于程程 蔣文蓉 閆季鴻

摘? 要：目前云計(jì)算技術(shù)發(fā)展迅速、安全問(wèn)題日益嚴(yán)重，云計(jì)算與云安全方面的人才急需，云計(jì)算與云安全課程在高校的建設(shè)需求日益突出。該文從課程選材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面闡述云計(jì)算與云安全課程的建設(shè)方法。該課程繼承了傳統(tǒng)云計(jì)算課程的基本要求，同時(shí)還結(jié)合了云安全及相關(guān)新興技術(shù)等內(nèi)容模塊。此外，創(chuàng)新地使用了實(shí)地考察、產(chǎn)學(xué)研合作等模式豐富課程的教學(xué)內(nèi)容與方式。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算? 云安全? 課程建設(shè)? 實(shí)地考察? 產(chǎn)學(xué)研

云計(jì)算是計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程中迅猛發(fā)展的新型學(xué)科之一，也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中十分活躍的重要領(lǐng)域。目前，中國(guó)云計(jì)算與云安全方面人才緊缺，云計(jì)算相關(guān)職業(yè)增長(zhǎng)迅速。因此，全國(guó)高校都在根據(jù)自身實(shí)際情況開(kāi)設(shè)云計(jì)算相關(guān)課程，培養(yǎng)云計(jì)算方面的專業(yè)人才。同時(shí)，云計(jì)算相關(guān)技術(shù)正處在高速發(fā)展的過(guò)程中，這對(duì)高校培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才提出更高要求。

云計(jì)算是分布式處理、并行計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算與虛擬化等多項(xiàng)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。隨著越來(lái)越多的企業(yè)將服務(wù)部署在云端，云安全問(wèn)題至關(guān)重要。云計(jì)算與云安全課程正式在這種背景下在上海第二工業(yè)大學(xué)建立起來(lái)的。該課程旨在學(xué)生了解云計(jì)算基礎(chǔ)及掌握相關(guān)技術(shù)原理和方法，熟悉云安全技術(shù)體系及相關(guān)技術(shù)，并創(chuàng)新地引入?yún)^(qū)塊鏈、人工智能新興云服務(wù)等前沿技術(shù)知識(shí)，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，加深其對(duì)理論知識(shí)的理解。

云計(jì)算相關(guān)課程建設(shè)的研究[1-2]歸納了較為全面的課程內(nèi)容體系，但卻缺乏關(guān)于云安全技術(shù)和新興云服務(wù)等內(nèi)容的擴(kuò)展。此外，其課程形式和內(nèi)容較為單一。該課程的建設(shè)還引入了實(shí)地考察、產(chǎn)學(xué)合作等模式，以豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源。筆者對(duì)云計(jì)算與云安全課程的建設(shè)進(jìn)行探索與實(shí)踐，通過(guò)課程選材、課程內(nèi)容建設(shè)、課程方法建設(shè)、考核方法建設(shè)這幾個(gè)方面來(lái)全面解析該課程建設(shè)的具體內(nèi)容。

1? 課程選材

該門課程的教材參考了多個(gè)云計(jì)算與云安全相關(guān)書籍和論文，從中凝練出該門課的主體內(nèi)容。其中包括劉鵬主編的《云計(jì)算（第3版）》[3]，該書涵蓋較全面的云計(jì)算基礎(chǔ)和相關(guān)技術(shù)知識(shí)，因此該課程采用該書作為云計(jì)算部分的主要參考依據(jù)。另外，該課程還采用《云計(jì)算安全技術(shù)》[4]作為云安全部分的主要參考依據(jù)。該課程采用林子雨主編的《大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用》[5]作為Hadoop相關(guān)知識(shí)和實(shí)踐上機(jī)課程的主要參考依據(jù);其次還有一些區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)論文[6]作為課程其他內(nèi)容的參考和補(bǔ)充。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生自行進(jìn)一步地探索相關(guān)技術(shù)。

2? 課程內(nèi)容建設(shè)

通過(guò)云計(jì)算與云安全課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解云計(jì)算概念、技術(shù)和原理;熟悉云安全技術(shù)體系及相關(guān)技術(shù);了解云計(jì)算研究熱點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域;并通過(guò)實(shí)踐課程鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力、開(kāi)拓思維與眼界。該課程是理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)。因此，該文將從理論和實(shí)踐兩個(gè)角度來(lái)建設(shè)課程內(nèi)容體系。

2.1 理論內(nèi)容建設(shè)

云計(jì)算與云安全課程的理論內(nèi)容安排分為以下幾個(gè)部分：云概念、云技術(shù)、云服務(wù)及應(yīng)用、開(kāi)源云計(jì)算系統(tǒng)、云安全技術(shù)、云計(jì)算和云安全相關(guān)技術(shù)前沿。

（1）云概念。云概念講述述云計(jì)算的由來(lái)、概念、發(fā)展現(xiàn)狀、服務(wù)類型、部署模式、國(guó)內(nèi)外云計(jì)算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀等關(guān)于云計(jì)算與云安全的基本概念。幫助學(xué)生對(duì)于云計(jì)算與云安全形成一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。

（2）云技術(shù)。云技術(shù)將介紹主流云計(jì)算技術(shù)體系，包括云存儲(chǔ)技術(shù)、云處理技術(shù)、云數(shù)據(jù)庫(kù)、虛擬化技術(shù)。云存儲(chǔ)技術(shù)包括谷歌的GFS、亞馬遜AWS的Dynamo和S3、淘寶分布式文件系統(tǒng)等;云處理包括谷歌的MapReduce等;云數(shù)據(jù)庫(kù)包括Google的BigTable、阿里巴巴的OceanBase等;虛擬化技術(shù)則從服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和桌面虛擬化4個(gè)方面進(jìn)行介紹。

（3）云服務(wù)及應(yīng)用。此部分將通過(guò)亞馬遜、微軟或者華為等云計(jì)算服務(wù)提供商的角度來(lái)介紹云的整體架構(gòu)、提供的服務(wù)，包括云安全服務(wù)，并利用相應(yīng)的真實(shí)案例來(lái)介紹具體的云應(yīng)用。

（4）開(kāi)源云計(jì)算系統(tǒng)。課程將重點(diǎn)介紹兩個(gè)開(kāi)源系統(tǒng)，Hadoop和OpenStack。Hadoop是大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的經(jīng)典開(kāi)源工具，課程將從其由來(lái)、相關(guān)項(xiàng)目、技術(shù)原理及應(yīng)用幾個(gè)角度進(jìn)行介紹Hadoop大家族，包括HDFS、HBase等。OpenStack是一個(gè)免費(fèi)的開(kāi)源虛擬化平臺(tái)，課程將從其體系架構(gòu)、技術(shù)原理等方面進(jìn)行介紹。

（5）云安全技術(shù)。云安全技術(shù)將分析云安全威脅、云安全技術(shù)架構(gòu)體系，然后從云的數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、隱私安全等角度具體剖析云安全相關(guān)技術(shù)。

（6）云計(jì)算與云安全前沿技術(shù)。針對(duì)云計(jì)算與云安全的前沿的研究論文和企業(yè)實(shí)際推出的前沿產(chǎn)品等繼續(xù)進(jìn)行討論。例如，區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)際上是一個(gè)解決信任問(wèn)題的分布式賬本，可應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，從一定程度上可解決云安全問(wèn)題，而云計(jì)算與區(qū)塊鏈的結(jié)合則產(chǎn)生了區(qū)塊鏈即服務(wù)的云服務(wù)模式。

2.2 實(shí)踐內(nèi)容建設(shè)

云計(jì)算與云安全實(shí)踐課程的目的是通過(guò)實(shí)地參觀或者上機(jī)實(shí)驗(yàn)等方式來(lái)深化理論課程的理解，并鍛煉其動(dòng)手能力。具體實(shí)踐課程內(nèi)容安排如下。

（1）實(shí)地考察。學(xué)生通過(guò)實(shí)地考察企業(yè)的數(shù)據(jù)中心、云服務(wù)及應(yīng)用、云安全建設(shè)等，讓學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有更加生動(dòng)的理解，并開(kāi)拓眼界。

（2）虛擬化實(shí)踐。學(xué)習(xí)使用VMware workstation虛擬化工具來(lái)創(chuàng)建虛擬機(jī)，使學(xué)生掌握基本的Linux系統(tǒng)安裝方法和操作技巧;學(xué)習(xí)使用OpenStack工具來(lái)搭建虛擬化平臺(tái)進(jìn)行虛擬化相關(guān)工作。

（3）Hadoop安裝和使用。在創(chuàng)建的虛擬機(jī)上學(xué)習(xí)安裝Hadoop;針對(duì)Hadopp中的文件存儲(chǔ)系統(tǒng)HDFS，使用shell命令和API編程等方法進(jìn)行文件的處理。使學(xué)生了解整個(gè)Hadoop安裝流程以及利用HDFS進(jìn)行文件處理。

（4）MapReduce編程。介紹MapReduce編程原理，進(jìn)行MapReduce編程實(shí)踐，并在安裝好的Hadoop集群上運(yùn)行MapReduce任務(wù)。使學(xué)生了解如何利用MapReduce框架來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，并學(xué)習(xí)如何進(jìn)行錯(cuò)誤處理等。

（5）Hbase安裝和使用。在搭建好的Hadoop集群基礎(chǔ)上安裝配置Hbase云數(shù)據(jù)庫(kù)，并學(xué)習(xí)利用shell命令和Java API的方法來(lái)對(duì)Hbase進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。使學(xué)生學(xué)習(xí)云數(shù)據(jù)的基本原理和使用過(guò)程。

（6）AWS云應(yīng)用實(shí)踐。學(xué)習(xí)使用AWS提供的基礎(chǔ)服務(wù)，包括EC2、S3、RDS等，并利用基礎(chǔ)服務(wù)進(jìn)行網(wǎng)站創(chuàng)建和托管等應(yīng)用服務(wù)。使學(xué)生了解云服務(wù)提供商提供的具體服務(wù)，并在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)建的真實(shí)應(yīng)用。

3? 教學(xué)方法建設(shè)

云計(jì)算與云安全課程是以教師為向?qū)В詫W(xué)生為主體的教學(xué)理念貫徹理論和實(shí)踐教學(xué)的始末。針對(duì)課程內(nèi)容的不同，合理地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。采用啟發(fā)式教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

理論教學(xué)過(guò)程中結(jié)合傳統(tǒng)課堂與討論式的教學(xué)方式之外，嘗試加入對(duì)分課堂[7]的教學(xué)模式，教師教授在先，學(xué)生學(xué)習(xí)在后，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生探索新興科技的發(fā)展。同時(shí)，每次課程介紹都會(huì)配套相應(yīng)的課后作業(yè)，內(nèi)容可以是論述簡(jiǎn)答等傳統(tǒng)作業(yè)形式，也可以是開(kāi)放式的問(wèn)題，如讓學(xué)生通過(guò)課上的學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)合自己查閱的資料來(lái)形成大作業(yè)。

實(shí)踐教學(xué)采用實(shí)地考察+上機(jī)實(shí)踐兩種方式進(jìn)行。通過(guò)實(shí)地考察企業(yè)云服務(wù)的應(yīng)用、數(shù)據(jù)中心的搭建、云計(jì)算展廳等，讓學(xué)生從真實(shí)的企業(yè)應(yīng)用環(huán)境中感受云服務(wù)及應(yīng)用的落地實(shí)施，從而深化理解所學(xué)知識(shí)、增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力、開(kāi)拓學(xué)生的視野。上機(jī)實(shí)踐部分，一方面使用Hadoop等開(kāi)源系統(tǒng)作為上機(jī)實(shí)踐的主要內(nèi)容，每節(jié)課通過(guò)階段性驗(yàn)收打分來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的上機(jī)實(shí)踐熱情，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生查看源碼，進(jìn)一步加深理解其設(shè)計(jì)思想;另一方面采用校企合作的形式，從企業(yè)獲取相應(yīng)資源以供學(xué)生上機(jī)學(xué)習(xí)實(shí)踐。例如，教師可以申請(qǐng)加入AWS Education項(xiàng)目，構(gòu)建網(wǎng)上課堂，學(xué)生可以在AWS網(wǎng)站上進(jìn)行相關(guān)的學(xué)習(xí)。

4? 課程考核建設(shè)

課程考核以檢查學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容，介于云計(jì)算與云安全是一門理論性強(qiáng)、實(shí)踐要求高的課程，課程的考核包括平時(shí)考核、實(shí)驗(yàn)考核和期末考核3個(gè)部分。摒除了以往單一的期末閉卷考試考核的弊端，從多方面、多角度來(lái)構(gòu)建學(xué)生的考核體系。

平時(shí)成績(jī)將通過(guò)兩個(gè)方面進(jìn)行考核：一是學(xué)生的出勤情況和課堂表現(xiàn)情況，該部分主要考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度情況。二是學(xué)生課后作業(yè)的完成情況。實(shí)驗(yàn)考核部分，每次實(shí)踐上機(jī)課程任務(wù)都按照階段完成情況來(lái)打分，每完成一部分任務(wù)則在原來(lái)分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上加分。期末考核部分為筆試閉卷考試，考核學(xué)生對(duì)于平時(shí)學(xué)習(xí)知識(shí)的掌握情況，包括使用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力等。

5? 結(jié)語(yǔ)

云計(jì)算與云安全課程在當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)發(fā)展迅速、云安全問(wèn)題日益嚴(yán)重的背景下而設(shè)立，該文從選材、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法等多個(gè)角度闡述該課程的建設(shè)方案。教學(xué)內(nèi)容方面除了云計(jì)算技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，突出云安全方面的知識(shí)與技術(shù)。使用包括對(duì)分課堂、實(shí)地考察、產(chǎn)學(xué)研等多種教學(xué)方式來(lái)豐富教學(xué)方式及內(nèi)容，進(jìn)一步提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣和能力。最后使用多角度的考核方式來(lái)全方位的考核學(xué)生掌握知識(shí)的能力。

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