網絡安全課程中的情景教學方法分析

張咪 彭建山

關鍵詞 網絡安全 情景教學 教學改革

中圖分類號：G424 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.09.052

Keywords cyberspace security; situational teaching; teaching reform

0 引言

目前我國網民規模已達歐洲人口總量，[1]但網絡世界也是一個處處充滿威脅的世界，黑客攻擊、網絡詐騙手段等令人防不勝防。近年來，國家對網絡安全的重視與日俱增，國務院學位委員會、教育部決定在“工學”門類下增設“網絡空間安全”一級學科，以助于推動和普及信息安全全民教育水平。[2]隨著網絡空間安全被設為一級學科，網絡安全課程也被很多學校和專業設為核心課程。[3]但網絡安全課程有著自身獨特的特點，給授課老師和學生都提出了更高的要求。本文對網絡安全課程的特點進行解析后，將情景教學方法引入課堂教學。

1 網絡安全課程特點

（1）知識內容枯燥，學生必須具備較高耐心。今年來有很多反映網絡安全戰的書籍和影視作品，無一不是把黑客攻擊和防御黑客的過程描述的驚心動魄，令人眼花繚亂。在沒有接觸過網絡安全知識的學生眼里，學習和黑客有關的知識是一個非常有趣的過程，初期對課程充滿激情，但接觸幾節課之后就會發現并沒有影視劇里表現的那么激烈而進入倦怠期，對課程失去興趣。

網絡安全課程還要求學生比其它課程更加有耐心，能靜下心來分析各種算法和代碼。因為在實驗中我們通常會得到大量重復無關的數據，要從這成千上萬條干擾信息中找到有用的信息加以利用，除了需要基礎知識扎實之外還要有極大的耐心和細心。

（2）實驗環境變化快，知識內容更新快。眾所周知，計算機科學知識更新速度越來越快，軟件和硬件都發生翻天覆地的變化，而網絡安全學科的知識更新速度更是瞬息萬變，網絡攻擊技術和防御技術日新月異，每一次系統的更新，每一個軟件的安裝，每一次網絡的連接都直接影響到課程內容的講授。這種高速的學科發展速度不僅對學生提出了更高的要求，更是對教師的挑戰。教師在應對知識變化的過程中要重新設計實驗，重新搭建實驗環境，重新了解最新的技術，盡可能做到展示最新的攻防技術讓學生了解。

（3）知識涉及面廣，前導課程要求高。網絡安全學科涉及知識非常廣泛，既涉及計算機操作系統、防火墻、網絡協議、服務器配置等應用系統的搭建，也包涵了依托數學知識的密碼學原理;既涉及數據庫安全保護和網絡設備組網技術，也包涵了有線和無線網絡的通信技術知識;既涉及安全標準，也包涵了安全法律法規。總而言之，在一切聯網的物質和非物質中，都和網絡安全息息相關，課程的設計可以包羅萬象。

現在的網絡安全課程承擔單位大部分都是從計算機類學科中分離出來的，所以基礎課程還是以計算機類課程為主，例如操作系統，計算機網絡，數據庫，算法分析等。網絡安全課程對基礎課程的掌握要求較高，以ARP攻擊實驗為例，要實現ARP攻擊，必須要了解ARP協議工作原理和封裝過程，才能明白ARP攻擊的手段和目的以及如何靈活運用和防范，而這部分內容屬于計算機網絡基礎課程，只有基礎知識扎實才能更快掌握ARP攻擊的知識。

綜上所述，網絡安全課程的特點導致學生在學習的時候會感到非常困難和迷茫，第一章分析協議，第二章可能就跳躍到密碼學，第三章又回顧操作系統基礎知識，知識體系跨度大，內容枯燥，搭建實驗環境復雜，這些困難綜合起來使得教師要想辦法把整個體系串聯起來，并且要把課堂積極性調動起來，最好能一次性搭建好實驗環境，在以后的實驗過程中就可以減少不必要的麻煩。本文提出一個解決問題的方式，就是情景教學方法，在課程的最初設計出一個情景，為每一個學生分配角色，穿插入每次實驗課堂，最終把所有知識串聯起來，同時提高學生學習的積極性，培養學生耐心加細心的團隊合作能力。

2 情景教學設計

2.1 情景教學的目的

情境教學法通過基本案例教學、仿真互動場景模擬及現場實習演練等多種途徑，促進教師、學生、特定場景間多維互動，[4]是一種在教學過程中，教師有目的地引入或創設具有一定情緒色彩的、生動具體的場景，引發學生沉浸式的學習體驗，幫助學生理解知識，并觸發學生深入學習動力的教學方法。在網絡安全課程中使用情景教學方法的目的就是激發學生的情感，寓教學內容于具體形象的情境之中，起到潛移默化的學習作用。

2.2 基于網絡安全的情景設計與實踐

（1）整體情景設計。為貼近真實場景，課程量身定制了一個真實的大中型企業網絡及其異地互聯分公司和辦事處的案例，如圖1所示。

這個大中型企業網絡分為五個部分：第一部分是W網絡部分，是為了便于對公司總部及兩個異地機構互聯的理解而引入的。W網絡包括3臺服務器和6臺路由器，同時連接了3個公司的局域網，它們分布在不同地理位置。第二部分是X網絡，是一個典型的大中型園區網絡主體架構。X網絡由接入層、匯聚層和核心層交換機構成內部三層交換網絡，內網核心交換機連接了兩臺內網服務器1和服務器2。核心交換機通過防火墻及接入路由器連接到模擬的互聯網，防火墻旁接有三臺對外服務器。第三部分是Y網絡，是一個典型的中小型企業網絡主體架構，由接入層與核心層交換機構成內部交換網絡，內網核心交換機連接一臺內網服務器，接入層交換機上連接有無線網絡，為會議室內無線用戶提供連接。核心交換機通過防火墻及接入路由器連接到模擬互聯網。第四部分是Z網絡，是一個典型的小型SOHO辦公網絡主體架構，通過接入路由器與堡壘主機將內部的接入交換網絡及無線網絡用戶連接到模擬互聯網。第五部分由出差員工直接連接到模擬的互聯網絡。

這個整體網絡的情景設計，考慮到各種企業可能遇到的網絡問題，既可以從任意一個節點入手設置網絡安全障礙，又可以從整體企業部署出發，解決網絡安全問題。學生在融入情景之前，教師可以為每一個學生設計角色，例如：服務器管理員，X網絡管理員，Y網絡管理員，Z網絡管理員，出差員工，總經理，董事長等角色，充分調動學生參與課程的主動性。

（2）內容情景設計。模擬出一個真實的企業網絡之后，還要分單元設計學習情境。

第一單元設置提出問題：網絡是否安全？什么原因造成不安全？提出問題后設置ARP攻擊設想，讓學生從X網絡管理員身份的角度觀察ARP協議內容和工作原理，學習和掌握包括ARP協議脆弱性、ARP緩存機制、ARP欺騙原理和實現等知識點;最后化身網絡警察，尋找解決ARP攻擊的辦法。

第二單元討論如何保護數據在網絡世界中傳輸的機密性和完整性。學生在這一單元扮演“秘密特工”，需要最安全的密碼加密信息，再傳輸給其他人同時必須保證中途截獲信息的人無法解密。需要了解SSL、HTTPS等加密協議的原理，掌握使用這些加密協議處理網絡數據的方法。

第三單元討論如何攻擊網絡中的電腦。學生又化身“黑客”，利用DDOS攻擊破壞X、Y網絡中的服務器，使之無法提供正常的服務;或者利用SQL注入攻擊方式對服務器中預設的網頁腳本漏洞進行攻擊，獲取或破壞服務器中的數據庫。

第四單元討論如何保護網絡中的電腦免受網絡攻擊。給學生安排任務，通過安裝系統補丁、架設網絡防火墻和主機防火墻、掃描和修復網頁腳本漏洞等方式，保障網絡主機的安全性。

通過上述整體和分單元情景的設置，每個學生在每個任務時期都有不同的角色和不同的分工，使學生更加有參與感，成就感，特別是作為攻擊者攻擊其他電腦時，更容易對課程產生興趣。

3 情景教學效果

為了驗證情景教學的效果，我們選取一個班84個學生作為總體，把學生分成兩組，每組42人作為樣本（學生學習成績相當，每組都包含14個成績上游學生，14個成績中游學生和14個成績下游學生），其中一組使用情景教學方式稱為A組，另一組使用傳統的講授式上課方式稱為B組。兩組都分別講授兩個單元后對比效果的不同。

（1）課堂參與度對比。第一項要對比的教學效果是課堂參與度。在教學過程中，使用情景式教學方式的A組明顯參與度更高，分配任務和角色的時候就開始熱烈的討論，在完成實驗報告的時候互相交流，補充自己實驗報告的不足。但采用傳統方式授課的B組表現不夠積極，上課過程中不能給老師有效的反饋，回答問題的同學也只能占到5%左右。

（2）課堂交流度對比。課堂交流度分為和教師交流和學生之間交流兩部分。學生之間的交流A組可以達到100%，每個人每個小組都參與進來了，B在完成實驗報告時可以達到60%左右。但就和教師的交流情況來看，B組比A組的交流程度更高，因為A組在相互間交流時已經可以解決大概90%的問題，而B組沒有相互交流的環境，只能通過老師幫助解決問題。

（3）作業完成度對比。提交作業方面兩個小組都可以做到100%提交，但檢查時發現B組提交的作業里有20%的同學不是獨立完成，有抄襲作業的嫌疑。A組同學則95%是依靠自己完成的，而且從作業的完成質量上來看，A組同學經過充分的交流和商討，最終每組的實驗結果都很完整，而B組同學有細節上的遺漏，可能跟交流度不夠有關。

以上對比實驗雖然只以84位同學為樣本，但包含了各種學生類型，能夠說明在情景教學方式的引導下，學生對網絡安全課程有跟高的參與度，交流度和作業完成度。

4 總結

基于網絡安全課程的特點，本文對網絡安全課程形式進行了討論，可以看到在網絡安全形式日益嚴峻的現代社會，學生掌握網絡安全知識的極為重要，但鑒于網絡安全課程枯燥，抽象，涉及知識廣泛和實用性強的特點，本文引入了以情景教學方式為主體的教學方法，為學生搭建了仿真實踐平臺并充分調動學生課堂主動性，變被動學習為主動指揮。傳統的實驗方法也改為開放式實驗結果，不要求過程只注重結果，學生可以運用自己各方面能力在創設的情景中發揮作用，最終協助團隊攻擊其他人或者防御其他人的攻擊。學生在情景中扮演不同的角色，不僅提高了學習主動性還提前體驗了進入工作崗位的感覺。綜上所述，情景教學是一種非常適合應用在網絡安全課程中的教學方法。

參考文獻

[1] 沈金萍.第39次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》[J].傳媒，2017（3）：30-30.

[2] 李建華，邱衛東，孟魁，等.網絡空間安全一級學科內涵建設和人才培養思考[J].信息安全研究，2015.1（2）：149-154.

[3] 閆麗麗，昌燕，張仕斌.網絡安全技術課程教學改革與實踐探索[J].計算機教育，2016（9）：15-17.

[4] 李輝，凡院連.關于“情景教學”之厘定[J].文教資料，2012（10）：170-171.