葉青 閆璽璽 楊曉孟

摘? 要： 針對“入侵檢測技術”實驗課程中存在的實驗難度大，設計性和綜合性實驗難以完成，學生對實驗的背景知識不掌握、對實驗的應用意義不理解等問題，提出應用微課、網(wǎng)絡教學平臺、翻轉(zhuǎn)課堂等技術手段對其教學過程進行改進。實踐證明，改進后的“入侵檢測技術”實驗課程，學生的積極性與興趣能被充分調(diào)動，實驗思路相對清晰，動手動腦能力得到明顯提升，實驗教學效果得到顯著改善。

關鍵詞： 入侵檢測; 微課; 網(wǎng)絡教學平臺; 翻轉(zhuǎn)課堂; 教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）06-98-04

Abstract： For the problems existed in the experiment course of "Intrusion Detection Technology" that the experiment is difficulty， the designing and comprehensive experiments are hard to complete， and students can't understand the background knowledge and the application significance of the experiment， this paper proposes to improve the teaching process by using micro-lecture， web-based teaching platform， flipped classroom and other technical means. Practice has proved that the improved "Intrusion Detection Technology" experiment course can fully mobilize students' enthusiasm and interest in leaning， put their experimental ideas into shape， significantly improve their ability of using hands and brains， so that the effect of experiment teaching has been significantly improved.

Key words： intrusion detection; micro-lecture; web-based teaching platform; flipped classroom; teaching reform

0 引言

第十二屆全國人民代表大會第三次會議上，李克強總理在政府工作報告中提出了發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”的計劃[1]，目的在于將互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果與社會各行業(yè)跨界融合，推動各領域技術進步，改變各領域的工作模式及提升勞動生產(chǎn)率。高等教育也不例外，在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，主動構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”創(chuàng)新模式，以“互聯(lián)網(wǎng)”思想對高等教育的觀念、內(nèi)容、手段、方式等諸多方面進行全方位滲透，有利于提升高校的教學效果，有利于高校向社會輸出高質(zhì)量人才。

入侵檢測技術[2-4]是許多高校網(wǎng)絡安全專業(yè)重要的專業(yè)課程，在我校作為網(wǎng)絡工程專業(yè)本科生的必修/選修課程，在大三下學期或大四上學期開設。該課程涉及到的知識點主要包括入侵檢測的概念與系統(tǒng)模型、常見的入侵方法與手段、誤用與異常入侵檢測系統(tǒng)、主機入侵檢測系統(tǒng)（HIDS）、網(wǎng)絡入侵檢測系統(tǒng)（NIDS）、入侵檢測系統(tǒng)的標準與評估、入侵檢測系統(tǒng)的應用等。我校網(wǎng)絡工程專業(yè)2013年和2016年的培養(yǎng)方案中，該課程都被安排32學時，其中實驗8學時。入侵檢測技術這門課程的特點是實踐性較強，對于這門課理論方面的知識點及相關原理，大部分高年級的網(wǎng)絡安全專業(yè)的學生，通過自學也基本能夠掌握，但是對于這門課的實驗部分，同學們普遍感覺難度較大，需要有經(jīng)驗的老師悉心指導。目前我校在入侵檢測實驗方面存在的問題是學生普遍感覺實驗難度大，驗證性實驗基本可以完成，設計性和綜合性很難完成，而且學生對實驗的背景知識不掌握，對實驗的應用意義不理解。

1 問題分析

分析學生在入侵檢測技術實驗課存在上述問題的根本原因在于：傳統(tǒng)授課模式下，在實驗課堂上，首先教師要詳細講授實驗原理及預備知識、實驗目的和實驗內(nèi)容，然后再讓學生操作實踐。因此，學生真正動手做實驗的時間非常有限，教師關于相關預備知識的講解將占用大量實驗課時間。動手能力強的學生勉強可以得出實驗結(jié)果，也沒有時間將實驗知識進行擴充領會。動手能力弱的學生實驗都沒能做完，就更沒有精力對實驗進行總結(jié)、領會。

因此，要想解決上述問題，必須借助“互聯(lián)網(wǎng)+”教學技術手段、教學方式改變傳統(tǒng)的實驗課授課模式。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”在入侵檢測技術課程實驗教學中的應用

為了兼顧對學生各種技能的培養(yǎng)，平衡實驗深度和廣度的關系，同時還考慮到實驗室的現(xiàn)有條件，共設計了驗證型、設計型、綜合型三種類型的實驗[5]。實驗硬件環(huán)境為PC機、簡單局域網(wǎng)，軟件環(huán)境為Windows/Linux操作系統(tǒng)。驗證型實驗主要目的是讓學生對現(xiàn)有入侵檢測相關的軟件工具，學會下載、安裝、配置和使用。包括各種攻擊實驗，例如漏洞掃描、口令破解、緩沖區(qū)溢出攻擊、拒絕服務攻擊等實驗，以及Windows/Linux操作系統(tǒng)下入侵檢測相關軟件的安裝與配置實驗，包括Tripwire、OSSEC等主機入侵檢測系統(tǒng)以及TcpDump、Snort等網(wǎng)絡入侵檢測系統(tǒng)。設計型實驗主要是為了增強學生的動手及設計能力，培養(yǎng)學生將所學專業(yè)知進行綜合應用的能力，包括：Windows/Linux操作系統(tǒng)日志獲取和分析、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的捕獲及協(xié)議分析等實驗。綜合型實驗的目的是培養(yǎng)學生的應用能力、工程能力和綜合能力。給學生一些具體應用環(huán)境，包括內(nèi)網(wǎng)環(huán)境、企業(yè)網(wǎng)環(huán)境、校園網(wǎng)環(huán)境等，給出一些具體的要求，讓學生自己用snort搭建一個真實的入侵檢測系統(tǒng)，根據(jù)需求編寫具體的規(guī)則，進行規(guī)則的配置，并進行正確性測試。設置的具體實驗項目見表1。

2.1 微課的應用

微課[6-8]具有“短、小、精”等特點，能夠彌補課堂教學的缺陷，拓寬課堂教學的時空，實現(xiàn)自主學習，提高學生學習效果。教師將重點知識點錄制成小視頻的形式通過微信、微博等工具傳播，學生可以在手機、平板、個人電腦上隨時隨地學習。微課模式新穎，與多媒體技術相結(jié)合，大量的圖片、音視頻資料能牢牢吸引住學生注意力，讓學生對所學內(nèi)容感興趣。另外，微課有助于學生課后復習，學生如果對課堂內(nèi)容有不明白的地方，隨時隨地都可以回顧課堂內(nèi)容，加深對課堂內(nèi)容的理解。

將課堂上沒有時間細講，而又影響到實驗能否成功的知識點錄制成小視頻，例如Linux操作系統(tǒng)、Tripwire和OSSEC主機入侵檢測系統(tǒng)、漏洞掃描、緩沖區(qū)溢出攻擊等。另外也可將一些實驗的擴展性內(nèi)容錄制成視頻，例如Linux操作系統(tǒng)在信息安全方面的應用現(xiàn)狀及前景、Snort入侵檢測系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀與前景、企業(yè)網(wǎng)與校園網(wǎng)對安全需求的區(qū)別等。

2.2 網(wǎng)絡教學平臺的應用

為了彌補傳統(tǒng)教學方式的不足，提升學生的學習效果，我校2014年上線了網(wǎng)絡教學平臺[9]（見圖1），目前網(wǎng)絡教學平臺包括課程管理、教學資源、教學活動三大模塊。其中，課程管理模塊包括教師信息、課程大綱、教學日歷及課程通知等幾項內(nèi)容，學生可以在課程學習前通過網(wǎng)絡教學平臺了解授課教師相關信息和課程相關信息，任課老師也可以使用課程通知模塊發(fā)布一些重要的通知。教學資源模塊包含了該課程的所有教學資料，通常包括多媒體課件、案例、圖片、視頻等，是網(wǎng)絡平臺的主體。教學資源應根據(jù)授課進度逐步開放，供學生下載使用。教學活動模塊是網(wǎng)絡教學平臺上最活躍的板塊，包括課程作業(yè)、在線測試、課程問卷、答疑討論等單元。任課老師可以發(fā)布課程作業(yè)，也可以通過在線測試、課程問卷等方式及時了解學生對課程內(nèi)容的掌握程度，并根據(jù)學生的反饋情況，及時調(diào)整授課進度和形式，提高授課質(zhì)量。學生則可以利用答疑討論模塊將課程中的疑問通過在線的方式與授課老師探討。

將微課小視頻上傳至網(wǎng)絡平臺，學生可以在實驗課前、實驗課堂上和課后觀看，有利于學生提前熟悉相關背景知識、實驗原理和技術手段，有利于學生實驗課上隨時查看，也有利于學生課后鞏固復習、擴展延伸。將實驗大綱、實驗要求上傳至網(wǎng)絡平臺，有利于學生提前了解實驗的重點難點，從而提前查找難點問題的解決方法，有利于加快實驗演練速度，提升實驗質(zhì)量。實驗課后教師在網(wǎng)絡平臺上布置思考題，并進行課后答疑，有利于充實、完善實驗課的教學內(nèi)容，提升實驗教學效果。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂的應用

翻轉(zhuǎn)課堂[10]是指學生課下完成知識的自主學習，而課堂變成了老師與學生之間互動的場所，主要指教師為學生答疑解惑，引導學生對知識進行運用以及學生之間相互討論等，以達到更好的教育效果?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代，“翻轉(zhuǎn)課堂式”教學模式變得現(xiàn)實和可行。學生不必再單純地依賴授課教師教授知識，可以通過互聯(lián)網(wǎng)去使用大量的優(yōu)質(zhì)教育資源。教師也不再是單純的知識傳授者，教師更多的責任是去理解學生的問題并引導學生去運用知識。

入侵檢測技術實驗課程中的的實驗原理、實驗背景知識及意義這部分內(nèi)容適合放在課下學習，學生通過一定的預習，提前了解實驗的重點和難點，并制訂一定的解決方案，而實驗課堂上，首先指導老師應針對學生的重、難點問題進行討論解決，然后留出大片時間讓學生實驗演練。

將微課、網(wǎng)絡教學平臺、翻轉(zhuǎn)課堂三種技術手段應用于入侵檢測技術實驗課程教學，教師的實際教學過程見圖2。

3 “互聯(lián)網(wǎng)+”在入侵檢測技術課程實驗教學中應用效果

借助微課、網(wǎng)絡教學平臺、翻轉(zhuǎn)課堂等技術和手段，入侵檢測技術實驗課程的課前預習，課上演練和課后討論答疑均得到全面的提升。

⑴ 學生完成實驗的平均時間大大縮短，實驗的平均質(zhì)量得到提升。

大部分學生都能做到課前認真預習，有了課前預習的基礎，學生在課堂上就比較容易理解實驗項目的原理以及實驗操作步驟中的重點與難點，再經(jīng)過實驗課首先與老師就重點與難點問題進行討論，學生完成實驗的平均時間有效縮短，且實驗質(zhì)量得到提升。

⑵ 學生的動手動腦能力得到提升。

傳統(tǒng)實驗大多是演示性和驗證性實驗，每個實驗項目的原理、目的、步驟都寫得非常具體，這樣的實驗缺陷是留給學生分析思考的余地很少。一些設計性、綜合性的實驗則由于專業(yè)化程度較高、實驗課上有效演練時間短等原因，很難開設成功。而借助于微課、網(wǎng)絡教學平臺、翻轉(zhuǎn)課堂等手段，學生可以在實驗課之前，針對給定的實驗題目，查閱網(wǎng)絡教學平臺上給出的資料，同時借鑒類似實驗項目的經(jīng)驗，分析實驗原理，并制定操作方法和步驟，再經(jīng)過實驗課堂上就預習過程中的難點問題與老師討論后，動手進行實驗并觀察和記錄實驗現(xiàn)象、研究實驗過程中發(fā)現(xiàn)的種種問題，著重對實驗結(jié)果進行分析和研究。這樣能夠有效發(fā)揮學生的動手能力和創(chuàng)造性思維，調(diào)動學生學習的主動性。

很多同學對實驗課程產(chǎn)生了濃厚的學習興趣，對實驗的背景知識以及應用意義加深了理解。

一些學生在閱讀了平臺上的補充資料后進行思考，有了自己的想法，然后在教學活動模塊與老師互動，學習興趣明顯增強;有了提前對實驗相關知識的預習，學生對實驗的背景知識，以及應用意義有了更深刻的理解，有利于知識的延伸與擴展，實驗項目的開設起到了拋磚引玉的作用。

以河南理工大學網(wǎng)絡工程專業(yè)2015級、2016級本科生為例（共3個班，合計90人），圖3展示了普通實驗教學方式（2015級）和“互聯(lián)網(wǎng)+”實驗教學方式（2016級）下，學生實驗成績的變化情況。

4 結(jié)束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動智能終端的高速發(fā)展，基于微課、網(wǎng)絡教學平臺等翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的融合創(chuàng)新必將在高校教學改革實踐中產(chǎn)生深遠的影響。入侵檢測技術是高校網(wǎng)絡安全專業(yè)一門重要的專業(yè)課，本文針對入侵檢測技術實驗課程存在的學生感覺實驗難度大，設計性和綜合性實驗難以完成，對實驗的背景知識、應用前景不了解，對實驗的意義理解不透徹的問題，用微課、網(wǎng)絡教學平臺、翻轉(zhuǎn)課堂等方式對入侵檢測技術實驗課程教學過程進行改進。實踐表明，改進后的入侵檢測技術實驗課程教學效果得到明顯改善，學生充分調(diào)動積極性與興趣，實驗思路相對清晰，提升了動手動腦能力，符合當前“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的教學需求。

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收稿日期：2019-01-03

作者簡介：葉青（1981-），女，遼寧營口人，博士，講師，主要研究方向：信息安全與密碼學。