方面的課程。而網(wǎng)絡(luò)安全課程則需要學(xué)生先完成“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”、“網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)”、“數(shù)據(jù)庫原理”、“操作系統(tǒng)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“高級(jí)程序設(shè)計(jì)”等方面的課程。因此，實(shí)驗(yàn)課程的安排不能太靠前。

另一方面，實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置還必須考慮到學(xué)生大三暑期實(shí)習(xí)、大四就業(yè)、考研的問題，實(shí)驗(yàn)課程安排在大四開始之前較合理。

目前瑞星、金山毒霸、安天等反病毒企業(yè)每年從武漢大學(xué)信息安全專業(yè)招聘實(shí)習(xí)生。為了保證學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力，武漢大學(xué)信息安全專業(yè)實(shí)行了“3+1”模式[7]，即學(xué)生在前三學(xué)年修完所有課程，第四學(xué)年到單位實(shí)習(xí)并完成畢業(yè)論文，推薦或考上研究生的同學(xué)則直接進(jìn)入導(dǎo)師課題組實(shí)習(xí)。武漢大學(xué)信息安全專業(yè)的安全實(shí)驗(yàn)課程安排在大三一個(gè)學(xué)年完成。

3大力培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)師資

目前大部分高校信息安全專業(yè)的實(shí)驗(yàn)師資通常來自于兩部分：傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)人員和部分專業(yè)教師。前者對(duì)計(jì)算機(jī)類的傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)輕車熟路，但在信息安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)上暫時(shí)可能還存在一定困難。

信息安全專業(yè)的專業(yè)教師大多來自傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)，他們大部分都在信息安全領(lǐng)域進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間較為深入的理論研究，具有較為扎實(shí)的信息安全理論基礎(chǔ)，但在信息安全技術(shù)實(shí)踐上可能并沒有投入太多精力，并且由于信息安全學(xué)科中某些具體方向(如網(wǎng)絡(luò)攻防以及計(jì)算機(jī)病毒技術(shù))的自身特點(diǎn)，如果沒有專門的科研項(xiàng)目支持，部分專業(yè)教師也難以投入太多精力。

作為一個(gè)新興的專業(yè)，信息安全中涉及到的各門新建實(shí)驗(yàn)課程需要實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師掌握大量的安全理論知識(shí)，同時(shí)必須在安全技術(shù)上具備很強(qiáng)的實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)師資直接影響到了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，目前各大高校實(shí)驗(yàn)師資力量普遍不夠，各高校均需積極加大專業(yè)實(shí)驗(yàn)師資的培養(yǎng)力度。

4創(chuàng)造良好實(shí)驗(yàn)環(huán)境

相對(duì)于其他計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)而言，信息安全專業(yè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件的要求更高。譬如，網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)需要比較好的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備也有更高的要求；計(jì)算機(jī)病毒實(shí)驗(yàn)則需要提供足夠的流行病毒樣本、虛擬機(jī)、隔離的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及供測(cè)試使用的各類安全軟件、硬件設(shè)備；信息安全綜合實(shí)驗(yàn)則需要為學(xué)生提供真實(shí)的硬件設(shè)備[6]，譬如武漢大學(xué)信息安全實(shí)驗(yàn)室購置了硬件防火墻、密碼機(jī)、隔離網(wǎng)閘、天闐IDS、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析儀、智能卡開發(fā)設(shè)備、指紋識(shí)別儀、電磁干擾測(cè)試接收機(jī)、路由器、交換機(jī)等設(shè)備，投資數(shù)百萬元。盡管如此，這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備也無法在同一時(shí)間滿足所有同學(xué)的實(shí)驗(yàn)需求。為了保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件，實(shí)驗(yàn)室需要分多組多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也可以自己組隊(duì)預(yù)約實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這些都需要實(shí)驗(yàn)室提供良好的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備并制定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)制度。

目前，武漢大學(xué)已經(jīng)具備比較好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為了進(jìn)一步為學(xué)生提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，我們正在積極研發(fā)信息安全專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，該平臺(tái)一方面可以大大減輕實(shí)驗(yàn)教師的工作量，另一方面學(xué)生也可以隨時(shí)隨地從網(wǎng)絡(luò)上訪問實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，獲得良好的軟件以及模擬的硬件設(shè)備實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

5加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)考核與管理

為了促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程的有效實(shí)施，有效的激勵(lì)措施、嚴(yán)格的考核與管理措施是必不可少的。

從實(shí)驗(yàn)教師角度來說，首先應(yīng)該嚴(yán)格要求學(xué)生按時(shí)完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并按時(shí)嚴(yán)格按照指定格式完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對(duì)于抄襲現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)該嚴(yán)厲制止。另外，實(shí)驗(yàn)教師要積極啟發(fā)學(xué)生，同時(shí)在試驗(yàn)前做好各項(xiàng)準(zhǔn)備，在必要時(shí)要指導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)過程中遇到的一些難以解決的或者意外的問題，以免學(xué)生遇到困難之后可能無法進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)，從而影響實(shí)驗(yàn)效果。

從學(xué)院角度來說，其一方面應(yīng)該制定有效的激勵(lì)措施鼓勵(lì)有能力的老師積極承擔(dān)信息安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，另外一方面其應(yīng)該針對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過程制定嚴(yán)格的考核機(jī)制。

6結(jié)束語

目前武漢大學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但不可否認(rèn)的是，我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也依然存在一些必須解決的問題。目前武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院正在積極申報(bào)省級(jí)和國(guó)家級(jí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，相信在學(xué)校和學(xué)院的大力重視下，在我們不斷的努力和探索中，武漢大學(xué)信息安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)將會(huì)成為全國(guó)信息安全實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一大亮點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介

彭國(guó)軍(1979-)，男，湖北荊州人，講師，主要從事信息安全方面的研究與教學(xué)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然基金(60373087，60473023，606730

71)， 863基金(2006AA01Z442)