大規(guī)模在線開(kāi)放實(shí)驗(yàn)初探——以網(wǎng)絡(luò)安全為例

朱建忠

（福建廣播電視大學(xué) 電子信息與計(jì)算機(jī)系，福建 福州　350013）

大規(guī)模在線開(kāi)放實(shí)驗(yàn)初探——以網(wǎng)絡(luò)安全為例

朱建忠

（福建廣播電視大學(xué) 電子信息與計(jì)算機(jī)系，福建 福州350013）

大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC）近年來(lái)倍受矚目，MOOC的教學(xué)形式對(duì)理論知識(shí)型課程教學(xué)比較合適，但對(duì)眾多理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程，采用MOOC教學(xué)就存在一定的困難，其關(guān)鍵難度主要在實(shí)踐教學(xué)部分。為了解決MOOC在實(shí)驗(yàn)與操作教學(xué)方面的困局，我們提出了大規(guī)模在線開(kāi)放實(shí)驗(yàn)（MOOE）的概念。本文比較系統(tǒng)地闡述了MOOE的定義、特點(diǎn)、功能及應(yīng)用場(chǎng)景，并總結(jié)了MOOE在網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)勢(shì)。

MOOC；在線實(shí)驗(yàn)；MOOE；網(wǎng)絡(luò)安全

大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程（Massive Open On line Courses，簡(jiǎn)稱MOOC）自2012年興起后日益受到矚目。人們?yōu)榇藢?012年稱為大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程元年。MOOC具有工具資源多元化、課程易于使用、課程受眾面廣、課程參與自主性強(qiáng)等特點(diǎn)。從教學(xué)形式來(lái)說(shuō)，主要有視頻講授、在線答疑、在線測(cè)驗(yàn)等［1-4］。

MOOC的教學(xué)形式對(duì)理論知識(shí)型課程教學(xué)比較適應(yīng)，但眾多理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程采用MOOC教學(xué)就存在一定的困難，其關(guān)鍵難度主要在實(shí)踐教學(xué)部分。拿計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的課程來(lái)說(shuō)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中必須大量動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐操作，才能理解、掌握，并學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。所以采用MOOC進(jìn)行理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程教學(xué)時(shí)，成功的做法應(yīng)該是 “線上理論教學(xué)，線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)”，比如加州圣何塞大學(xué)在《模擬電路》課程上使用麻省理工學(xué)院的在線課程，學(xué)生在課堂的時(shí)間僅用于做實(shí)驗(yàn)和答疑。也就是說(shuō)，理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程難以通過(guò)MOOC實(shí)現(xiàn)真正的 “網(wǎng)絡(luò)教學(xué)”［5-7］。

一、MOOE的定義

為解決MOOC教學(xué)在實(shí)驗(yàn)與操作教學(xué)方面的困局，我們提出MOOE的概念。MOOE（Massive Open On line Experiments）是“大規(guī)模在線開(kāi)放實(shí)驗(yàn)”的英文簡(jiǎn)稱，是一種全新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。MOOE采用虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）等技術(shù)，能快速構(gòu)建復(fù)雜度高、隔離性強(qiáng)的各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間、空間與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面的限制。MOOE與現(xiàn)行MOOC模式緊密結(jié)合，才能真正實(shí)現(xiàn)大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。

MOOE讓實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)跨入Internet時(shí)代，我們不再將實(shí)驗(yàn)室局限在一個(gè)封閉的空間中，讓實(shí)驗(yàn)室跨入Internet時(shí)代。在Internet實(shí)驗(yàn)室時(shí)代，學(xué)時(shí)、空間、內(nèi)容都不再是制約我們的問(wèn)題。

二、MOOE的特點(diǎn)

MOOE既然名為“大規(guī)模在線開(kāi)放實(shí)驗(yàn)”，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

（一）大規(guī)模

MOOE的“大規(guī)?！斌w現(xiàn)在參與者、應(yīng)用范圍、實(shí)驗(yàn)容量三方面。

1.大規(guī)模的參與者

MOOE大規(guī)模的參與者體現(xiàn)在：幾乎所有的教師、學(xué)生和網(wǎng)絡(luò)安全愛(ài)好者都可以使用MOOE所提供的服務(wù)。這在傳統(tǒng)模式上是不可能實(shí)現(xiàn)的。

2.大規(guī)模應(yīng)用范圍

MOOE的大規(guī)模應(yīng)用范圍指各類(lèi)學(xué)校、廣闊的地域、廣泛的行業(yè)領(lǐng)域，以及各種類(lèi)型的教師和學(xué)習(xí)者。MOOE將實(shí)現(xiàn)校際之間、社會(huì)與大學(xué)之間的師資互動(dòng)，讓以前封閉在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的精品課程、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)名師所擁有的資源成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的典型資源，讓企業(yè)專家、行業(yè)業(yè)務(wù)精英及他們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的有力補(bǔ)充。象牙塔內(nèi)深厚的理論基礎(chǔ)、前沿的研究成果，與企業(yè)、社會(huì)的最新實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、最新產(chǎn)品應(yīng)用、最新真實(shí)事件與數(shù)據(jù)等相結(jié)合，使MOOE平臺(tái)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比，具有內(nèi)容全面、知識(shí)新穎等明顯優(yōu)勢(shì)。

3.大規(guī)模實(shí)驗(yàn)容量

MOOE大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)容量主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能覆蓋相關(guān)專業(yè)的全部知識(shí)點(diǎn)，同一知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)將有不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。MOOE首先參照相關(guān)課程體系的設(shè)計(jì)，分解出所需覆蓋的知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)一套完整覆蓋所有知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，供學(xué)習(xí)者按照專業(yè)學(xué)習(xí)流程選擇學(xué)習(xí)。在MOOE實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，各類(lèi)教師可根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加有效的實(shí)驗(yàn)，充實(shí)到MOOE平臺(tái)中，這就使MOOE的實(shí)驗(yàn)容量不斷得到擴(kuò)展，使MOOE所包含的實(shí)驗(yàn)?zāi)芨尤娴馗采w相關(guān)專業(yè)的所有知識(shí)點(diǎn)。

（二）在線

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的主要缺陷在于場(chǎng)地受限、學(xué)習(xí)者規(guī)模受限、實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間受限、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分享受限等。MOOE通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式使任何實(shí)驗(yàn)參與者（Anyone）能隨時(shí)（anytime）、隨地（anywhere）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)操作。

當(dāng)然，MOOE如果與MOOC有機(jī)結(jié)合，其在線服務(wù)范圍也將與MOOC同步。當(dāng)MOOC在校園網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域或行業(yè)網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)絡(luò)等不同環(huán)境應(yīng)用的同時(shí)，MOOE可同步部署和應(yīng)用。由于MOOE采用了虛擬化與SDN等純軟件的技術(shù)，無(wú)論何種網(wǎng)絡(luò)形式的部署和應(yīng)用，都將能解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地受限、學(xué)習(xí)者規(guī)模受限、實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間受限、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分享受限的問(wèn)題。

此外，MOOE的在線服務(wù)模式還將帶來(lái)實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及時(shí)驗(yàn)證、師生隨機(jī)教學(xué)互動(dòng)、學(xué)生在線交流討論等便利。

（三）開(kāi)放

MOOE的開(kāi)放首先體現(xiàn)在無(wú)論是教師還是學(xué)生，只要有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)限，即可使用MOOE。也就是說(shuō)，MOOE是一個(gè)開(kāi)放使用的平臺(tái)。同時(shí)MOOE還是一個(gè)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果積累、檢驗(yàn)、推廣的開(kāi)放平臺(tái)。

通過(guò)MOOE平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，教師可使用MOOE平臺(tái)提供的各種不同的主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模板，通過(guò)可視化圖形界面搭建實(shí)驗(yàn)所需的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如果實(shí)驗(yàn)所需的主機(jī)、設(shè)備在軟件環(huán)境或參數(shù)配置方面有特殊的要求，MOOE還可根據(jù)需要進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。教師也可將自主收集或設(shè)計(jì)的工具提交到工具箱中。也就是說(shuō)，MOOE平臺(tái)是一個(gè)教師個(gè)性化課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的平臺(tái)。這些具有特色的課程、實(shí)驗(yàn)必將在MOOE平臺(tái)中受到廣大學(xué)習(xí)者的檢驗(yàn)，那些內(nèi)容新穎、設(shè)計(jì)合理、方式獨(dú)特的課程和實(shí)驗(yàn)，將得到學(xué)習(xí)者的認(rèn)可與肯定。

（四）網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)之MOOE的特點(diǎn)

由于采用虛擬化與SDN等純軟件的技術(shù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，且以互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)形式提供應(yīng)用，因此，網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)之MOOE具有如下特點(diǎn)。

（1）隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，不受學(xué)時(shí)、場(chǎng)地限制。

（2）內(nèi)容新穎全面，不受教材、課程限制。

（3）多組并行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境相互隔離，多組學(xué)員可以并行實(shí)驗(yàn)，互不干擾。

（4）創(chuàng)新積淀推廣?？啥ㄖ茖?shí)驗(yàn)與課程，便于教學(xué)創(chuàng)新、成果積累、成果推廣，是教學(xué)名師、精品課程、經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的大舞臺(tái)。

（5）自主個(gè)性學(xué)習(xí)。以學(xué)生為主導(dǎo)，倡導(dǎo)個(gè)性化學(xué)習(xí)。

（6）實(shí)時(shí)教學(xué)互動(dòng)。MOOE實(shí)驗(yàn)室既是教學(xué)與學(xué)習(xí)的平臺(tái)，又是經(jīng)驗(yàn)交流與互動(dòng)的平臺(tái)。

三、MOOE的功能

按模塊劃分，MOOE的功能主要包括三個(gè)模塊。

（一）教師業(yè)務(wù)模塊

主要實(shí)現(xiàn)課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)結(jié)果考評(píng)、教學(xué)互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)定制、資料工具管理、學(xué)生成績(jī)管理等功能。

（二）學(xué)生業(yè)務(wù)模塊

主要實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)課程選擇、學(xué)習(xí)計(jì)劃安排、實(shí)驗(yàn)知識(shí)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交、學(xué)習(xí)筆記管理、學(xué)習(xí)成績(jī)查詢、答疑與交流等功能。

（三）管理員業(yè)務(wù)模塊

主要實(shí)現(xiàn)用戶管理，課程與實(shí)驗(yàn)庫(kù)管理，實(shí)驗(yàn)?zāi)０骞芾恚h(huán)境資源管理，討論組管理，以及教師、課程、實(shí)驗(yàn)推介管理，學(xué)生排名管理，熱點(diǎn)話題管理，新聞管理等功能。

四、應(yīng)用場(chǎng)景

大規(guī)模在線開(kāi)放實(shí)驗(yàn)MOOE具有廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用場(chǎng)景有：

（一）虛擬實(shí)訓(xùn)室

為高校計(jì)算機(jī)專業(yè)及IT培訓(xùn)機(jī)構(gòu)學(xué)生提供動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的虛擬環(huán)境，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境放入虛擬機(jī)中運(yùn)行，如圖1所示。這樣不用購(gòu)置大量硬件設(shè)備，實(shí)驗(yàn)環(huán)境快速創(chuàng)建，每個(gè)學(xué)生獨(dú)享一套實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)管理更加靈活高效。

如國(guó)內(nèi)的合天網(wǎng)安實(shí)驗(yàn)室（http：//erange. heetian.com/），就是一個(gè)支持在線實(shí)驗(yàn)的信息安全學(xué)習(xí)服務(wù)平臺(tái)。它就是通過(guò)MOOE的形式，為廣大網(wǎng)絡(luò)安全愛(ài)好者提供實(shí)驗(yàn)服務(wù)。

（二）開(kāi)發(fā)測(cè)試環(huán)境

將常用的軟件及Web測(cè)試環(huán)境制作成虛擬機(jī)模板，根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建測(cè)試虛擬機(jī)，如圖2所示。這樣可以節(jié)約測(cè)試所需硬件設(shè)備，測(cè)試環(huán)境快速創(chuàng)建，硬件資源利用率提升，測(cè)試及問(wèn)題重現(xiàn)效率提升。

（三）企業(yè)IT環(huán)境

將企業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用（郵箱、CRM等）放入虛擬機(jī)，云實(shí)驗(yàn)室方案對(duì)物理及虛擬資源進(jìn)行管理，如圖3所示。這樣可以節(jié)約服務(wù)器資源，提升IT資源管理效率，易于數(shù)據(jù)備份和業(yè)務(wù)管理，利用虛擬化保證業(yè)務(wù)持續(xù)性。

五、MOOE的優(yōu)點(diǎn)

（一）MOOE實(shí)驗(yàn)室，學(xué)時(shí)不再是限制

有限的學(xué)時(shí)極大地限制了學(xué)生動(dòng)手操作的時(shí)間，在線實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在自習(xí)室、在宿舍，隨時(shí)隨地做實(shí)驗(yàn)，學(xué)時(shí)不再是限制。

圖1　虛擬實(shí)訓(xùn)室

圖2　開(kāi)發(fā)測(cè)試機(jī)房

圖3　云計(jì)算實(shí)驗(yàn)室

圖4　 MOOE之網(wǎng)絡(luò)安全課程

（二）MOOE實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)教室不再是限制

有限的實(shí)驗(yàn)空間極大地限制了學(xué)生動(dòng)手操作的空間，在線實(shí)驗(yàn)室，讓實(shí)驗(yàn)教室空間無(wú)限大，多少學(xué)生都可以來(lái)。

（三）MOOE實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不再陳舊

我們不會(huì)再讓學(xué)生學(xué)習(xí)十年前的老內(nèi)容，而對(duì)身邊層出不窮的新事物視而不見(jiàn)。在線實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生及時(shí)捕獲網(wǎng)絡(luò)安全的知識(shí)脈搏。

（四）MOOE實(shí)驗(yàn)室覆蓋主流網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全實(shí)驗(yàn)課程

遵循教學(xué)大綱要求，MOOE實(shí)驗(yàn)室提供計(jì)算機(jī)病毒、防火墻、網(wǎng)絡(luò)安全與防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗等多門(mén)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)境，滿足學(xué)生課程學(xué)習(xí)要求，如圖4所示。

六、結(jié)束語(yǔ)

總之，大規(guī)模在線開(kāi)放實(shí)驗(yàn)（MOOE）讓實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)跨入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。MOOE更加注重對(duì)課程內(nèi)容的動(dòng)手及實(shí)踐能力，在線學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行，使得學(xué)員可以全面應(yīng)用并掌握相關(guān)課程里面的知識(shí)。因此，對(duì)于眾多理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的課程如網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等課程來(lái)講，只有把MOOE與現(xiàn)行MOOC模式緊密結(jié)合，才能真正實(shí)現(xiàn)大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。

［1］M Mitchell Waldrop.Massive open online courses are transforming higher education and providing fodder for scientific research［J］.Nature，2013，（495）：160-163.

［2］Zhai Xue song，Lin Li lan.Research into Development Dilemmas of MOOC in China’s Higher Education and Its Countermeasures［J］.Academics，2014，（3）：262-268.

［3］楊元元.MOOC時(shí)代的教學(xué)模式革新［J］.大學(xué)教育，2014，（4）：49-51.

［4］莫甲鳳.MOOC時(shí)代如何提升大學(xué)教師教學(xué)能力［J］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014，（5）：129-133.

［5］李山山，陳永強(qiáng)，劉敬晗，全成斌.MOOC時(shí)代下的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討［J］.計(jì)算機(jī)教育，2014，（7）：103-106.

［6］徐明，龍軍.基于MOOC理念的網(wǎng)絡(luò)信息安全系列課程教學(xué)改革［J］.高等教育研究學(xué)報(bào)計(jì)算機(jī)教學(xué)，2013，（3）：16-19.

［7］盧有亮.嵌入式操作系統(tǒng)課程MOOC實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014，（4）：200-202.

First Exploration on Massive Open Online Experiment——Taking Network Security as the Example

Zhu Jianzhong
（Fujian Radio&Television University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian，350013）

Massive open online courses（MOOC）have been focused in recent years.MOOC’s instructional mode is appropriate to theoretical knowledge courses’teaching，but it is difficult for many courses whose theories and practices are combined closely，and the key difficulty is the practice teaching mainly.In order to solve the MOOC’s predicament in experimental and operational teaching，massive open online experiments（MOOE）’concept has been proposed.This paper systematically formulates the definition，characteristics，functions and application scenarios and summarizes MOOE’s advantages in network security experiment.

MOOC；online experiments；MOOE；network security

G434

A

1671-2862（2016）01-0013-04

2015-09-14

本文系福建廣播電視大學(xué)課題“大規(guī)模在線開(kāi)放實(shí)驗(yàn)MOOE之網(wǎng)絡(luò)安全”（課題編號(hào)：KY14013）的研究成果。

朱建忠，男，福建仙游人，碩士，福建廣播電視大學(xué)電子信息與計(jì)算機(jī)系副教授，研究方向：網(wǎng)絡(luò)信息安全、數(shù)字水印等。