云計算與云安全課程建設方法的探索與實踐

于程程 蔣文蓉 閆季鴻

摘? 要：目前云計算技術發展迅速、安全問題日益嚴重，云計算與云安全方面的人才急需，云計算與云安全課程在高校的建設需求日益突出。該文從課程選材、教學內容、教學方法、考核方式等方面闡述云計算與云安全課程的建設方法。該課程繼承了傳統云計算課程的基本要求，同時還結合了云安全及相關新興技術等內容模塊。此外，創新地使用了實地考察、產學研合作等模式豐富課程的教學內容與方式。

關鍵詞：云計算? 云安全? 課程建設? 實地考察? 產學研

云計算是計算機科學與工程中迅猛發展的新型學科之一，也是計算機應用中十分活躍的重要領域。目前，中國云計算與云安全方面人才緊缺，云計算相關職業增長迅速。因此，全國高校都在根據自身實際情況開設云計算相關課程，培養云計算方面的專業人才。同時，云計算相關技術正處在高速發展的過程中，這對高校培養高素質、創新型人才提出更高要求。

云計算是分布式處理、并行計算、網格計算與虛擬化等多項傳統計算機技術發展融合的產物。隨著越來越多的企業將服務部署在云端，云安全問題至關重要。云計算與云安全課程正式在這種背景下在上海第二工業大學建立起來的。該課程旨在學生了解云計算基礎及掌握相關技術原理和方法，熟悉云安全技術體系及相關技術，并創新地引入區塊鏈、人工智能新興云服務等前沿技術知識，采用理論與實踐相結合的方式，鍛煉學生的動手能力，加深其對理論知識的理解。

云計算相關課程建設的研究[1-2]歸納了較為全面的課程內容體系，但卻缺乏關于云安全技術和新興云服務等內容的擴展。此外，其課程形式和內容較為單一。該課程的建設還引入了實地考察、產學合作等模式，以豐富學生的學習資源。筆者對云計算與云安全課程的建設進行探索與實踐，通過課程選材、課程內容建設、課程方法建設、考核方法建設這幾個方面來全面解析該課程建設的具體內容。

1? 課程選材

該門課程的教材參考了多個云計算與云安全相關書籍和論文，從中凝練出該門課的主體內容。其中包括劉鵬主編的《云計算（第3版）》[3]，該書涵蓋較全面的云計算基礎和相關技術知識，因此該課程采用該書作為云計算部分的主要參考依據。另外，該課程還采用《云計算安全技術》[4]作為云安全部分的主要參考依據。該課程采用林子雨主編的《大數據技術原理與應用》[5]作為Hadoop相關知識和實踐上機課程的主要參考依據;其次還有一些區塊鏈等前沿技術論文[6]作為課程其他內容的參考和補充。同時鼓勵學生自行進一步地探索相關技術。

2? 課程內容建設

通過云計算與云安全課程的學習，使學生了解云計算概念、技術和原理;熟悉云安全技術體系及相關技術;了解云計算研究熱點與應用領域;并通過實踐課程鍛煉學生動手能力、開拓思維與眼界。該課程是理論與實踐相結合的方式進行教學。因此，該文將從理論和實踐兩個角度來建設課程內容體系。

2.1 理論內容建設

云計算與云安全課程的理論內容安排分為以下幾個部分：云概念、云技術、云服務及應用、開源云計算系統、云安全技術、云計算和云安全相關技術前沿。

（1）云概念。云概念講述述云計算的由來、概念、發展現狀、服務類型、部署模式、國內外云計算技術發展現狀等關于云計算與云安全的基本概念。幫助學生對于云計算與云安全形成一個初步認識。

（2）云技術。云技術將介紹主流云計算技術體系，包括云存儲技術、云處理技術、云數據庫、虛擬化技術。云存儲技術包括谷歌的GFS、亞馬遜AWS的Dynamo和S3、淘寶分布式文件系統等;云處理包括谷歌的MapReduce等;云數據庫包括Google的BigTable、阿里巴巴的OceanBase等;虛擬化技術則從服務器、存儲、網絡和桌面虛擬化4個方面進行介紹。

（3）云服務及應用。此部分將通過亞馬遜、微軟或者華為等云計算服務提供商的角度來介紹云的整體架構、提供的服務，包括云安全服務，并利用相應的真實案例來介紹具體的云應用。

（4）開源云計算系統。課程將重點介紹兩個開源系統，Hadoop和OpenStack。Hadoop是大數據存儲和處理的經典開源工具，課程將從其由來、相關項目、技術原理及應用幾個角度進行介紹Hadoop大家族，包括HDFS、HBase等。OpenStack是一個免費的開源虛擬化平臺，課程將從其體系架構、技術原理等方面進行介紹。

（5）云安全技術。云安全技術將分析云安全威脅、云安全技術架構體系，然后從云的數據安全、網絡安全、隱私安全等角度具體剖析云安全相關技術。

（6）云計算與云安全前沿技術。針對云計算與云安全的前沿的研究論文和企業實際推出的前沿產品等繼續進行討論。例如，區塊鏈技術實際上是一個解決信任問題的分布式賬本，可應用于多個領域，從一定程度上可解決云安全問題，而云計算與區塊鏈的結合則產生了區塊鏈即服務的云服務模式。

2.2 實踐內容建設

云計算與云安全實踐課程的目的是通過實地參觀或者上機實驗等方式來深化理論課程的理解，并鍛煉其動手能力。具體實踐課程內容安排如下。

（1）實地考察。學生通過實地考察企業的數據中心、云服務及應用、云安全建設等，讓學生對理論知識有更加生動的理解，并開拓眼界。

（2）虛擬化實踐。學習使用VMware workstation虛擬化工具來創建虛擬機，使學生掌握基本的Linux系統安裝方法和操作技巧;學習使用OpenStack工具來搭建虛擬化平臺進行虛擬化相關工作。

（3）Hadoop安裝和使用。在創建的虛擬機上學習安裝Hadoop;針對Hadopp中的文件存儲系統HDFS，使用shell命令和API編程等方法進行文件的處理。使學生了解整個Hadoop安裝流程以及利用HDFS進行文件處理。

（4）MapReduce編程。介紹MapReduce編程原理，進行MapReduce編程實踐，并在安裝好的Hadoop集群上運行MapReduce任務。使學生了解如何利用MapReduce框架來解決實際問題，并學習如何進行錯誤處理等。

（5）Hbase安裝和使用。在搭建好的Hadoop集群基礎上安裝配置Hbase云數據庫，并學習利用shell命令和Java API的方法來對Hbase進行數據的處理。使學生學習云數據的基本原理和使用過程。

（6）AWS云應用實踐。學習使用AWS提供的基礎服務，包括EC2、S3、RDS等，并利用基礎服務進行網站創建和托管等應用服務。使學生了解云服務提供商提供的具體服務，并在此基礎上可以構建的真實應用。

3? 教學方法建設

云計算與云安全課程是以教師為向導，以學生為主體的教學理念貫徹理論和實踐教學的始末。針對課程內容的不同，合理地進行教學設計。采用啟發式教學方法激發學生主動學習的興趣，培養學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力。

理論教學過程中結合傳統課堂與討論式的教學方式之外，嘗試加入對分課堂[7]的教學模式，教師教授在先，學生學習在后，從而充分調動學生自主學習意識，鼓勵學生探索新興科技的發展。同時，每次課程介紹都會配套相應的課后作業，內容可以是論述簡答等傳統作業形式，也可以是開放式的問題，如讓學生通過課上的學習內容結合自己查閱的資料來形成大作業。

實踐教學采用實地考察+上機實踐兩種方式進行。通過實地考察企業云服務的應用、數據中心的搭建、云計算展廳等，讓學生從真實的企業應用環境中感受云服務及應用的落地實施，從而深化理解所學知識、增加學生的學習動力、開拓學生的視野。上機實踐部分，一方面使用Hadoop等開源系統作為上機實踐的主要內容，每節課通過階段性驗收打分來調動學生的上機實踐熱情，同時鼓勵學生查看源碼，進一步加深理解其設計思想;另一方面采用校企合作的形式，從企業獲取相應資源以供學生上機學習實踐。例如，教師可以申請加入AWS Education項目，構建網上課堂，學生可以在AWS網站上進行相關的學習。

4? 課程考核建設

課程考核以檢查學生對各知識點的掌握程度和應用能力為重要內容，介于云計算與云安全是一門理論性強、實踐要求高的課程，課程的考核包括平時考核、實驗考核和期末考核3個部分。摒除了以往單一的期末閉卷考試考核的弊端，從多方面、多角度來構建學生的考核體系。

平時成績將通過兩個方面進行考核：一是學生的出勤情況和課堂表現情況，該部分主要考核學生的學習態度情況。二是學生課后作業的完成情況。實驗考核部分，每次實踐上機課程任務都按照階段完成情況來打分，每完成一部分任務則在原來分數的基礎上加分。期末考核部分為筆試閉卷考試，考核學生對于平時學習知識的掌握情況，包括使用所學知識進行分析問題和解決問題的能力等。

5? 結語

云計算與云安全課程在當前云計算技術發展迅速、云安全問題日益嚴重的背景下而設立，該文從選材、課程內容、教學方法、考核方法等多個角度闡述該課程的建設方案。教學內容方面除了云計算技術相關內容，突出云安全方面的知識與技術。使用包括對分課堂、實地考察、產學研等多種教學方式來豐富教學方式及內容，進一步提高學生的自主學習興趣和能力。最后使用多角度的考核方式來全方位的考核學生掌握知識的能力。

參考文獻

[1] 鮑愛華，陳衛衛，劉鵬，等.云計算課程內容體系的建設與實踐[J].計算機工程與科學，2014（S2）：42-45.

[2] 金永霞.云計算技術與應用課程的實驗教學探索與實踐[J].計算機教育，2017（2）：146-148.

[3] 劉鵬.云計算[M].3版.北京：電子工業出版社，2015：1-292.

[4] 卿昱，張劍.云計算安全技術[M].北京：國防工業出版社，2016：16-124.

[5] 林子雨.大數據技術原理與應用[M].2版.北京：人民郵電出版社，2017：28-91.

[6] 袁勇，王飛躍.區塊鏈技術發展現狀與展望[J].自動化學報，2016，42（4）：481-494.

[7] 張學新.對分課堂：大學課堂教學改革的新探索[J].復旦教育論壇，2014，12（5）：5-10.