基于BOPPPS模型的“網絡安全”課程中反計算機病毒技術的教學設計

彭曉紅 鄔志紅

摘要：如何改進教學方法，增強學生的學習動力，使得教學效果事半功倍，是擺在教師面前的重要課題。本文以“網絡安全”課程的計算機反病毒技術之“PE文件”相關內容為例，基于BOPPPS模型將整個課程的教學過程分解到課前學習、課堂內化和實踐強化三部分，就這三部分分別進行教學設計。

關鍵詞：教學方法;網絡安全;反病毒技術;BOPPPS模型;教學設計

中圖分類號：G622? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）21-0049-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

根據《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》[1]的文件精神，探索“以學生為中心，學生學習成果驅動”的教育教學新模式。以個人親歷而言，常常感覺在讀的大學生，特別是高年級學生無法跟上專業課教學的節奏，所講內容只要稍稍超出教材，學生就會一臉茫然。如果只是少數學生如此或許可以說得過去，如果是大多數學生都處在面對新知識的茫然中，就不得不說中小學過分的應試教育導致學生不能主動學習。當下在校大學生多數關心的是與他們切身利益、直接利益相關的以及社會上流行的IT相關的那部分知識，而我們在教授公認的經典理論和知識。這是矛盾的根源，但矛盾不僅限于此。因為二三十年前，當你在大學課堂面對教師的講授一臉茫然時，你不會懷疑大學教育的問題，會自覺地從自身找原因，會利用業余時間加緊補課，以便迎頭趕上。現在則不然，一些學生不僅不會反省自己，及時補課，反而會抱怨學校、教師等以各種消極方式逃避學習。大學中的知識斷裂是以經典理論及相關知識的普遍被忽視或受冷落為標志的。面對當下大學生師生之間的知識斷裂，強化彼此之間的了解、溝通是基礎。以講解“網絡安全”課程中反計算機病毒技術為例，學生需要有相關病毒知識，了解相關逆向工具，涉及眾多的相關知識，如果上課采用傳統授課方法，只注重病毒原理和反病毒技術知識性的介紹，忽略課程內容的實際應用和學生學習主動性、積極性的調動，教學內容和過程就會較為枯燥，降低學生的學習興趣。因此如何改進教學方法，增強學生的學習動力，使得教學效果事半功倍，是擺在任課教師面前的重要課題。

1 “網絡安全”課程存在問題

理論部分往往以教師的課堂理論講授為主。課堂講授時，又以技術理論講解為主，學生在聽取教師講述過程中被動地汲取課程知識，導致學生學習積極性和創造性明顯很低，從而達不到理想的教學的效果。此外，教師過多關注嚴謹的教學結構，課堂灌輸內容得不到及時內化與溝通，沒有引導學生利用知識和技術去拓展學習，導致學習與實踐環節脫節嚴重。“PE文件格式的分析和構造”和“PE文件的加載、重定位和執行過程”兩次實驗是較為基本的有關病毒的實驗，發現大三學生由于存在對知識的新鮮感大幅度降低，很多學生已將重心放在考研和找工作上，對專業課的學習只求知之甚少而拿學分的心態，因此如果教學形式缺乏課堂互動的環節，課堂不具有雙向性和趣味性的話，教師很難調動學生學習的主動性。

2 基于BOPPPS模型的課堂設計

BOPPPS是將教學內容依起承轉合切分為六個階段，依序為：暖身（導言）、學習目標（結果）、先測、參與式學習、后測及摘要（總結）。本文以課堂教授“PE文件”相關內容為例，通過引導學生強化學習積累相關知識，把知識內化為經驗和能力，培養和提高學生的分析問題能力。為此，整個教學過程由課前學習、課堂內化和實踐強化組成。

2.1 課前學習階段設計

此階段包括暖身（導言）、學習目標（結果）。由于學生基礎的差異，有的編程基礎更好，有的更有興趣應用軟件，由于已經是大三學生，具備根據需要自行學習的能力，在學習之前，為了吸引學生的注意力，讓學生選擇A和B兩種方案。A方案：課前自學王倍昌編寫的《走進計算機病毒》一書，達到普及DLL注入、Winsock劫持、協議劫持等知識的目的。B方案：課前自學戚利編寫的《Windows PE權威指南》一書，從字節碼的角度對PE文件格式進行研究，在基礎理論知識方面普及Windows異常處理知識，提高學生編程興趣，愿意投入充分的時間研究學習本門課程。學生可以自己組隊學習。

課前學習階段A方案學習目標（結果）設計如下：

（1）初步了解病毒。第3章前5節相關內容則必須讀，這些章節涉及很多基礎工具知識普及：如介紹進程監控、注冊表監控、文件監控工具、病毒行為綜合監控工具[2]。

（2）進一步了解病毒經常使用的手法。第3章6、7節相關內容則必須讀，這些章節涉及DLL注入、Winsock劫持、協議劫持等知識普及[2]。

（3）反匯編工具Ollydbg及IDA的熟練使用。

課前學習階段B方案學習目標（結果）設計如下：

（1）初步了解PE。第1章通過PE字節碼閱讀器認識PE文件。第2章了解三個常用小工具：PEDump十六進制字節查看器、PEInfoPE結構分析器、PEComp為PE文件比較器[3]。

（2）進一步了解動態加載技術。第11章相關內容[3]。

（3）反匯編工具Ollydbg及IDA的熟練使用。

方案中的三點充分對應學習目標（結果）的三要素：認知、情意和技能。認知方面：方案A學生認識到病毒與程序關系，就是一段代碼。方案B學生認識到PE病毒就是一段十六進制字節碼。情意方面：方案A學生從價值觀上接受要學習反病毒就必須進一步了解病毒經常使用的手法，方案B學生從價值觀上接受要學習反病毒就必須進一步了解動態加載技術。技能方面：反匯編工具Ollydbg及IDA的熟練使用。

2.2 課堂內化階段設計

此階段包括先測、參與式學習、后測及摘要（總結）。課堂內化階段需要由教師用一刻鐘或半小時的時間講課，有針對性地講解同學們在課前學習階段中可能遇到的困難、難以理解或需要注意的問題。先測即兩個方案學生代表，可各派三個學生以課堂提問方式，提出相關的問題，可以增進師生間的溝通，更能使學生有一種全新的感覺，增強學生學習的趣味性，調動他們的學習積極性，活躍創新思維，鍛煉其在公眾場合的講說能力[4]。讓大家掌握DLL注入和PE文件病毒可能的經常使用的手法，進而調整內容的深度與進度，達到先測的目的。參與式學習常見的做法，是將課堂參與者都拉入互動的情境中。具體設計如下：

（1）課堂講解PE結構及其運行原理。

（2）課堂上部分學生代表進行講解，A方案學生把DLL注入介紹給大家，B方案學生把動態加技術介紹給大家。

（3）課堂提問方式：目標是讓大家掌握PE文件病毒可能的經常使用的手法。

（4）參與式學習環節：由教師提出問題，讓學生合作做出DLL注入;或者設計模擬動態加載的環境實現動態加載。

（5）總結：最后由教師將整個學習涉及知識及應用進行總結，針對效果進行點評，保證學生知識的系統性和連續性。

（6）后測：繼續給學生布置實踐任務。方案A學生：完成用特定的工具手工構造一個基于PE結構的可執行文件。方案B學生：編寫一個Loader程序，把指定的文件加載到期望的地址處，并控制其執行。考慮到部分學生“吃不飽”，還可以增加團隊學習模式，即方案C：3-4人一個小組完成一個補丁開發工具。

2.3 實踐強化階段設計

實踐環節是能力培養的一個重要環節，實踐環節與教學環節有機地結合保證學生充分成就自己，愿意投入充分的時間研究學習本門課程。在實踐環節中，為了保證學生持續保持濃厚的學習興趣，實踐環節分A、B和C三個方案。意味分為三個層次：A方案為驗證性實驗，主要是樹立學生的自信心，培養學生形成概念、解決問題能力及學生學會提出問題的能力;B方案為設計型實驗，主要是培養學生直接思維、發散思維和歸納思維的能力，以及以批評的方式系統推理的能力;C方案為綜合設計實驗，重點培養學生的綜合能力。

不鼓勵采取方案A和B。現代社會需要團隊工作模式，團隊學習不僅能讓大家提高學習效率，而且能幫助大家開闊視野，促使大家從多角度理解知識和看待問題。尤其是在團隊學習的過程中能學到團隊合作精神，在與團隊成員們共同探索和解決問題的過程中，學會如何溝通、如何協商、如何處理問題的經驗。方案C組建團隊時應該成員水平相當，制定合理的學習計劃，明確自己的學習目標，最后合作完成一個補丁工具。

由于采用方案A和B區分實踐，自主學習時學生已經掌握了相關知識及工具的應用，良好的學習氛圍和資源環境使得學生能夠將實驗獨立完成。方案C的進行盡管花費較多時間調試程序，但是學生能夠互相學習、互相交流、互相啟發、共同進步。團隊學習是發展團體成員整體搭配與實現共同目標能力的過程。團隊學習對組織與個體來說是雙贏的選擇，也是雙贏的結果。團隊學習有利于提高團隊核心競爭力。團隊核心競爭力不僅僅是個人的核心競爭力的簡單累加。

3 小結

資深逆向分析師和惡意軟件研究專家Christopher C. Elisan說，由于對病毒的好奇心驅動，加上具有匯編語言方面的專長，成功進入趨勢科技公司，從此站在與惡意軟件戰爭的第一線[5]。可見，要獲得某項技能，興趣才是最好的老師。學生在校學習誰都希望有一個好的學習氛圍，但這種氛圍又只能靠學生們自己創建。作為任課老師如何改進教學方法，增強學生的學習動力，使得教學效果事半功倍，顯得尤其重要。漸近提高學習興趣，打造學習團隊，培養團隊協作意識是關鍵。近年來由各大安全公司和高校舉辦的CTF競賽開展得如火如荼，這些競賽要求精通不同方向的3-5人組隊，團隊成員需要從各自擅長的方向提出解題思路并相互配合，因此，對團隊成員的綜合視野、團隊協作和編程技術等都有著較高的要求。

參考文獻：

[1] 教育部.教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）[EB/OI.].（2012-05-06）.http：//www.edu.cn/zong_he_870/20120330/t20120330_760603_3.shtml.

[2] 王倍昌.走進計算機病毒[M].人民郵電出版社，2015.8.

[3] 戚利.Windows PE權威指南[M].機械工業出版社，2011.10.

[4] 趙海敬，范健文，楊磊，朱蕊.關于高校課堂教學中師生角色互換的探究與實踐[J].教育教學論壇，2013（9）：188-189.

[5] Christopher C. Elisan.惡意軟件、Rootkit和僵尸網絡[M].機械工業出版社，2013.10.

【通聯編輯：王力】