大规模在线开放实验初探——以网络安全为例

朱建忠

（福建广播电视大学 电子信息与计算机系，福建 福州　350013）

大规模在线开放实验初探——以网络安全为例

朱建忠

（福建广播电视大学 电子信息与计算机系，福建 福州350013）

大型开放式网络课程（MOOC）近年来倍受瞩目，MOOC的教学形式对理论知识型课程教学比较合适，但对众多理论与实践结合紧密的课程，采用MOOC教学就存在一定的困难，其关键难度主要在实践教学部分。为了解决MOOC在实验与操作教学方面的困局，我们提出了大规模在线开放实验（MOOE）的概念。本文比较系统地阐述了MOOE的定义、特点、功能及应用场景，并总结了MOOE在网络安全实验中的优势。

MOOC；在线实验；MOOE；网络安全

大型开放式网络课程（Massive Open On line Courses，简称MOOC）自2012年兴起后日益受到瞩目。人们为此将2012年称为大型开放式网络课程元年。MOOC具有工具资源多元化、课程易于使用、课程受众面广、课程参与自主性强等特点。从教学形式来说，主要有视频讲授、在线答疑、在线测验等［1-4］。

MOOC的教学形式对理论知识型课程教学比较适应，但众多理论与实践结合紧密的课程采用MOOC教学就存在一定的困难，其关键难度主要在实践教学部分。拿计算机相关专业的课程来说，学生在学习过程中必须大量动手进行实践操作，才能理解、掌握，并学会运用所学知识。所以采用MOOC进行理论与实践结合紧密的课程教学时，成功的做法应该是 “线上理论教学，线下实验教学”，比如加州圣何塞大学在《模拟电路》课程上使用麻省理工学院的在线课程，学生在课堂的时间仅用于做实验和答疑。也就是说，理论与实践结合紧密的课程难以通过MOOC实现真正的 “网络教学”［5-7］。

一、MOOE的定义

为解决MOOC教学在实验与操作教学方面的困局，我们提出MOOE的概念。MOOE（Massive Open On line Experiments）是“大规模在线开放实验”的英文简称，是一种全新的实验模式。MOOE采用虚拟化、软件定义网络（Software Defined Network，SDN）等技术，能快速构建复杂度高、隔离性强的各种实验环境，以解决传统实验室在时间、空间与实验内容等方面的限制。MOOE与现行MOOC模式紧密结合，才能真正实现大型开放式网络教学。

MOOE让实践和实验跨入Internet时代，我们不再将实验室局限在一个封闭的空间中，让实验室跨入Internet时代。在Internet实验室时代，学时、空间、内容都不再是制约我们的问题。

二、MOOE的特点

MOOE既然名为“大规模在线开放实验”，其特点主要体现在：

（一）大规模

MOOE的“大规模”体现在参与者、应用范围、实验容量三方面。

1.大规模的参与者

MOOE大规模的参与者体现在：几乎所有的教师、学生和网络安全爱好者都可以使用MOOE所提供的服务。这在传统模式上是不可能实现的。

2.大规模应用范围

MOOE的大规模应用范围指各类学校、广阔的地域、广泛的行业领域，以及各种类型的教师和学习者。MOOE将实现校际之间、社会与大学之间的师资互动，让以前封闭在传统实验室内的精品课程、重点实验室、教学名师所拥有的资源成为网络教学的典型资源，让企业专家、行业业务精英及他们的实践经验成为网络教学的有力补充。象牙塔内深厚的理论基础、前沿的研究成果，与企业、社会的最新实践经验、最新产品应用、最新真实事件与数据等相结合，使MOOE平台与传统实验室相比，具有内容全面、知识新颖等明显优势。

3.大规模实验容量

MOOE大规模的实验容量主要体现在两个方面：实验内容能覆盖相关专业的全部知识点，同一知识点的实验将有不同的实验设计。MOOE首先参照相关课程体系的设计，分解出所需覆盖的知识点，根据知识点设计一套完整覆盖所有知识点的实验，供学习者按照专业学习流程选择学习。在MOOE实际教学过程中，各类教师可根据自己的经验设计更加有效的实验，充实到MOOE平台中，这就使MOOE的实验容量不断得到扩展，使MOOE所包含的实验能更加全面地覆盖相关专业的所有知识点。

（二）在线

传统实验室的主要缺陷在于场地受限、学习者规模受限、实验操作时间受限、实验设计分享受限等。MOOE通过互联网服务模式使任何实验参与者（Anyone）能随时（anytime）、随地（anywhere）进行实验设计、实验教学、实验操作。

当然，MOOE如果与MOOC有机结合，其在线服务范围也将与MOOC同步。当MOOC在校园网络、区域或行业网络、广域网络等不同环境应用的同时，MOOE可同步部署和应用。由于MOOE采用了虚拟化与SDN等纯软件的技术，无论何种网络形式的部署和应用，都将能解决传统实验室场地受限、学习者规模受限、实验操作时间受限、实验设计分享受限的问题。

此外，MOOE的在线服务模式还将带来实验过程实时监控、实验结果及时验证、师生随机教学互动、学生在线交流讨论等便利。

（三）开放

MOOE的开放首先体现在无论是教师还是学生，只要有网络访问权限，即可使用MOOE。也就是说，MOOE是一个开放使用的平台。同时MOOE还是一个教学经验和教学成果积累、检验、推广的开放平台。

通过MOOE平台，在实验环境设计时，教师可使用MOOE平台提供的各种不同的主机和网络设备模板，通过可视化图形界面搭建实验所需的网络环境，如果实验所需的主机、设备在软件环境或参数配置方面有特殊的要求，MOOE还可根据需要进行相关设置。教师也可将自主收集或设计的工具提交到工具箱中。也就是说，MOOE平台是一个教师个性化课程设计、实验设计的平台。这些具有特色的课程、实验必将在MOOE平台中受到广大学习者的检验，那些内容新颖、设计合理、方式独特的课程和实验，将得到学习者的认可与肯定。

（四）网络安全实验之MOOE的特点

由于采用虚拟化与SDN等纯软件的技术构建实验环境，且以互联网服务形式提供应用，因此，网络安全实验之MOOE具有如下特点。

（1）随时随地学习，不受学时、场地限制。

（2）内容新颖全面，不受教材、课程限制。

（3）多组并行实验。实验环境相互隔离，多组学员可以并行实验，互不干扰。

（4）创新积淀推广。可定制实验与课程，便于教学创新、成果积累、成果推广，是教学名师、精品课程、经典实验的大舞台。

（5）自主个性学习。以学生为主导，倡导个性化学习。

（6）实时教学互动。MOOE实验室既是教学与学习的平台，又是经验交流与互动的平台。

三、MOOE的功能

按模块划分，MOOE的功能主要包括三个模块。

（一）教师业务模块

主要实现课程设置、实验设置、实验过程监控、实验结果考评、教学互动、实验定制、资料工具管理、学生成绩管理等功能。

（二）学生业务模块

主要实现学习课程选择、学习计划安排、实验知识预习、实验操作、实验结果提交、学习笔记管理、学习成绩查询、答疑与交流等功能。

（三）管理员业务模块

主要实现用户管理，课程与实验库管理，实验模板管理，环境资源管理，讨论组管理，以及教师、课程、实验推介管理，学生排名管理，热点话题管理，新闻管理等功能。

四、应用场景

大规模在线开放实验MOOE具有广泛的应用，主要应用场景有：

（一）虚拟实训室

为高校计算机专业及IT培训机构学生提供动手实验的虚拟环境，将传统实验环境放入虚拟机中运行，如图1所示。这样不用购置大量硬件设备，实验环境快速创建，每个学生独享一套实验环境，实验管理更加灵活高效。

如国内的合天网安实验室（http：//erange. heetian.com/），就是一个支持在线实验的信息安全学习服务平台。它就是通过MOOE的形式，为广大网络安全爱好者提供实验服务。

（二）开发测试环境

将常用的软件及Web测试环境制作成虚拟机模板，根据需要创建测试虚拟机，如图2所示。这样可以节约测试所需硬件设备，测试环境快速创建，硬件资源利用率提升，测试及问题重现效率提升。

（三）企业IT环境

将企业业务应用（邮箱、CRM等）放入虚拟机，云实验室方案对物理及虚拟资源进行管理，如图3所示。这样可以节约服务器资源，提升IT资源管理效率，易于数据备份和业务管理，利用虚拟化保证业务持续性。

五、MOOE的优点

（一）MOOE实验室，学时不再是限制

有限的学时极大地限制了学生动手操作的时间，在线实验室，让学生在自习室、在宿舍，随时随地做实验，学时不再是限制。

图1　虚拟实训室

图2　开发测试机房

图3　云计算实验室

图4　 MOOE之网络安全课程

（二）MOOE实验室，实验教室不再是限制

有限的实验空间极大地限制了学生动手操作的空间，在线实验室，让实验教室空间无限大，多少学生都可以来。

（三）MOOE实验室，实验内容不再陈旧

我们不会再让学生学习十年前的老内容，而对身边层出不穷的新事物视而不见。在线实验室，让学生及时捕获网络安全的知识脉搏。

（四）MOOE实验室覆盖主流网络安全、信息安全实验课程

遵循教学大纲要求，MOOE实验室提供计算机病毒、防火墙、网络安全与防护、网络对抗等多门课程实验环境，满足学生课程学习要求，如图4所示。

六、结束语

总之，大规模在线开放实验（MOOE）让实践和实验跨入互联网时代。MOOE更加注重对课程内容的动手及实践能力，在线学习和实验，可以随时随地进行，使得学员可以全面应用并掌握相关课程里面的知识。因此，对于众多理论与实践结合紧密的课程如网络安全技术等课程来讲，只有把MOOE与现行MOOC模式紧密结合，才能真正实现大型开放式网络教学。

［1］M Mitchell Waldrop.Massive open online courses are transforming higher education and providing fodder for scientific research［J］.Nature，2013，（495）：160-163.

［2］Zhai Xue song，Lin Li lan.Research into Development Dilemmas of MOOC in China’s Higher Education and Its Countermeasures［J］.Academics，2014，（3）：262-268.

［3］杨元元.MOOC时代的教学模式革新［J］.大学教育，2014，（4）：49-51.

［4］莫甲凤.MOOC时代如何提升大学教师教学能力［J］.中国地质大学学报（社会科学版），2014，（5）：129-133.

［5］李山山，陈永强，刘敬晗，全成斌.MOOC时代下的计算机实验教学探讨［J］.计算机教育，2014，（7）：103-106.

［6］徐明，龙军.基于MOOC理念的网络信息安全系列课程教学改革［J］.高等教育研究学报计算机教学，2013，（3）：16-19.

［7］卢有亮.嵌入式操作系统课程MOOC实践［J］.实验技术与管理，2014，（4）：200-202.

First Exploration on Massive Open Online Experiment——Taking Network Security as the Example

Zhu Jianzhong
（Fujian Radio&Television University，Fuzhou，Fujian，350013）

Massive open online courses（MOOC）have been focused in recent years.MOOC’s instructional mode is appropriate to theoretical knowledge courses’teaching，but it is difficult for many courses whose theories and practices are combined closely，and the key difficulty is the practice teaching mainly.In order to solve the MOOC’s predicament in experimental and operational teaching，massive open online experiments（MOOE）’concept has been proposed.This paper systematically formulates the definition，characteristics，functions and application scenarios and summarizes MOOE’s advantages in network security experiment.

MOOC；online experiments；MOOE；network security

G434

A

1671-2862（2016）01-0013-04

2015-09-14

本文系福建广播电视大学课题“大规模在线开放实验MOOE之网络安全”（课题编号：KY14013）的研究成果。

朱建忠，男，福建仙游人，硕士，福建广播电视大学电子信息与计算机系副教授，研究方向：网络信息安全、数字水印等。