基于網(wǎng)絡(luò)攻防實驗教學(xué)的課程實踐探索

魏雅娟 管學(xué)洋 李珅 劉意先

摘 要 網(wǎng)絡(luò)攻防實驗課程是信息安全相關(guān)專業(yè)必修的獨立設(shè)課實驗之一。通過課程學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生掌握常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊與防范方法。針對網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)更新?lián)Q代快，學(xué)生普遍感到課程難學(xué)、感性認識差這一教學(xué)實際問題，提出將混合式教學(xué)模式運用于課堂教學(xué)，闡述在具體實踐中的實踐過程，并說明教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)絡(luò)攻防 混合式 安全防護

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2020.12.052

Abstract Network attack and defense experiment course is one of the compulsory independent course experiments for information security related majors. Through the course learning， students can master the common network attacks and prevention methods. In view of the fact that the network attack and defense technology is updated rapidly， and students generally feel that the course is difficult to learn and the perceptual knowledge is poor， this paper proposes to apply the mixed teaching mode to classroom teaching， expounds the practical process in specific practice， and explains the teaching effect.

Keywords network attack and defense; hybrid; safety protection

隨著大數(shù)據(jù)、云計算的快速發(fā)展，尤其是美國棱鏡門事件曝光后，表明網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的形勢變得更為嚴峻和復(fù)雜。我國近年來出臺各領(lǐng)域的信息安全保障法規(guī)，涉及電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)，以此提高防攻擊、防篡改、防竊密等能力。攻防技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)安全的核心技能，培養(yǎng)能夠利用現(xiàn)存的信息安全主流技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)攻擊與防范的人才迫在眉睫。另外，企業(yè)對于此方向的技術(shù)人員的需求也在急劇增加。因此，開設(shè)網(wǎng)絡(luò)攻防實驗課程實屬必要，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)與信息安全方向的基礎(chǔ)知識框架，并具備實際的網(wǎng)絡(luò)攻擊、取證分析和安全防護實踐技術(shù)能力。

1 網(wǎng)絡(luò)攻防實驗教學(xué)面臨的問題

由于網(wǎng)絡(luò)攻防學(xué)科具有技術(shù)更新快、交叉學(xué)科知識體系龐雜等特點，其涉及的理論覆蓋數(shù)學(xué)、通信技術(shù)、密碼技術(shù)和計算機技術(shù)等諸多方面。因此，本校自開設(shè)這門課程以來，也面臨這不小的挑戰(zhàn)。經(jīng)過信息安全系教學(xué)法活動的討論，與學(xué)生平時的積極溝通，以及通過課程實驗報告的分析，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攻防實驗教學(xué)面臨如下問題。

1.1 未能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

正是由于網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)涉及的理論知識過多，學(xué)生在學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)過程中，遇到現(xiàn)學(xué)習(xí)階段未曾接觸到的理論知識和技術(shù)要點，若未找到相應(yīng)渠道解決，一味地繼續(xù)推進課程，勢必會影響學(xué)生對課程的理解，進而影響到學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)攻防實驗的興趣。經(jīng)過調(diào)研，部分學(xué)生存在上述問題，經(jīng)反饋部分學(xué)生僅掌握淺層的理論知識，更有甚者未能真正理解網(wǎng)絡(luò)攻防的含義。

1.2 演示講解多于學(xué)生動手實驗

課程在講授過程中，一直以理論演示講解為主學(xué)生自行實驗仿真為輔，并且安排的實驗內(nèi)容簡單，不能滿足企業(yè)對于該類技術(shù)人員需要掌握相關(guān)攻防理論的要求。另外，現(xiàn)行的實驗課程大多側(cè)重網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)中的“防”，如Burp Suite等掃描工具的使用，緩沖區(qū)溢出防范與shellcode的編寫，網(wǎng)絡(luò)嗅探與協(xié)議分析等。對于“攻”的 實驗有SQL注入、跨站腳本攻擊XSS、上傳漏洞攻擊等。實驗較為初級，缺少病毒逆向分析等實驗。

1.3 缺乏有效的實驗考核方法

教師在課上講解并演示網(wǎng)絡(luò)攻防相關(guān)理論及實驗，剩余時間交給學(xué)生進行實驗仿真。學(xué)生通過實驗報告將結(jié)果反饋給教師。在此過程中缺少直接溝通的環(huán)節(jié)，教師無法從實驗報告中直接判斷學(xué)生是否已掌握所授知識。再加上教師安排實驗內(nèi)容固定，學(xué)生的實驗報告存在雷同的問題。

鑒于以上問題，網(wǎng)絡(luò)攻防實驗的教學(xué)模式亟須整改。首先，應(yīng)從教材選擇上選擇出版時間較為新的課程教材，使學(xué)生能夠掌握前沿的技術(shù)知識，進一步提高教學(xué)質(zhì)量。其次，安排理論講解時間要少于學(xué)生自己動手操作時間，但不能影響內(nèi)容的完整講解。再有要激發(fā)學(xué)生對本課程的興趣和求知欲，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，分析與解決問題的能力，使其能夠達到企業(yè)對于網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)人員的技術(shù)要求。

2 混合式教學(xué)模式下的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗教學(xué)

Singh等提出混合式學(xué)習(xí)是在“恰當?shù)摹睍r間，通過應(yīng)用“恰當?shù)摹睂W(xué)習(xí)技術(shù)與“恰當?shù)摹睂W(xué)習(xí)風(fēng)格相契合，對“恰當?shù)摹睂W(xué)習(xí)者傳遞“恰當?shù)摹蹦芰Γ瑥亩〉米顑?yōu)化學(xué)習(xí)效果的學(xué)習(xí)方式。在此結(jié)合混合式教學(xué)模式，提出一種基于混合式教學(xué)模式下的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗課堂教學(xué)。混合式學(xué)習(xí)課程設(shè)計工作大致分為前端分析、活動與資源設(shè)計和教學(xué)評價設(shè)計三個階段。

2.1 課前資料收集整理

針對未能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)攻防的積極性問題，我們將采取課前對將要學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容進行預(yù)習(xí)和資料收集整理工作。伴隨計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，目前國內(nèi)80%以上的高校具有設(shè)備先進、功能齊全的計算機網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生既可以通過常見的搜索引擎快速了解課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)背景知識，也可以通過熱門的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺對課程相關(guān)的且自己感興趣的內(nèi)容深入學(xué)習(xí)，又可以通過專業(yè)的數(shù)字圖書館下載閱讀課程相關(guān)的優(yōu)秀期刊文獻。

國內(nèi)常見的熱門網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺例如慕課、清華教育在線、網(wǎng)易公開課等，國外網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺如TED、Science Daily、UKeU等。國內(nèi)外優(yōu)秀的論文期刊庫包括中國知網(wǎng)、萬方、Springer、Elsevier ScienceDirect等，通過結(jié)合以上各類渠道，學(xué)生可以選擇適合自己的方式進行資料收集整理工作，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性與積極性。

2.2 課中教學(xué)實施

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攻防實驗課堂教學(xué)主要以教師演示實驗為主，剩余時間以學(xué)生自己動手操作為輔。課堂安排結(jié)構(gòu)單一，教學(xué)成果不理想，學(xué)生只能從課堂中學(xué)到網(wǎng)絡(luò)攻防課堂實驗本身的相關(guān)基本操作，對于網(wǎng)絡(luò)攻防的最新進展及相關(guān)技術(shù)涉獵不多。

另外，由于網(wǎng)絡(luò)攻防實驗課程同比一般理論課程實踐操作性很強。在引入混合式教學(xué)模式時，要將重心側(cè)重于學(xué)生實際動手能力方面。首先可以使用翻轉(zhuǎn)課堂，將學(xué)生課前收集到的資料，以學(xué)生課堂展示的形式進行匯總，統(tǒng)計得到學(xué)生們感興趣的網(wǎng)絡(luò)攻防方向。然后再結(jié)合教學(xué)大綱，設(shè)計出既符合課程大綱要求，又迎合學(xué)生感興趣的方向的課程課件、實驗和習(xí)題。授課方式不再以教師演示實驗為主，可以采用模擬實際攻防的環(huán)境，教師和學(xué)生互為攻、防兩方，進行實驗授課。最后，鼓勵學(xué)生將所學(xué)到的網(wǎng)絡(luò)攻防知識，結(jié)合自己的興趣點和當前社會需求，積極申報全國大學(xué)生信息安全競賽、全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽以及互聯(lián)網(wǎng)+大賽等，提升學(xué)生面對真實環(huán)境下自身網(wǎng)絡(luò)攻防的能力。

2.3 課后考核方式

缺乏有效的考核方式是網(wǎng)絡(luò)攻防課程的又一值得關(guān)注的問題，傳統(tǒng)考核方式是學(xué)生通過實驗報告將結(jié)果反饋給教師。在此過程中缺少直接溝通的環(huán)節(jié)，教師無法從實驗報告中判斷學(xué)生是否已掌握所授知識。在混合教學(xué)模式下的網(wǎng)絡(luò)攻防課程應(yīng)以實驗報告為輔，教師應(yīng)平時課上多與學(xué)生交流，在每做完一次實驗時，抽查學(xué)生完成情況或以小組匯報形式展示實驗完成情況。課下以班級建群的方式，及時與學(xué)生溝通并答疑解惑，通過學(xué)生的問題判斷學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)攻防實驗課程理論掌握情況。

3 結(jié)語

在這個高度互聯(lián)的時代，威脅無處不在，沒有誰可以做到絕對的安全。例如目前AI技術(shù)“放大”攻擊功效，網(wǎng)絡(luò)與物流攻擊結(jié)合，生物識別技術(shù)帶來的風(fēng)險等。這些方向均是未來一到兩年內(nèi)最“醒目”的安全風(fēng)險，傳播及影響范圍廣泛，特別是在這個萬物互聯(lián)的當下，令我們難于應(yīng)對，預(yù)測安全威脅發(fā)展態(tài)勢，提前做好安全防御準備，在一定程度上降低未來可見的風(fēng)險與損失。

因此，網(wǎng)絡(luò)攻防課程教學(xué)應(yīng)做到茍日新，日日新，又日新。教師自身應(yīng)不斷更新自己的知識儲備，在教學(xué)實踐方面不斷探索適合學(xué)生，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)模式，夯實理論基礎(chǔ)，努力彌補與現(xiàn)實企業(yè)應(yīng)用的鴻溝，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，培養(yǎng)出理論知識儲備優(yōu)秀，深受企業(yè)喜愛的應(yīng)用型人才。

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