孫偉峰　邢元勛　覃振權(quán)

摘要：與計算機(jī)安全相關(guān)的課程有多門，多數(shù)要配備實(shí)驗課程。文章以計算機(jī)病毒與入侵檢測實(shí)驗課程為例，針對實(shí)驗課程形式單一、內(nèi)容重復(fù)的狀況，分析當(dāng)代大學(xué)生動手實(shí)驗?zāi)芰Σ蛔?、課程學(xué)習(xí)效果較差的原因，對計算機(jī)病毒入侵與檢測實(shí)驗課程教學(xué)的改進(jìn)進(jìn)行思考，最后提出一種因材施教、MOOC參與、理論指導(dǎo)為輔的實(shí)驗課程教學(xué)改進(jìn)模式。

關(guān)鍵詞：MOOC；網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗課程；因材施教；輔助理論指導(dǎo)；教學(xué)改進(jìn)

1.背景

網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)是國家一級學(xué)科專業(yè)，對信息安全人才的培養(yǎng)起到舉足輕重的作用。網(wǎng)絡(luò)安全的專業(yè)課包含多門，如大連理工大學(xué)軟件學(xué)院的安全專業(yè)課程包括信息論、密碼理論與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧分析與設(shè)計、計算機(jī)病毒和入侵檢測、無線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等。其中，計算機(jī)病毒與入侵檢測課程是一門以實(shí)驗課為主、理論課為輔的網(wǎng)絡(luò)安全課程。筆者曾在論文《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教學(xué)形式及內(nèi)容“超市化”研究》中提出，在無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)內(nèi)容和形式改革、上課和實(shí)驗結(jié)合、課內(nèi)和課外互動結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生研究能力等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐，闡述理論課和實(shí)驗課的內(nèi)容“超市化”、方案“草根化”、理論和實(shí)踐聯(lián)系“一體化”、科研及實(shí)驗場地“自由化”的教學(xué)思路和方法。隨著教學(xué)硬件設(shè)備的更新?lián)Q代，實(shí)驗課的設(shè)置越來越靈活，病毒的種類越來越多，攻防措施也越來越先進(jìn)。從最早的計算機(jī)病毒Morris，到現(xiàn)在成千上萬種病毒充斥互聯(lián)網(wǎng)，研究各種計算機(jī)病毒的擴(kuò)散機(jī)制和感染原理十分必要。在教學(xué)手法上，采用實(shí)驗操作搭配理論指導(dǎo)的方式可以顯著提升教學(xué)效率和效果，并在實(shí)驗室VMware虛擬機(jī)上配備實(shí)驗平臺供學(xué)生實(shí)驗使用。

考慮到計算機(jī)病毒與入侵課程的設(shè)置人數(shù)并不多，近3年來平均選課人數(shù)在60名左右，網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)方向的本科生教學(xué)應(yīng)更著重動手實(shí)驗，因此采用因材施教的教學(xué)模式更適應(yīng)教學(xué)要求；通過與每位學(xué)生溝通，了解學(xué)生掌握相關(guān)知識的程度和實(shí)際動手能力的強(qiáng)弱，根據(jù)每位學(xué)生的特征量身定做屬于該學(xué)生的教學(xué)方式。例如，讓學(xué)生選擇喜歡研究的領(lǐng)域，通過互聯(lián)網(wǎng)查閱相關(guān)知識并確定實(shí)驗內(nèi)容，培養(yǎng)其動手能力和理論結(jié)合實(shí)踐的能力，讓學(xué)生完成學(xué)校的學(xué)習(xí)之后能夠在實(shí)際工作和科研工作中快速上手。這種因材施教的方式可以提升學(xué)生的成就感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)實(shí)際動手能力并提升學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。不同學(xué)生對不同方向的選擇，需要MOOC參與。MOOC是massive（大規(guī)模的）、open（開放的）、online（在線的）、course（課程）4個單詞的縮寫，指大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程。

2.現(xiàn)有的實(shí)驗課教學(xué)方式

以大連理工大學(xué)軟件學(xué)院的本科生課程為例，包含實(shí)驗課的課程有計算機(jī)系統(tǒng)組裝與設(shè)置、模擬與數(shù)字電路、計算機(jī)與IT入門、計算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗、計算機(jī)病毒入侵與檢測等。以往這些實(shí)驗課的講授方式幾近相同，長此以往，學(xué)生對實(shí)驗課產(chǎn)生抵觸隋緒。

2.1指定實(shí)驗和步驟的教學(xué)方式

指定實(shí)驗和步驟的實(shí)驗課授課方式以理論講授為主，動手實(shí)驗為輔。教師在實(shí)驗課開始之前，以PPT的形式講述即將進(jìn)行的指定實(shí)驗及步驟。該實(shí)驗課教學(xué)方式常見于實(shí)驗內(nèi)容單一的實(shí)驗課程。這種教學(xué)方式下，學(xué)生將按照授課教師的規(guī)定步驟一步一步地實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)果千篇一律、大同小異。在詢問學(xué)生此類實(shí)驗課的收獲時，得到的答案普遍是：“按部就班地照做就好”，在實(shí)驗的過程中沒有思考應(yīng)該怎樣做和為什么這樣做，八成以上的學(xué)生表示沒有從實(shí)驗課中學(xué)到知識。這種指定實(shí)驗、指定步驟的實(shí)驗課教學(xué)模式下，授課教師為了授課方便，沒有考慮到學(xué)生的多元化特征，忽略了培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和科研動手能力。而最根本的問題在于給定題目之后的步驟講解，完全剝奪了學(xué)生思考問題和解決問題的權(quán)利，禁錮了學(xué)生的思維，失去了設(shè)置實(shí)驗課的意義。這樣的教學(xué)模式是不可取的。

2.2開放式教學(xué)方式

開放式實(shí)驗課授課方式是指教師不布置實(shí)驗內(nèi)容，任由學(xué)生自主選擇題目進(jìn)行實(shí)驗的授課方式。這種授課方式常見于實(shí)驗內(nèi)容范圍廣泛的實(shí)驗課程。在該教學(xué)方式下，學(xué)生在沒有理論指導(dǎo)的情況下完全隨個人愛好選擇實(shí)驗內(nèi)容，導(dǎo)致實(shí)驗期間人手困難、因理論知識匱乏遇到難點(diǎn)無法繼續(xù)實(shí)驗、得不到預(yù)期效果等情況。實(shí)驗課結(jié)束后詢問學(xué)生實(shí)驗課收獲時，學(xué)生反映開放式教學(xué)方式下的實(shí)驗課雖然可以按照個人興趣選擇實(shí)驗題目，著重培養(yǎng)自主創(chuàng)新意識和自我解決問題的能力，但是理論知識的匱乏和正確指引的缺乏使許多實(shí)驗過程中的問題無法解決，導(dǎo)致許多學(xué)生在實(shí)驗進(jìn)行的過程中逐漸喪失信心和興趣。該教學(xué)模式下，表面上學(xué)生開放了思維，實(shí)質(zhì)上大部分學(xué)生不能正確估量實(shí)驗難度，難以真正完成實(shí)驗內(nèi)容，久而久之導(dǎo)致學(xué)生自信心受到打擊，這與本科生教學(xué)理念背道而馳。

3.理論指導(dǎo)為輔的因材施教教學(xué)方式

3.1教學(xué)理念

實(shí)驗課的教學(xué)區(qū)別于理論課，它要求授課教師引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗操作而不是一味地講授理論知識和實(shí)驗步驟，也不是一味地放權(quán)讓學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗的選題和操作過程。所謂引導(dǎo)，是指在了解學(xué)生的不同條件和不同興趣愛好的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的意愿，給出合理的建議和指導(dǎo)，并在實(shí)驗過程中設(shè)置基礎(chǔ)實(shí)驗和創(chuàng)新實(shí)驗兩部分供學(xué)生完成，真正做到因材施教。

3.2基礎(chǔ)實(shí)驗課程

計算機(jī)病毒入侵與檢測課程基礎(chǔ)實(shí)驗課部分，針對學(xué)生們的興趣和教學(xué)相關(guān)要求，從實(shí)驗平臺的40余項實(shí)驗中選取幾個有代表性的實(shí)驗，比如編寫惡意html文件，通過編寫死循環(huán)語句，導(dǎo)致打開網(wǎng)頁時頁面進(jìn)行無限次的黑白閃動；通過編寫簡單的html語句，導(dǎo)致打開指定網(wǎng)頁時會不斷彈出空白網(wǎng)頁。選擇這種實(shí)驗，可以直觀地讓學(xué)生感受到計算機(jī)病毒給計算機(jī)帶來的影響。通過學(xué)生動手實(shí)踐，讓其對計算機(jī)病毒入侵與檢測這門課程有更加深入的理解并逐漸產(chǎn)生興趣，這也正是實(shí)驗基礎(chǔ)課程的核心目標(biāo)。再比如Word宏病毒實(shí)驗，雖然這是一種很古老的病毒，但是它的意義不容小覷。宏病毒是使用宏語言（VBA）編寫的惡意程序，存在于文字處理文檔、電子數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)文件中。在Word宏病毒實(shí)驗中，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗要求，將被感染宏病毒的Word文檔擴(kuò)散到一個空白的Word文檔中，并使用Visual Basic編輯器查看宏病毒代碼，理解宏病毒的感染和擴(kuò)散過程。在基礎(chǔ)實(shí)驗課程教學(xué)中，教師介紹實(shí)驗基本原理，提醒注意事項，比如在html網(wǎng)頁病毒實(shí)驗中，教師要提醒學(xué)生編寫html語言程序要注意該語言的語法。教師還應(yīng)在實(shí)驗前提出幾點(diǎn)問題，例如在宏病毒實(shí)驗中提出以下幾點(diǎn)問題：

（1）什么是宏病毒？為什么它被稱作宏病毒？

（2）宏病毒的傳播原理是怎樣的？

（3）能不能參考本次實(shí)驗自己制作一個簡單的宏病毒？

其中，第3點(diǎn)要根據(jù)學(xué)生的個體情況有選擇地完成。另外，教師應(yīng)及時深入學(xué)生內(nèi)部觀察每一位學(xué)生的實(shí)驗情況，觀察學(xué)生實(shí)驗進(jìn)程快慢，對吃力的學(xué)生加以指引?；A(chǔ)實(shí)驗課程的實(shí)驗設(shè)置對大多數(shù)學(xué)生來講是相同的，因此采取學(xué)生內(nèi)部交流與幫助的方式是可行的。根據(jù)本課程實(shí)際情況，學(xué)生更容易采用內(nèi)部交流的方式解決困難，原因在于學(xué)生與學(xué)生之間的交流無障礙，且學(xué)生更容易將困難講述給關(guān)系較好的同學(xué)。這樣的好處是使每一位參與實(shí)驗課的學(xué)生都能夠真正動手操作，理解實(shí)驗意圖和目標(biāo)，并最終通過自己的努力完成每一個實(shí)驗。

基礎(chǔ)實(shí)驗課程設(shè)置的優(yōu)勢總體來講體現(xiàn)為以下3點(diǎn)：

（1）學(xué)生掌握了實(shí)驗課應(yīng)具備的基本操作技能和動腦思考能力。

（2）配合教師的理論指引，減少學(xué)生完成基礎(chǔ)實(shí)驗過程中的障礙。

（3）樹立學(xué)生的自信心，使之對實(shí)驗課程產(chǎn)生濃厚的興趣。

3.3創(chuàng)新實(shí)驗課程

創(chuàng)新實(shí)驗課程是指根據(jù)學(xué)生的個人興趣愛好以及自身學(xué)習(xí)能力而設(shè)置的一系列難度較高的實(shí)驗。這些實(shí)驗的設(shè)置是根據(jù)平時調(diào)查學(xué)生的興趣點(diǎn)，對實(shí)驗難度加以評判后，在實(shí)驗室之外由學(xué)生自主選擇完成，最終的實(shí)驗過程和實(shí)驗結(jié)果要整理成一篇實(shí)驗報告作為計算機(jī)病毒入侵與檢測課程的期末成績。為了防止學(xué)生應(yīng)付，要求每位學(xué)生做視頻演示，并詳細(xì)說明做了什么內(nèi)容。視頻要上傳到實(shí)驗視頻平臺，這會敦促學(xué)生真正參與實(shí)驗，并努力做到最好。而這些視頻，又可以作為MOOC的視頻材料，供其他學(xué)生參考。在從確定實(shí)驗到完成實(shí)驗的過程中，教師可以清晰地發(fā)現(xiàn)不同學(xué)生在面對困難時的不同表現(xiàn)。有些學(xué)生在面對困難時摸不到頭腦，不知從何處下手，陷入迷茫和止步不前的狀態(tài)中。這時候教師要對這類學(xué)生加以引導(dǎo)，與他們交流，分析問題所在，指引他們尋找問題的答案，如可以聆聽學(xué)生的困難之處，針對困難提供給學(xué)生幾點(diǎn)參考意見，比如去某些網(wǎng)站或者教材查找相關(guān)知識，并教導(dǎo)學(xué)生在面對困難的時候要堅定自己的信念和自我認(rèn)同。比如蟲洞wormhole實(shí)驗，實(shí)驗的過程比較繁瑣，而且需要額外的硬件支持。許多學(xué)生在沒理解病毒原理的情況下急于動手，導(dǎo)致在實(shí)驗進(jìn)行一半的時候迷失了目標(biāo)，這時候可以建議學(xué)生暫時先放下手頭實(shí)驗，先去了解wormhole病毒的基本原理，再查閱wormhole相關(guān)的實(shí)驗例子，參考別人是怎樣完成實(shí)驗的，并結(jié)合自己的需求將實(shí)驗進(jìn)行下去。對于如何參考別人的實(shí)驗，除了同學(xué)間的參考，還需要建立基于MOOC的實(shí)驗視頻平臺，包含互聯(lián)網(wǎng)上的視頻、以前學(xué)生在實(shí)驗時錄制的視頻、教師講解和操作視頻等，給學(xué)生更多的選擇。

創(chuàng)新實(shí)驗課程的設(shè)計符合實(shí)驗課教學(xué)的創(chuàng)新教育理念，其優(yōu)勢體現(xiàn)為以下3點(diǎn)：

（1）結(jié)合不同學(xué)生的不同情況設(shè)置難易程度不同的實(shí)驗，做到了因材施教。

（2）創(chuàng)新實(shí)驗具有一定難度，完成實(shí)驗的過程中提升了學(xué)生應(yīng)對困難、解決難題的能力。

（3）MOOC可以減少教師的指導(dǎo)過程，但在學(xué)生遇到困難時，教師與學(xué)生單獨(dú)交流更能針對問題給出有價值的建議與指導(dǎo)，讓學(xué)生真正在實(shí)驗中掌握知識。

4.實(shí)際效果

大學(xué)教育已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義的傳道授業(yè)，當(dāng)今大學(xué)教育模式應(yīng)該做到寓教于樂、因材施教，而實(shí)驗課改革便是深人貫徹當(dāng)今教育模式的體現(xiàn)。通過結(jié)果反饋，計算機(jī)病毒與入侵實(shí)驗課讓學(xué)生擺脫了理論學(xué)習(xí)的枯燥乏味，在實(shí)驗動手當(dāng)中感受理論知識的應(yīng)用，做到了寓教于樂。實(shí)驗課中每個學(xué)生都可以針對實(shí)驗中的難點(diǎn)向教師提問或者尋求同學(xué)的幫助，并可自主選擇不同難度的實(shí)驗，做到了因材施教。

在完成實(shí)驗后，學(xué)生按照要求認(rèn)真完成實(shí)驗報告冊。實(shí)驗報告冊添加了“本次實(shí)驗收獲與感想”這一欄，目的是通過與學(xué)生書面上的交流，得到實(shí)驗課的教學(xué)反饋。在評閱實(shí)驗報告冊的過程中，我們收到了來自學(xué)生的許多寶貴意見，比如wormhole病毒實(shí)驗難度偏大、按要求執(zhí)行的過程中會出現(xiàn)bug導(dǎo)致不能達(dá)到預(yù)期效果、部分實(shí)驗內(nèi)容過于老舊等。對于這些建議，我們虛心接受，并會在接下來的教學(xué)中改善實(shí)驗內(nèi)容，定時更新病毒實(shí)驗。我們也收到了來自學(xué)生的良好評價，比如html病毒實(shí)驗讓學(xué)生真正感受到了計算機(jī)病毒的存在，有的學(xué)生反饋這是他第一次創(chuàng)造的病毒，很有成就感。還有一部分學(xué)生在之前的實(shí)驗過程中遇到了困難，最后在教師和同學(xué)的幫助下克服困難，得到實(shí)驗結(jié)果，這種把大困難分解成許多小困難并逐個擊破的方法使他信心大作，在一波三折的實(shí)驗過程中體會到了成功的不易。

在結(jié)課后提交的大作業(yè)中，有三成學(xué)生的最終實(shí)驗報告內(nèi)容豐富、想法新穎，能夠在基本要求的基礎(chǔ)上拓寬思路、大膽創(chuàng)新，出色完成了該門課程的學(xué)習(xí)任務(wù)，其中優(yōu)秀的實(shí)驗報告如圖1所示。六成左右的學(xué)生能較好地完成實(shí)驗內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了基本操作，達(dá)到實(shí)驗的基本目標(biāo)。也有近一成的學(xué)生沒能按要求完成實(shí)驗，但是他們在實(shí)驗過程中的付出有目共睹，在處理這類學(xué)生的成績時，不能一味死板地較真實(shí)驗結(jié)果，而應(yīng)從學(xué)生的角度出發(fā)，判斷其有沒有全心投入。對于態(tài)度端正、努力付出的學(xué)生，即使沒能得到最終的實(shí)驗結(jié)果，也不應(yīng)給予不及格成績。

總體來講，理論指導(dǎo)為輔的因材施教實(shí)驗課教學(xué)模式在計算機(jī)病毒入侵與檢測課程的應(yīng)用中取得了較好的效果，結(jié)合實(shí)驗平臺網(wǎng)站的視頻教學(xué)與教學(xué)資源共享方式，獲得了學(xué)生的一致好評。實(shí)驗平臺網(wǎng)站的界面如圖2所示。下一步的工作是在此教學(xué)方式的基礎(chǔ)上提升教學(xué)質(zhì)量，保證所有學(xué)生都能正確完成實(shí)驗課程內(nèi)容。