創新計算機實驗教學，開啟MOOE新時代

摘要：伴隨MOOC的蓬勃發展，傳統課堂教學已經實現互聯網化，而隨著云計算、大數據等IT技術的發展，計算機實驗教學具備了實現互聯網化的條件，在此背景下誕生了MOOE的實驗模式。文章介紹MOOE買驗室的主要特點，闡述合天網安實驗室關于MOOE的探索及其進展。

關鍵詞：MOOC；MOOE；實驗教學

1 背景

1.1 教育在互聯網下的改革方興未艾

以MOOC（massive open online courses，大規模開放式在線課程）誕生為標志，教育在互聯網模式下的改革大潮逐步興起。自Coursera、Edx、Udacity三大知名MOOC平臺出現后，MOOC迅速席卷全球。在國內，因為眾多老師和企業的參與也興起了很多MOOC平臺，2013年被稱為中國的MOOC元年。

無論是老師還是學生，乃至主管機構，大家對MOOC的關注更多是因為MOOC這種互聯網學習模式對傳統教學在時間和空間上都有極大的拓展，有專家斷言今后50年的教育創新已經到來。另一方面，在IT、互聯網界盛行的“互聯網思維”更是對MOOC作出新的解讀，互聯網思維模式下不僅誕生了互聯網手機、互聯網電視和互聯網快餐，也誕生了互聯網教育。互聯網正在利用其新模式的優勢對教育行業變革產生持續的影響。

1.2 計算機實驗教學面臨的機遇

IT技術的發展大致經歷過主機時代、局域網時代和互聯網時代。計算機實驗教學的建設伴隨著IT技術的發展而發展，但是受高校課堂教育的特殊要求和IT發展技術的限制，目前主流的計算機實驗教學基本還是以封閉實驗室為主，停留在局域網時代。

MOOC時代的到來催生了MOOE（massiveopen online experiments，大規模開放式在線實驗）這種全新的實驗模式。MOOE采用云計算、軟件定義網絡等技術，打破了傳統實驗室在時間、空間、實驗內容等方面的限制，能夠快速構建各種復雜度高、隔離性強的實驗環境。眾所周知，MOOC打破了大學的圍墻，同樣MOOE也沖破了大學的實驗室。

MOOE的理念是伴隨MOOC的發展而出現的，與MOOC相比，它更加注重對課程內容的實踐動手能力，使得人們可以全面應用并掌握相關課程知識。

2 MOOE實驗室的主要特點

2.1 大規模

MOOE實驗室的“大規模”體現在3個方面：大規模參與者、大規模應用范圍和大規模實驗容量。

MOOE的大規模參與者體現在幾乎所有的老師、學生和網絡安全愛好者都可以獲得MOOE實驗室的服務，這在傳統模式下是不能想象的。

MOOE的大規模應用范圍指各類學校、廣闊的地域、廣泛的行業領域以及各種類型的教師和學習者。MOOE將實現校際之間、社會與大學之間的師資互動，讓以前封閉在傳統實驗室內的精品課程、重點實驗室、教學名師等資源成為網絡教學的典型資源，讓企業專家、行業的業務精英及他們的實踐經驗成為網絡教學的有力補充。MOOE平臺將學校的深厚理論基礎和前沿研究成果與企業的最新實踐經驗、最新產品應用、最新真實事件與數據等結合，與傳統實驗室相比，具有內容全面和知識新穎的優勢。

MOOE大規模的實驗容量主要體現在兩個方面：實驗內容能覆蓋相關專業的全部知識點；同一知識點的實驗將有不同的實驗設計。由于各類教師對專業知識的理解不同、對知識應用的經驗有差異、對社會實際情況掌握詳略不一，使得他們為MOOE充實的實驗將千變萬化，也就可能出現同一知識點在MOOE中擁有多個不同的實驗設計的情況。這將更加有利于不同層次、不同經歷和不同需求的學習者選擇不同的實驗進行操作學習。

2.2 在線支持

傳統實驗室的主要缺陷在于場地受限、學習者規模受限、實驗操作時間受限、實驗設計分享受限等。MOOE通過互聯網服務模式使任何實驗參與者（anyone）能夠隨時（anytime）、隨地（anywhere）進行實驗設計、實驗教學和實驗操作。當MOOC在校園網絡、區域或行業網絡、廣域網絡等不同環境應用時，MOOE可同步部署和應用。

2.3 開放性

無論是教師還是學生，只要有網絡訪問權限，即可使用MOOE。也就是說，MOOE是一個開放使用的平臺。同時，MOOE還是一個教學經驗和教學成果積累、檢驗和推廣的平臺，是一個擁有教師個性化課程設計和實驗設計的平臺。這些內容新穎、設計合理和方式獨特的課程和實驗，將在MOOC平臺中得到學習者的認可與肯定。

此外，學生也可對專業知識的學習范圍、學習流程和學習方法進行適當的設計，或提出適合自身需求的建議，從而充分體現MOOE平臺的以學習者（消費者）為主導的氛圍，打破傳統教學模式中“教師主導”的狀況，提升學生主動學習的氛圍。學生能在MOOE中通過溝通交流、學習筆記等形式探索并形成良好的學習習慣，最終獲得良好的學習效果。

MOOE實驗室充分繼承了MOOC教學的所有優勢，在大規模、開放、在線的旗幟下，理論教學和實驗教學很好地結合起來。廣大學生具備了隨時隨地開展任何實驗學習的條件，每人都可以有一個專屬自己的實驗室，實驗DIY的時代已經到來。

3 合天網安實驗室的MOOE服務

合天網安實驗室是合天智匯推出的一個網絡安全方面的MOOE服務網站，該網站2013年推出，迄今已經吸引了2萬多名網絡安全愛好者、近百所高等學校的加入。該實驗室遵循了MOOE的設計理念，其主要系統設計分為以下兒層，如圖1所示。

（l）資源虛擬層：主要實現對主機虛擬化、網絡虛擬化和資源虛擬化的支持，從而形成對物理主機、物理存儲以及物理網絡的解耦和抽象

（2）實驗仿真層：主要完成實驗的建模、實例化等工作，仿真平臺支持實驗模型的建立、管理以及切入、切出等操作，并實現實驗環境的安全隔離。

（3）應用操作層：主要提供老師、學生、演練裁判、一般學習者等角色的用戶功能界面，提供實驗規劃、實驗部署、演練實驗操作、實驗監控、實驗評估與考核等業務功能。

在合天網安實驗室中，學習者進行實驗主要分為4個步驟：

（1）賬號注冊。在任何能夠訪問互聯網的情況下訪問該實驗室網站，完成賬號的注冊與激活。

（2）課程選擇。登錄實驗室，選擇感興趣的課程將其添加到自己的課程列表當中。

（3）創建實驗環境。進入課程實驗頁面，點擊“創建實驗環境”按鈕即可完成實驗環境的準備工作。

（4）實驗操作。登錄剛剛完成準備的實驗環境，通過瀏覽器即可登錄實驗機器，對照實驗指導書進行操作。

由上所述，合天網安實驗室采用新型的設計架構，擺脫了傳統的實驗設備以硬件為主的設計模式，通過MOOE方式在互聯網上開放。學生在學習過程中能夠隨時隨地進行實驗操作，而不必局限在有限的實驗學時和實驗室空間之內。

4 合天網安實驗室數據分析

截至2014年12月，合天網安實驗室共吸引網絡安全愛好者21092人，這些愛好者分布在全國約300所高校，其中有96所高校正式進行MOOE實驗教學，包括哈爾濱工業大學、國防科學技術大學等國內一流高校。合天網安實驗室完成3萬多網絡安全實驗學時，超過2014年全國所有高校信息安全專業總實驗學時的20%。以下是實驗室數據分析，以此驗證MOOE模式的可行性。

1）學習時間拓展。

學生使用合天網安實驗室MOOE的時間分析如圖2所示。

根據合天網安實驗室對學生學習習慣的分析，在下午18點到23點之間，系統仍然保持較高的訪問量，因此MOOE模式在時間上極大拓寬了學生的自由度，學生的學習愿望得到了有效釋放，這在傳統模式下是不可想象的，這種學習是在學生主動的模式下實現的，意義尤為重要。

2）學習內容新穎。

合天網安實驗室在實驗內容提供方面有兩個大的設汁：一是提供各種基礎的網絡安全實驗，包括計算機病毒、防火墻、Web應用安全、網絡攻擊與對抗等傳統課程，滿足學生基礎理論學習和實驗學習的需求；二是充分利用MOOE的優勢，及時跟蹤網絡安全熱點事件，不間斷地推出新實驗。在2014年里，合天網安實驗室先后推出了心臟滴血漏洞實驗、破殼漏洞實驗、12306撞庫實驗、XP挑戰賽培訓實驗、XCTF練習實驗等一系列課程，這為學生根據熱點進行興趣學習提供了良好的素材，提高了學生的學習積極性，解決了實驗陳舊、更新慢的問題。合天網安實驗室的系列熱點課程見表1。

3）大規模的學生參與。

與傳統的幾十人同時做實驗，幾個人共用一套實驗設備不同，在MOOE實驗室中，大規模的學生參與實驗變成現實。表2是合天網安實驗室熱門課程的統計情況，可見幾千人學習同一門課程的情況已經出現，這些同學可以互相交流、互相討論、共同提高。他們可以對實驗是否滿意發表意見，從而成為實驗室真正的主人。

4）學牛學習需求得到極大滿足。

在傳統實驗室條件下，每學期學生在有限學時內只能完成5-6個實驗，而在合天網安的MOOE實驗室中，每人每學期平均選課4門，完成實驗10個；具有學習積極性的學生群體（在系統來看，反映為每月系統登錄次數40次以上者）平均選課達到13門，完成實驗約20個，塒這部分學生群體而言，MOOE模式帶來的影響更大。

5 總結和展望

實踐表明，MOOE實驗室對學生具有巨大的價值和吸引力，值得我們進一步將MOOE實驗室模式向更多的學校和學生推廣。同時，目前IT技術的發展使得學校具備了改善傳統計算機實驗教學的外界條件，更多傳統的實驗室可以在互聯網環境下，沖破物理實驗室的空問和時問限制，與MOOC一樣實現計算機實驗教學的互聯網化。

按照新的教學改革思路，教育問題除去關注傳統的“教”之外，更要開始關注“育”的問題，所謂育就是要創造一切條件，讓人才更好地自我成長——無限放大自學。通過支持學生自學，幫助學生走向真正的自主學習，因此MOOE實驗室的出現為人才的自我成長提供了良好的支持，這也成為大力發展MOOE實驗教學模式的重要支撐

隨著越來越多的MOOE實驗室出現，我們相信，未來2-3年內，MOOE實驗室將會成為高校信息安全實驗室、網絡安全實驗室、計算機實驗室建設的趨勢和方向。我們不但迎來一個MOOC時代，也將迎來一個MOOE時代。