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摘要:本文根據高校的具體情況,對網絡與信息安全實驗教學體系的相關問題進行探討,提出了一個網絡與信息安全實驗教學體系的參考方案。
關鍵詞:網絡與信息安全;實驗教學體系;信息安全人才培養
中圖分類號:G642
文獻標識碼:B
1引言
網絡與信息安全是一門實踐性很強的學科,目前大多數高校的網絡與信息安全課程偏重于理論教學,相應的實驗教學環節滯后。建設一個滿足網絡與信息安全專業教學要求的實驗教學體系,對信息安全專業的建設和培養合格的網絡與信息安全人才具有重要的意義。
2我國網絡與信息安全人才培養的模式分析
我國現有的網絡與信息安全人才培養的教學模式還主要是以授課為主,或者利用一些簡單工具進行演示。這樣的教學模式存在以下問題:
(1) 偏重理論知識的傳授,不太強調實踐能力的培養。
(2) 實驗內容單一而且彼此相對獨立。網絡與信息安全是一個整體概念,必須培養專業技術人員的整體安全意識,專業技術人員必須具有綜合的安全技能。
(3) 不強調實驗環境的真實性?,F實的信息系統環境不允許專業技術人員出現失誤,真實的實驗環境將有助于培養學生的安全意識。
3建立符合創新性人才培養的網絡與信息安全實驗教學新體系
新的形勢要求我們對實驗教學進行改革,設計出一批更適合學生教學要求的、不同層次的實驗項目。整個實驗教學體系以提高實踐能力、增強綜合應用知識、解決具體問題的能力為目標,以加深基礎知識、增強綜合應用知識能力、提高創新研究能力為主線進行構建。實驗內容從基礎驗證實驗、綜合設計實驗和研究創新實驗三個層次進行設計。
3.1信息安全實驗
通過信息安全系列實驗,使學生深入理解信息安全的概念,增強計算機系統安全意識,掌握保障網絡信息安全的一些基本技術的使用方法,其中最主要的是防火墻數據包過濾功能和NAT功能的配置。
(1) MD5算法實現與應用。
(2) 數字證書發放。通過服務器網絡中的CA證書服務器,為各個實驗小組中的成員在線或離線發放數字證書。讓學生掌握公鑰密碼體制中公鑰和私鑰生成、公鑰的安全傳送、私鑰的存放、數字證書的申請和存放等技術,加深對基于PKI的數字證書技術整體框架的理解。
(3) 基于數字證書的身份認證。各小組的成員以發放的數字證書為憑證,訪問服務器網絡中的網絡服務。服務器在提供網絡服務之前,要先通過小組成員的數字證書進行身份認證,只有合法的用戶才能獲得相關的服務。
(4) 防火墻的設置與測試。設置防火墻,熟悉防火墻的功能。通過配置自己網絡中安裝的“清網”防火墻和Linux防火墻來訪問、攻擊服務器網絡中的網絡應用服務器。通過配置防火墻過濾規則和攻擊用PC機上的各種攻擊工具,理解防火墻在網絡中的地位、作用和工作機理、熟悉防火墻的各種配置手段。
3.2網絡安全實驗
通過網絡安全系列實驗,使學生深化理解計算機網絡安全的概念,及網絡安全協議的標準與技術。增強計算機網絡安全意識,掌握網絡安全協議的內容與理論,具備一定網絡安全保護能力。
(1) PGP實現電子郵件安全。PGP可保證郵件的機密性、完整性以及不可抵賴性等。通過實驗,使學生掌握用PGP進行加密和數字簽名的方法。
(2) 用SSL安全協議實現WEB服務器的安全性。掌握如何用SSL安全協議在Internet與Intranet服務器和客戶端間進行安全傳送數據,通過WEB服務器和瀏覽器來保證用戶與WEB站點安全交流。
(3) 虛擬專網(VPN)實驗。通過組建VPN以掌握相關協議的具體應用。這些技術包括VPN 技術及其配置、數字證書發放的實驗、通過數字證書進行身份認證的實驗、入侵檢測實驗、病毒防治實驗、網絡掃描實驗等。
(4) 網絡攻防實驗。通過網絡攻防實驗,使學生掌握木馬攻擊與防范、DOS攻擊與防范、漏洞掃描、明文嗅探、網頁木馬、洪泛攻擊、文件型病毒攻擊與防范的方法。
3.3網絡與信息安全創新實驗
創新提高型實驗要求學生綜合應用多門課程的知識,針對某個有創意的想法,在教師指導下完成設計和實現工作,幫助學生提高創新意識和創造能力。創新提高型實驗內容來源于教師的科研項目、學生的自主科研選題、社會實踐活動和企事業應用需求,實驗內容是不斷變化的。例如反彈式木馬的設計與實現、數字水印技術的研究與應用、敏感信息過濾系統設計、病毒掃描引擎設計與實現、IPv6環境下的網絡信息安全問題的研究等。實驗室給高年級學生及研究生進行網絡信息安全方面的創新實驗提供相應的環境。
4結束語
網絡與信息安全是一門實踐性很強的學科,建設一個滿足信息安全專業教學要求的實驗教學體系是培養合格的信息安全人才的關鍵之一。本文探討了網絡與信息安全人才的培養模式,給出了一個網絡與信息安全實驗教學體系的參考方案,對高校網絡與信息安全人才培養具有一定的參考價值。
參考文獻
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關鍵詞:信息安全;實驗教學;人才培養
信息安全專業所包含的課程種類較多,要求學生充分理解信息安全的基本概念,掌握各種信息安全應用的基本技術及方法,并牢固樹立信息安全意識[1]。通過長期的教學實踐,筆者發現信息安全相關課程實踐性較強,單純地通過課堂講授難以使學生充分理解相關的知識點及相關技術。因此,非常有必要根據專業的培養目的,有針對性地開設信息安全實驗課程,讓學生通過動手實踐,發現問題并解決問題,最終達到深入理解信息安全知識內容,掌握相關安全技術、培養良好的安全習慣的目的。同時,也充分培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。
目前,信息安全實驗課程的開設不存在統一的標準,仍處于探索階段,概括起來主要存在以下兩方面的問題:(1)依附理論課程開展實驗教學,尚未形成相對獨立的合理的實驗教學體系,實驗課程教學針對性不強;(2)實驗形式單一、層次不高,學生感覺枯燥。本文針對以上問題進行了研究探討,對信息安全實驗課程的教學及組織方法進行了研究與實踐。
1多層次實驗組織
實驗是實踐教學的重要環節[2]。在教學大綱中明確提出,學生通過實驗應可以加深對抽象理論知識的理解,提高學生動手能力、分析問題和解決問題的能力,同時還能夠培養學生正確的思維方法和嚴謹科學的工作作風。針對以往以基礎實驗為主的實驗教學方式,我們通過增加綜合性實驗、自主研究性實驗及創新性實踐的比例,將信息安全實驗劃分為基礎性實
驗、綜合性實驗、自主研究性實驗和創新性實踐四大類,其組織層次結構如圖1所示。
圖1 實驗組織層次
其中,基礎性實驗作為配合理論課程開設的實驗環節,其主要目的在于幫助學生理解、掌握課程中所講授的基本知識點,為后期的深入學習奠定一定的基礎。因此,基礎性實驗以驗證性實驗為主,如各類密碼算法的原理性實驗(包括程序設計實驗及使用實驗)、對稱/公鑰密碼體制下簡單的密鑰協商過程的實現等。通過基礎性實驗,使得學生能夠驗證所學知識的準確性、深入理解相關原理。此外,基礎性實驗還包括一些應用性較強的實驗,如防火墻的規則配置、殺毒軟件及手動殺毒方法的使用等,以培養學生對信息安全課程學習的興趣。
基于基礎性實驗而開設的綜合性實驗,其主要目的是培養學生對信息安全課程中所講授的各基礎知識點綜合運用的能力[3]。與基礎性實驗不同,綜合性
作者簡介:歐慶于(1978-),男,講師,碩士,研究方向為信息安全。
實驗要求學生在具備一定實驗基礎知識和基本操作技能的基礎上,運用某一門或多門相關課程的知識點完成復合性實驗,以對其實驗能力和實驗方法進行綜合訓練,如綜合運用對稱密碼及公鑰密碼構建端端傳輸加密模型、運用移位寄存器理論及硬件描述語言(如VHDL、Verilog等)設計簡單的線性反饋移位寄存器等。
自主研究性實驗針對某些普遍的、敏感的信息安全問題和事件,由學生運用所學的知識,提出解決方法和方案,并嘗試進行實現。其主要目的是考察學生對所學知識的理解、掌握和靈活應用的程度及與現實相關聯的能力,培養學生運用信息安全知識解決實際問題的能力。此外,自主研究性實驗可以與學生的社會實踐相結合,選題主要源于社會實踐活動和企事業應用需求,內容涉及安全需求分析、安全產品的選擇與部署、安全評估、安全管理等。如依據所給設備和局域網安全現狀構建網絡防御平臺。
創新實踐則是從更高層次上對學生綜合能力的提升[4]。在創新實踐的實施過程中,我們將其與信息安全競賽相結合,讓學生運用所學的知識參與選題、方案制定、作品設計及其后期的文檔撰寫,并組織專家對作品進行評分和點評。通過創新實踐,學生能夠掌握進行科研活動的基本步驟、方法,并培養其運用科學的方法對未知流域進行探索的能力[5]。此外,通過分組討論及專家點評環節,鍛煉了學生的思辨能力,提升了學生的綜合素質。
2多元化實驗內容
信息安全課程內容豐富,涉及的知識點較多,并且各個知識點之間往往存在著關聯。因此,如何合理的劃分實驗內容及各實驗的順序,直接影響到實驗教學的最終效果。
在選擇實驗內容時,可根據信息安全課程的內容將實驗內容劃分為六大模塊,分別是:密碼學基礎應用實驗、密碼學高級應用實驗、安全協議基礎實驗、安全協議高級應用實驗、系統安全實驗、信息安全新技術實驗。
2.1密碼學基礎應用實驗
密碼學基礎應用實驗主要針對信息安全本科專業,主要包括各類密碼算法的編程實現,重點針對DES、AES及RSA算法的實現進行考查,使學生能夠掌握對稱密碼算法及公鑰密碼算法實現過程中的核心技術,如:S盒的實現、迭代結構的優化實現、大素數的產生方法及模冪/模乘算法的設計等。
2.2密碼學高級應用實驗
密碼學高級應用實驗主要針對信息安全本科專業及研究生專業,主要包括各類密碼算法的硬件實現(與信息安全實驗平臺相結合)、偽隨機序列的產生、密碼算法實現過程中的并行優化(如3-DES算法的實現)及密碼算法安全性分析(如借助工具實現對各種密碼算法的唯密文攻擊、差分攻擊、旁路攻擊)。
2.3安全協議基礎實驗
安全協議基礎實驗主要針對信息安全本科專業,其開設的前提是學生已經完成了密碼學基礎及高級應用實驗,充分理解密碼學相關概念,并掌握了密碼學應用的各種方法及技能。其主要內容包括:基于對稱/公鑰密碼體制的密鑰協商協議的設計、端端加密傳輸協議、數字簽名協議及身份認證協議等。
2.4安全協議高級應用實驗
安全協議高級應用實驗主要針對信息安全研究生專業,其目的在于提高學生利用安全協議知識解決實際問題的能力。其主要內容包括:基于CA的密碼管理協議實現、基于質詢/響應動態口令的認證協議設計、基于時間口令的認證協議設計、密碼協議安全性分析等。
2.5系統安全實驗
系統安全基礎實驗主要針對信息安全本科專業,主要針對系統的安全防護、系統的安全配置及簡單的安全設計等內容,具體實施的實驗包括:防火墻配置實驗、入侵檢測系統的使用、Windows系統安全增強實驗、Linux系統安全增強實驗、安全程序設計實驗等。其中部分內容,如:操作系統內核增強實驗、安全程序設計實驗等也可作為針對研究生的實驗內容。
2.6信息安全新技術實驗
信息安全新技術實驗的主要目的是將當前在信息安全領域所出現的新技術、新方法及時地增加至實驗教學中,增強學生對新技術、新方法的理解及應用能力,其目前在于對信息安全競賽進行人才選拔,并為其積累相關的預備知識。目前,我們在信息安全新技術實驗中主要開設了病毒檢測新技術應用、控制流安全防護設計、信息隱藏技術應用等方面的自主型實驗。
在以上六大模塊中,密碼學基礎應用實驗及密碼協議基礎實驗主要在于培養學生的基本技能及信息安全素養,針對各種經典理論/技術進行驗證,因此其內容相對來說應比較固定。對于密碼學高級應用實驗、安全協議高級應用實驗及系統安全實驗,一方面,由于其具體的實驗內容往往與現實問題相關,因此應注意適時的吸收當前較新的,并比較成熟各種信息安全新技術、新方法,以方式實驗內容過于陳舊,與現實脫節的問題;另一方面,新增實驗內容往往需要對各種方法/技術進行簡化,提取其本質,并制定合理的實驗步驟及最終的實驗結果。同時,過于頻繁的變更實驗內容也不利于教師對于實驗的掌握。因此,密碼學高級應用實驗、安全協議高級應用實驗及系統安全實驗一般應以4―5年為一個周期進行部分更新;信息安全新技術實驗由于主要面向信息安全競賽,因此實驗內容要求較為新穎,內容可由實驗課任課老師、競賽指導老師及研究生導師共同協商后確定,更新周期為兩年。六大模塊間以及與培養對象之間的關系如圖2所示。
3綜合化實驗考核與評估
目前,在實驗課程中往往存在不注重實驗過程,單純通過實驗結果進行實驗考評的現象。這樣往往會造成學生過于注重實驗結果,忽略了很多寶貴的實驗細節,無法培養學生嚴謹的思維能力和扎實的工作作風。因此,必須建立嚴格、全面的考評標準,不放松任何培養學生能力的環節。對于實驗,應該從學習態度、理論水平、實驗技能等方面充分考核學生的能
注:實線表示模塊間的依賴關系,虛線表示模塊與培養對象的對應關系。
圖2實驗模塊關聯關系
力[6]。其中,學習態度考核主要通過學生上課的到課率、遵守實驗室規定及課堂紀律、愛護實驗設備等方面進行考評;實驗技能主要包括實驗操作能力、實驗數據處理能力、步驟完成的準確性、實驗數據的真實性和準確性進行考核;理論水平主要從課前預習、課后實驗分析等方面進行考評。
4結論
通過近5年信息安全實驗課程的實施,我們對課改前后的2006級和2007級信息安全專業本科學生,共138人進行了調查。從專業課程的考試成績來看,改進實驗教學后,學生對于相關理論及知識點理解較充分,成績有較大程度的提高。從隨堂實驗情況和實驗報告完成情況看,學生對課程的學習興趣和發現問題、分析問題、解決問題的能力都有所提高。因此,通過對信息安全實驗教學的改革,達到了調動了學生的學習積極性、培養學生的創新意識、提高教學質量的目的。
參考文獻:
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Research on the Information Security Experiment Course
OU Qing-yu, ZHU Ting-ting, ZHANG Chang-hong
(Dept. of Information Security, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)
關鍵詞:信息隱藏;協作學習;立體化
隨著網絡中信息安全事件的不斷升溫,網絡安全教育也越來越受到高校重視。各大高校紛紛開設該類課程。本校計算機科學與技術、信息工程等專業都相繼開設《網絡與信息安全》、《信息安全》、《信息安全技術》等課程,普及網絡安全知識,提高學生的網絡安全技能,增加網絡安全意識。以《網絡與信息安全》課程為例,課程分配學分為4.0,采用“2+2”模式教學,其中理論2.0為課堂教學和課堂討論課時,實驗2.0為實驗課時,即每周理論2節課,單周理論課時,雙周討論課,實驗課每周2節課。該課程的體系結構如圖1所示。[1,2]
教學過程中的基礎內容
《網絡與信息安全》課程分為三大模塊:①網絡安全基本知識概述。該模塊主要講述了網絡安全的發展和現狀問題,列舉網絡安全問題引發的各種不同影響的案例。②網絡攻擊技術。該模塊主要講述網絡中的一些攻擊現象、攻擊行為以及攻擊工具等。③密碼學模塊。該模塊主要講述古典密碼學和現代密碼學的一些應用,以及信息隱藏技術的一些實際作用等。④網絡防護技術。該模塊主要講述網絡中針對安全的一些防護措施,如防火墻、入侵監測系統等。
以信息隱藏技術為例,該部分內容在整個課程中非常重要,它將一些保密或重要的信息隱藏到另外一個可以公開的媒體之中,如把指定的信息隱藏于數字化的圖像、聲音或文本當中,充分利用人們的“所見即所得”的心理,來迷惑惡意的攻擊者。近幾年來,信息隱藏技術不斷發展,越來越多地應用在生活中,如隱寫術、數字水印、數字指紋、隱藏信道、閾下信道、低截獲概率和匿名通信等,是目前較熱的話題。[3,4]
在課程中這部分內容是整個課程的重點、難點之一,教學過程采用了比較、舉例等方法,課時分配――理論教學:討論:實驗=1:1:2,理論講授以圖1中的知識框架為主線,算法原理及實現方法,討論和實驗結合中軟吉大的網絡信息安全系統進行教學。綜合起來可以把這部分內容分為以下幾部分。
1.信息隱藏位圖法
位圖法目前使用越來越少,但作為一種基礎信息隱藏方法,仍有較高的教學應用價值。該方法作為課程中的一個基本知識點,要求學生掌握它的基本原理,并能通過一個案例,掌握主要運算過程如下:
例如,一幅24位BMP圖像,文件頭和圖像數據由54字節組成,文件頭不能隱藏信息,從第55字節開始為圖像數據部分,這部分可以隱藏信息。圖像數據部分是由一系列的8位二進制數所組成,因為每個8位二進制數中“1”的個數只有奇數或偶數兩種可能性,因此若一個字節中“1”的個數為奇數,則稱該字節為奇性字節,用“1”表示;若一個字節中“1”的個數為偶數,則稱該字節為偶性字節,用“0”表示。我們用每個字節的奇偶性來表示隱藏的信息。
設一段24位BMP文件的數據為:01100110,00111100,10001111,00011010,00000000,10101011,00111110,10110000,則其字節的奇偶排序為:0,0,1,1,0,1,1,1.現在需要隱藏16進制信息4F,由于4F轉化為8位二進制為01001111,將這兩個數列相比較,發現第2,3,4,5位不一致,于是對這段24位BMP文件數據的某些字節的奇偶性進行調制,使其與4F轉化的8位二進制相一致:第2位:將00111100變為00111101,則該字節由偶變為奇;第3位:將10001111變為10001110,則該字節由奇變為偶;第4位:將00011010變為00011011,則該字節由奇變為偶;第5位:將00000000變為00000001,則該字節由偶變為奇。
經過變化,8個字節便隱藏了一個字節的信息,這樣就能很好地將信息隱藏在位圖中了。當然逆向提取隱藏信息需要花費更長的時間。
2.LSB水印提取
LSB(最低有效位)算法是在位圖法的基礎上將輸入的信號打亂,并按照一定的分配規則使嵌入的信息能夠散布于圖像的所有像素點上,增加破壞和修改水印的難度。水印信號嵌入模型如圖2,水印信號檢測模型如圖3。
3.DCT變換域算法
DCT變換域算法是這一類算法的總稱,在它下面的具體的算法會有一些不同。下面介紹一種基于模運算的數字水印算法。該方法將水印作為二值圖像(每一像元只有兩種可能的數值或者灰度等級狀態的圖像)進行處理,依據圖像在進行DCT變換后系數的統計來選取適當的閾值,通過模處理加入水印。此算法的特點是在水印檢測時不需要原始圖像(如圖4)。
模擬主動水印攻擊教學過程
通過基礎知識的學習,學生對信息隱藏技術已經有了一定的了解,為了加深記憶,使知識應用得更好,在這部分課程最后增加了一個模擬主動水印攻擊的教學模塊。該模塊主要應用前期的知識完成。常見的水印攻擊方法有:移去攻擊、幾何攻擊、密碼攻擊、協議攻擊(如圖5)。
通過模擬攻擊實驗,學生對數字隱藏技術有了更深的了解,對各種算法增加了興趣。并在課堂上針對結果展開討論。下頁圖6為實驗模擬攻擊后的有效結果之一。
選用LSB或者DCT進行水印攻擊,測試可以顯示如下頁圖6效果。
教學成效
通過對課程中信息隱藏技術教學的改進,學生對比較難懂的數字水印部分內容有了更深一步的了解。通過改革,不僅充分調動了學生的積極性,培養了自學能力,開發了創新能力,還鍛煉了學生的團隊合作意識和實踐能力。攻擊中涉及算法的選擇、操作的選擇、速度的快慢,學生都能通過團隊合作完成。學生在實踐過程中強烈感受到了成功感和自信感。
結束語
本文以信息隱藏技術內容教學為例,闡述了三種不同的信息隱藏技術的基本知識點,分析了它們之間的關聯性和區別,提高了學生的團隊合作能力和創新思維的培養,加強了學生的學習興趣。此外,本模式將教學與科研能力培養相融合,更多地引發了學生的思考。該教學模式可推廣到其他課程中。
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關鍵詞 食品安全學;實驗信息化;教學改革;創新實踐
中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2013)22-0330-02
The Innovative Practice of the Experiment Informatization Construction and education transformation of Food Safety
WANG Ying 1,2 XU Bing-zheng 1 YAO Di 1 QIAN Li-li 1 ZHANG Li-yuan 1
(1 College of Food Science in Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing Heilongjiang 163319; 2 National Coarse Cereals Engineering
Research Center)
Abstract With the improvement of laboratory procedures and informatization level,the experimental construction informatization was extremely urgent. The experiments informatization construction and education transformation in food safety were mainly analyzed and expounded in this article. Otherwise,some transformation and innovative practice in the school were summarized and shared,in order to provide some references and recommendations for highly qualified food safety professionals of our country.
Key words food safety;experiments informatization;transformation of education;innovative practice
隨著科學技術水平的不斷提高和人民生活質量的不斷改善,人們對食品不再局限于“充饑果腹”及“色、香、味俱全”的傳統要求,而對食品品質提出了更高的要求,其中最重要的,同時也是人們最關心的便是食品安全問題。然而,近年來國內外食品安全事件頻繁,引起了民眾極大的心理恐慌,食品安全現狀形勢嚴峻,因此亟需大批具有食品安全專業知識的人才[1],尤其是食品安全理論豐富與實驗操作技能嫻熟相結合的復合型人才。目前,國內許多大專院校特別是農業院校校針對嚴峻的食品安全問題,相繼設立了食品科學與工程、食品營養與安全、食品質量與安全等相關專業,為國家食品安全戰略的實施培養了高素質專業人才。食品安全學作為該專業的主干課程,是一門知識綜合性以及實踐操作性很強的學科,教學內容廣泛,涉及眾多的學科知識[2]。國內許多院校在現階段的食品安全學教學過程中還多數存在“重理論、輕實踐”的誤區,這勢必直接影響學生今后在食品質量與安全方向的就業、升學深造及科研目標的實現,因此實現食品安全學實驗的高效施教具有現實意義。筆者以“能力提升、系統培養、可視化評價”為指導,將實驗信息化系統引入食品安全學實驗課程,同時采用信息化教學,旨在提高學生學習能動性,培養學生科學的創造性思維,提高學生提出問題并解決問題的能力,同時提高學生實踐操作能力,為培養高層次、高水平和高素質的食品安全專業人才奠定堅實的基礎。
1 食品安全學課程改革目標定位
食品安全學具有多元性、綜合性和應用性等特點[3]。隨著食品安全學相關理論的日益成熟及相關技術的拓展,對食品安全學人才的培養也提出了更高要求。由于課程內容涉及多個學科,知識點豐富,課程實踐性較強,如果沒有新穎的教學內容及手段,學生很容易失去對該課程的學習興趣。這就要求教學過程中要采取多模式實驗教學,發揮學生實驗主體作用,緊跟學科前沿,多學科交叉施教,引入新型教學手段及設備,發揮學生學習積極性,以提高教學效率和學生實驗課堂成功率。采取以學生基本操作技能與創新思維為基礎的培養模式,切實達到培養富有科學創新精神和國際視野的,基礎扎實、知識面寬、實踐能力強、專業素質高的食品安全專業的應用型人才的目標。
2 信息化實驗系統的建立
隨著網絡技術的發展和完善,數字化、網絡化、多媒體化的信息技術越來越廣泛地應用于教育事業,正在逐漸改變著人類的學習和教育方式。把信息技術作為工具手段,與其他教育學科整合,成為課堂教學模式改革的主要發展方向[4]。鑒于新形勢下對食品安全學實驗教學的新要求,食品安全學專業配備了RM6240等生物信號采集系統,大大簡化了實驗室儀器設備,提高了實驗效率,為深化現有實驗和開設新的實驗提供了良好的實驗平臺。但在實際教學過程中,由于實驗室輔助演示計算機等設備陳舊且數目較少,特別是在現場實驗講解教學及實驗模擬方面,劣勢日益凸顯,教學過程中教師不能與學生良好互動,從而浪費了信息化教學資源。
筆者針對目前信息化教學平臺存在的問題,結合多年的教學經驗,輔以多種新型軟件建立起一套開放式虛擬實驗系統,使“教師—課程—學生”三者有機結合在一起。教師在授課之前,將實驗相關理論內容、實驗具體操作步驟及國內外前沿研究等資源以課件形式整合進信息系統;講解過程中,在教師計算機上直接演示各種教學內容和步驟,并把過程實時同步傳送到學生的電腦屏幕上;學生實驗過程中,可以在主機電腦查看各組的結果實時播放,學生邊做實驗邊參照,構建出文字、語音、視頻圖象的互動交流環境,同時學生可以將自己實驗過程中發現的問題上傳至主機共享,在學生相互探討之后教師給出相關解釋;以小組方式開設開放性實驗,教師給予指導后,由學生自己制作教學課件,在計算機主機上操作,共享至每一位學生的電腦,由學生自己操作及講解實驗;在課程規定實驗外,可由學生自行選取感興趣的實驗,作為虛擬實驗在虛擬實驗臺上自行操作[5];學生可以通過系統“留言板”提出對實驗的疑問,同時還可以對指導教師提出建議。
信息化實驗系統與食品安全學實驗課程的結合,實現了師生資源共享,極大地豐富了教學資源,減輕了教師的負擔,節省了實驗時間,提高了實驗效率。通過信息化實驗系統的建立,多學科知識交叉教學,學生能夠更好地將理論與實驗操作結合在一起。教師在施教過程中,能更好地、全方位地了解學生占有資料的信息、實驗過程中存在的問題、學生對知識的需求。食品安全學實驗信息化教學有利于培養學生的鉆研精神、協作精神、創新精神和實踐能力,能充分調動學生的學習積極性,提高其獨立工作能力,這對改變學生的學習和實驗教學方式具有深遠意義。
3 實驗教學改革與實踐
3.1 優化教學內容
食品安全學實驗所包含的內容豐富、廣泛,涉及食品微生物、食品檢測分析、食品化學等多學科知識,又與獸醫學等學科產生交叉。目前,食品安全學實驗課程內容多數仍局限于基本的食源性危害的檢驗,而這些內容大多過于陳舊,并與食品微生物實驗等課程重復,已不能滿足現代社會對食品安全專業人才的要求,浪費了教學資源。由于課時有限,應根據學生的切實需要,參考大量國內外相關材料,編寫實驗指導教材,對食品安全學實驗內容進行優化,選取部分具有代表性的、實踐性強的基礎實驗,提高學生實際動手操作能力。除此之外,增加熱門食品安全問題相關實驗的安排,例如:酶聯免疫吸附試驗(ELISA)、PCR技術快速檢測副溶血弧菌、對硫磷在蘋果中殘留的分析方法、食品中藥殘的快速檢測等。新型實驗內容、設備、技術的引入,極大地刺激了學生學習的積極性和主觀能動性,豐富了學生的專業信息,促進了學生的積極思維,在提高學生實踐能力的同時,對學生科學的創新性思維產生了積極意義。通過對食品安全學實驗內容的優化,為培養社會切實需要的食品安全學專業人才奠定了良好的基礎。
3.2 實驗與講授信息化結合
長期以來,食品安全學實驗教學普遍存在“灌輸式”教學模式,即老師課堂上將理論知識一味地灌輸給學生,實驗過程中,老師從實驗材料的準備到實驗注意事項親力親為,在這種教學模式下,學生缺乏獨立思考機會,一味地以考試為目的而學習,不僅不能掌握基礎理論知識,缺乏實踐動手操作能力,學生學習積極性及創新性思維也受到一定的抑制。這些弊端嚴重限制了食品安全學實驗的教學效果,不符合新型食品安全專業人才的培養要求。為提高教學效果,筆者提倡自主學習及引導性學習,教師在授課以前,結合參考的相關新穎資料、圖片、視頻等多媒體素材并將其應用到教學過程中,使教學過程融科學性和趣味性于一體,為學生創造生動形象的教學氛圍,使知識的傳播更加直觀、便捷。授課過程中,教師適當將部分課程內容交由學生自由查閱資料,學生可以制作幻燈片、現場講述等[6],提高學生自主學習、陳述表達及動手能力。在實驗信息化系統的輔助下,將跨學科的多項相關實驗有機融合,學生自己操作實驗的同時,共享資源,提出問題,自我解決問題,與教師形成互動性教學,真正實現教學“理實結合”。
3.3 開放性實驗設計
隨著教育改革的推進,培養學生的創新意識,鍛煉其社會實踐能力,提高其專業技能已經成為改革的根本目標。食品安全學開放性實驗設計,就是為了將實驗還給學生,由學生針對社會上出現的熱門食品安全問題,確立實驗課題,在教師的一定引導和指導下,由學生自主完成設計和構思,在實驗材料準備、實驗具體操作、實驗結果分析、實驗報告提交的整個過程中,學生占據主體地位。對于實驗條件不夠的課題,學生還可以利用模擬實驗系統,自行設計虛擬實驗。開放性實驗設計,完全采取以學生為主、教師為輔的模式,學生在食品安全學實驗的過程中,不斷地產生、發現、探索新的目標和知識,提高了學生對知識的渴望度,加深了學生對知識的理解和掌握,真正實現了培養學生創新思維、提高專業技能的目標[7]。
3.4 多元化考核
食品安全學實驗課程以往通常單純采用書面考試,忽略了對學生綜合素質的考核,這不僅不能激發學生對自我全面素質的要求,反而會導致學生以題為主,只是單一的考前背誦理論知識,不能對理論知識進行良好的理解與掌握,日常實踐操作更是形同虛設。因此,采取多元化考核方式,即平時成績占50%,實驗操作占30%,開放性實驗占10%,實驗報告占10%。平時成績主要參考學生日常表現,如課堂積極性、出勤率、課堂理論知識測驗、開發性話題的陳述表達[8]等。實驗操作側重于基本操作規范、實驗過程中的討論以及對實驗結果的分析。通過改革考核方式,不僅減輕了學生的考試壓力,還可以引導學生全方面專業素質的發展。
近年來,隨著社會對食品安全專業人才的要求越來越高,各高校食品安全學實驗課程的教育改革取得了一定效果。通過食品安全學實驗信息化建設及課堂教育改革,明顯提升了課程的教學質量,使學生掌握了大量的專業知識,并提高了學生的實際操作技能,真正實現了教學的本質,今后可以成為食品安全專業綜合人才培養的新思路。
4 參考文獻
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[4] 王芳,李濱,郭興啟.農業生物學實驗教學中心網絡信息化平臺系統的構建[J].高等農業教育,2008(4):57-59.
[5] 計紅,王春仁,楊煥民,等.動物醫學機能學實驗室信息化建設與教學改革實踐[J].畜牧與飼料科學,2012(7):41-42.
[6] 梅琳,崔海英,徐斌.《食品安全學》課程教學改革探索與實踐研究[J].考試周刊,2011(90):20-21.
一、教育招生考試中網絡技術的應用
隨著網絡技術的發展,在統一安排和指導下,我區網絡技術在教育招生考試中的應用呈獻出廣泛、透明、快捷、高效、準確等重要特點
二、網絡安全在教育招生考試中的重要性
計算機網絡安全是指利用網絡管理控制和技術措施,保證在一個網絡環境里,數據的保密性、完整性及可使用性受到保護。計算機網絡安全包括兩個方面,即物理安全和邏輯安全。物理安全指系統設備及相關設施受到物理保護,免于破壞、丟失等。邏輯安全包括信息的完整性、保密性和可用性。
三、網絡不安全因素
互聯網是對全世界都開放的網絡,任何單位或個人都可以在網上方便地傳輸和獲取各種信息,互聯網這種具有開放性、共享性、國際性的特點就對計算機網絡安全提出了挑戰。對計算機信息構成不安全的因素很多,其中包括人為的因素、自然的因素和偶發的因素。
1、人為因素
人為因素是指,一些不法之徒利用計算機網絡存在的漏洞,或者潛入計算機房,盜用計算機系統資源,非法獲取重要數據、篡改系統數據、破壞硬件設備、編制計算機病毒。人為因素是對計算機信息網絡安全威脅最大的因素。
2、自然因素
1)網絡技術是全開放的,使得網絡所面臨的攻擊來自多方面?;蚴莵碜晕锢韨鬏斁€路的攻擊,或是來自對網絡通信協議的攻擊,以及對計算機軟件、硬件的漏洞實施攻擊。大多數的網絡對用戶的使用沒有技術上的約束,用戶可以自由的上網,和獲取各類信息。
2)操作系統是作為一個支撐軟件,使得你的程序或別的運用系統在上面正常運行的一個環境。操作系統提供了很多的管理功能,主要是管理系統的軟件資源和硬件資源。操作系統在提供強大功能的同時也存在了大量的安全隱患。其一,操作系統支持在網絡上傳送文件、加載或安裝程序,包括可執行文件,這些功能也會帶來不安全因素。網絡很重要的一個功能就是文件傳輸功能,比如FTP,這些安裝程序經常會帶一些可執行文件,這些可執行文件都是人為編寫的程序,如果某個地方出現漏洞,那么系統可能就會造成崩潰。像這些遠程調用、文件傳輸,如果生產廠家或個人在上面安裝間諜程序,那么用戶的整個傳輸過程、使用過程都會被別人監視到,所有的這些傳輸文件、加載的程序、安裝的程序、執行文件,都可能給操作系統帶來安全的隱患。其二,操作系統可以創建進程,支持進程的遠程創建和激活,支持被創建的進程繼承創建的權利,這些機制提供了在遠端服務器上安裝“間諜”軟件的條件。若將間諜軟件以打補丁的方式“打”在一個合法用戶上,特別是“打”在一個特權用戶上,黑客或間諜軟件就可以使系統進程與作業的監視程序監測不到它的存在。
3、偶發因素
硬件是基礎,在網絡中交換機、路由器、服務器、計算機等這設備存在發生自然損壞、障礙的可能性。如,我市教育招生考試中心在2011年夏某一天中午,出現雷電天氣,機房路由器、交換機和3個辦公室里的計算機都遭到不同程序損壞,還好平時數據都有備份,給招生考試工作沒有造成影響。
四、網絡信息安全的防范
1、應用防火墻,防火墻是一個由軟件和硬件設備組合而成、在內部網和外部網之間、專用網與公共網之間的界面上構造的保護屏障。它是一種計算機硬件和軟件的結合,建立起一個安全網關(Security Gateway),從而保護內部網免受非法用戶的侵入。所以,建議盡量少使用一些來歷不明,或者無法證明它的安全性的軟件。
2、使用認證功能
對合法用戶進行認證可以防止非法用戶獲得對公司信息系統的訪問,使用認證機制還可以防止合法用戶訪問他們無權查看的信息。
3、數據加密
加密就是通過一種方式使信息變得混亂,從而使未被授權的人看不懂它。主要存在兩種主要的加密類型:私匙加密和公匙加密。
1)私匙加密。私匙加密又稱對稱密匙加密,因為用來加密信息的密匙就是解密信息所使用的密匙。私匙加密為信息提供了進一步的緊密性,它不提供認證,因為使用該密匙的任何人都可以創建、加密和平共處送一條有效的消息。這種加密方法的優點是速度很快,很容易在硬件和軟件中實現。
2)公匙加密。公匙加密比私匙加密出現得晚,私匙加密使用同一個密匙加密和解密,而公匙加密使用兩個密匙,一個用于加密信息,另一個用于解密信息。公匙加密系統的缺點是它們通常是計算密集的,因而比私匙加密系統的速度慢得多,不過若將兩者結合起來,就可以得到一個更復雜的系統。
4、加強管理
計算機網絡的安全管理,包括對計算機用戶的安全教育、建立相應的安全管理機構、不斷完善和加強計算機的管理功能、加強計算機及網絡的立法和執法力度等方面。
5、物理安全層面
要保證計算機網絡系統的安全、可靠,必須保證系統實體有個安全的物理環境條件。這個安全的環境是指機房及其設施,主要包括以下內容:
1) 計算機系統的環境條件。計算機系統的安全環境條件,包括溫度、濕度、空氣潔凈度、腐蝕度、蟲害、振動和沖擊、電氣干擾等方面,都要有具體的要求和嚴格的標準。
2) 機房場地環境的選擇。計算機系統選擇一個合適的安裝場所十分重要。它直接影響到系統的安全性和可靠性。選擇計算機房場地,要注意其外部環境安全性、地質可靠性、場地抗電磁干擾性,避開強振動源和強噪聲源,并避免設在建筑物高層和用水設備的下層或隔壁。還要注意出入口的管理。
3) 機房的安全防護。機房的安全防護是針對環境的物理災害和防止未授權的個人或團體破壞、篡改或盜竊網絡設施、重要數據而采取的安全措施和對策。為做到區域安全,首先,應考慮物理訪問控制來識別訪問用戶的身份,并對其合法性進行驗證;其次,對來訪者必須限定其活動范圍;第三,要在計算機系統中心設備外設多層安全防護圈,以防止非法暴力入侵;第四設備所在的建筑物應具有抵御各種自然災害的設施。
網絡安全是一個系統的工程,需要仔細考慮系統的安全需求,并將各種安全技術結合在 一起,才能生成一個高效、通用、安全的網絡系統。
參考文獻: