信息网络安全监察专业操作系统课程实验设计(3)
[6]赵炯.Linux 内核完全注释[M].北京:机械工业出版社,2007.
马玉州(1984-),男,安徽合肥人,硕士,助教,研究方向为软件工程、机器学习、教学改革
0 引言Linux 操作系统课程是公安院校信息网络监察(以下简称“网安”)专业开设的一门专业主干课程。作为多门专业课(如网络攻防技术、电子物证技术基础、信息网络安全管理)的先修课程,其包含的理论知识不断地应用在各级网安部门的实战中,如电子数据取证中的数据文件恢复。Linux 操作系统是完成上述工作的必备知识,所以其实验部分设计至关重要,既要加深学生对操作系统理论知识的认知,又要联系网安实战部门的工作实际需求。本文根据公安院校信息网络安全监察专业人才培养要求,结合网安实战部门对操作系统相关技术需求,针对Linux 操作系统实验课程开设存在的问题[1-2],对实验进行了详细设计,通过实践教学的检验,实验设计激发了学生的学习积极性,架起了一座理论到应用的桥梁,符合信息网络安全监察专业对应用型人才的培养要求。1 信息网络安全监察专业人才培养要求根据我校2019 级各专业人才培养方案,网安专业按照公安工作专业化、职业化、实战化要求,坚持培养掌握网安专业的基本理论、基本知识、基本技能,具备从事网安实际工作的专业核心能力,能够在公安机关从事网安管理工作和在其他部门从事相关工作的应用型专门人才。在职业能力培养方面,该方案要求学生“具备掌握信息网络安全知识、法律知识和公安业务知识,具备掌握涉网案件侦查、互联网管理、网络侦控、电子数据取证等业务知识的能力”;在职业素质培养方面,要求学生“具备实战能力强,执法规范,善于沟通,能够综合运用相关专业知识和技能解决实际问题,胜任网络安全与执法岗位工作的素质”。根据此培养方案,和分析网络安全与执法民警岗位核心职业能力构成要素,我院网安专业(技能)课程分为专业基础课程模块和专业主干课程模块,其中专业主干课程模块以公安网络安全与执法业务为内容,着重培养学生的岗位核心职业能力,Linux 操作系统就归属于专业主干课程模块。2 操作系统实验课程存在的问题为适应学院人才培养的要求,我校网安专业的操作系统课程[3]由原先注重操作系统原理性知识的讲解,转变为理论与实践并重,强调理论联系并服务实战,逐渐加大实验操作方面的授课。在近几年的教学过程中发现存在如下诸多问题。(1)实验教学与实战性联系不强由于操作系统内容原理性强,理论学时占据了大部分课程总学时,同时,操作系统实践环节涉及面广,单纯地进行验证性实验,而严重缺乏根据网安业务工作实际而设计的实验。实验教学与实战性缺乏联系,导致学生的创新能力和实践能力得不到有力地培养。(2)实验教学计划固定,缺乏灵活性学院教务处统筹安排实验课程的学生、时间和实验室,如此就固定了人员、时间和地点,教师只能按部就班地进行实验课程,不能灵活安排实验,而且课时有限,如果有学生因故缺席了某次实验,那后期补学实验就非常不方便了,实验教学计划缺乏灵活性。(3)学生实验学习缺乏积极性操作系统课程具有概念多而抽象,知识面广而繁,理论性强而不易理解;实验可操作性差,与主流操作系统的实现差距巨大,原理实现技术难以理解和掌握等特点[4-5],导致很难像网络攻防技术、数据库原理与应用等课程直接通过实践发现问题和解决问题,进而加深课程的理解。由于较难获得阶段性成果的鼓励,学生往往缺乏学习的积极性,甚至产生厌烦情绪。3 实验设计根据公安院校人才培养定位和我院人才培养方案要求,结合网安工作实战,也为解决近几年教学过程中遇到的问题,我们重新对Linux 操作系统进行了详细设计,其中实验内容实战化、实验教学兼具灵活性和激发实验学习积极性是设计的三个重点,旨在理论联系实际、服务实战,加深理论知识的理解和强化学生实际动手能力的培养。所设计的实验基于开源免费的Linux平台[6],要求学生独立完成并提交实验报告,具体设计如?实验内容实战化(1)Linux 系统概述实验类型:应用型实验内容:硬盘格式化和分区;Linux 系统、常用应用软件、虚拟机等的安装使用、卸载和更新;实验原理知识点过关测试题。实验目的:了解Linux 系统免费和开源的优点;熟悉虚拟机、Linux 系统及软件安装卸载更新,培养Linux系统操作能力。课时:2 课时对应章节:Linux 基础(2)Linux 文件系统实验类型:综合型实验内容:分区与目录(目录是逻辑上的区分。分区是物理上的区分);硬盘数据恢复;实验原理知识点过关测试题。实验目的:掌握文件系统的概念和结构,为电子数据恢复打下基础。课时:2 课时对应章节:文件系统(3)进程管理实验类型:研究型实验内容:ps 的使用,基于fork()创建子进程;调整优先级;终止进程;实验原理知识点过关测试题。实验目的:了解进程类型间的区别;掌握进程信息查看和获取,培养基本的电子数据提取能力。课时:2 课时对应章节:进程管理(4)用户管理实验类型:验证型、研究型实验内容:增加和删除用户;添加组;改变用户属性;设置口令;实验原理知识点过关测试题。实验目的:掌握不同账户权限分配管理,培养基本的信息安全能力。课时:2 课时对应章节:用户与权限管理(5)系统监控与备份实验类型:综合型实验内容:使用ps 命令和grep 命令的组合;查看并分析日志;命令:lscpu;设置口令;实验原理知识点过关测试题。实验目的:掌握查看日志和硬件信息的方法;掌握数据备份的操作,培养基本的信息安全和电子数据恢复能力。课时:2 课时对应章节:系统监控与备份(6)管理网络服务实验类型:综合型实验内容:安装FTP、邮件和网页服务器;创建服务器用户;新增或修改服务器配置文件;实验原理知识点过关测试题。实验目的:掌握服务器的安装和配置,为网络攻防打下基础。课时:2 课时对应章节:网络管理3.2 实验教学具有灵活性我们的实验平台采用私有云部署方式,底层采用OpenStack+Docker 作为云计算的底层技术,采用B/S 架构,学生可通过浏览器访问使用,可在学院任何一个网络可达的场所进行学习。因故缺席实验的学生可以在宿舍就能补学实验,这就很好地解决了实验教学计划固定,缺乏灵活性的问题。Linux 操作系统实验作为实验平台的一个模块,详见图1。图1 实验平台3.3 实验过程激发学习积极性为鼓励学生实验学习积极性,每一个实验都设任务卡,分步骤考核,每步均需要解锁,全部解锁成功即可得到成就馆的成就徽章,而且完成的实验越多越好还能升级成就徽章,一定程度上激发了学生实验学习积极性,任务卡和成就徽章分别见如图2 和图3 所示。图2 任务卡图3 成就徽章4 结语根据网安专业的人才培养要求和网络安全保卫部门的实际工作需要,我们重新设计了专业基础课Linux操作系统实验。实践教学表明,经过详细设计的Linux操作系统实验教学收到良好效果。首先通过贴近实战的实例分析,使学生充分理解了原理性实验内容与网安工作实际之间的联系,进而对未来职业技能产生积极影响;其次通过校内无处不在的校园网,使学生能够随时随地登录实验平台完成实验,实验教学计划完整而又不失灵活性;最后通过实验分步骤解锁奖励实验徽章,有游戏做任务冲关的乐趣,大大提高了学生学习积极性。Linux 操作系统实验设计只有结合网安工作一线实际,坚持将操作系统实验原理与网安实际应用有机结合,才能不断提升学生利用所学知识解决实际问题的能力,才能符合网安专业对应用型人才的培养要求。后续工作将持续跟踪实际的教学效果,并随着新的网安工作实际调整实验设计。参考文献:[1]左万历,赵东范,闫昭,等.操作系统课程的多角度教学模式探索[J].计算机教育,2011(12):103-106.[2]王英,王鑫,左万利.操作系统课程改革的启发和思考[J].计算机教育,2017(2):34-37.[3]张尧学.计算机操作系统教程[M].4 版.北京:清华大学出版社,2013.[4]SILBERSCHATZ System Concepts[M].9th ed.郑扣根,等译.北京:机械工业出版社,2019.[5]STALLINGS Systems Internals and Design Principles[M].8nd ed.陈向群,等译.北京:电子工业出版社,2017.[6]赵炯.Linux 内核完全注释[M].北京:机械工业出版社,2007.
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