基于混合式教学的《防火墙原理与技术》课程教学的改革与实践

叶青　闫玺玺　秦攀科

【摘 要】针对信息安全专业《防火墙原理与技术》课程的基本特点，分析了目前《防火墙原理与技术》课程教学模式存在的缺陷。阐明混合式教学模式的重要意义，并从课堂教学、实验教学、网络教学、考核方式等方面完成混合式教学模式下《防火墙原理与技术》课程内容的设计。实践证明，应用混合教学模式，学生的自主学习能力、解决问题的能力及知识应用能力均有明显提高。

【关键词】混合式教学；防火墙原理与技术；网络教学平台；教学改革

0 引言

今天，大多数企业会组建一个私有的计算机网络来互联企业内部的计算机系统，由于企业业务的需要、通讯的需要以及资源共享的需要，这个私有网络常常需要连接到公共网络Internet。而接入公共互联网在带给人们诸多便利的同时，也带来了数据窃取、非授权访问、网络攻击等网络安全问题。为了保护个人和企业的网络安全，通常会部署防火墙，IDS和防病毒系统等以保护其内部网络资源和数据免受外部的恶意攻击。防火墙是保护内网安全的第一道闸门，它是在不同网络（如可信任的企业内部网络和不可信的公共网络）或不同网络安全域之间的一系列部件的组合。它是不同网络或网络安全域之间信息的唯一出、入口，能根据网络安全策略控制（转发、拒绝）出入网络的信息流。

《防火墙原理与技术》是我校信息安全专业本科生必修课程，同时，也是许多高校信息安全专业必修或选修专业课程。该课程理论知识概念多、涉及面广、实践性也较强。该课程的教学目的是使学生了解防火墙的基本原理、实现技术、开发标准以及应用实例，提高防火墙技术应用水平，提高网络安全意识与安全防护能力。目前该课程广泛采用的是在多媒体教室讲授和计算机机房上机实验相结合的教学模式，在当前的互联网背景下，这种教学模式显然不能满足教学需要，学生感觉上课枯燥无味，不能主动参与，只能被动吸收，久而久之，学生会缺乏主动性、创造性且实践综合应用能力较弱。尝试将“线上”和“线下”相结合的混合式教学模式应用到《防火墙原理与技术》课程的教学中，实现学生利用网络教学平台自主辅助学习和课堂教学相结合的学习模式。实践证明，此教学模式取得了良好的教学效果。

1 混合式教学模式的意义

2004年，何克抗教授首次正式提出混合式教学（B-Learning），所谓混合式教学就是要把面对面教学和网络教学相结合，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。国际教育技术界普遍认为，只有将面对面教学与网络化教学结合起来，使两者优势互补，才能获得最佳的学习效果。具体地讲，B-learning的优点如下：

1）扩张学习空间和机会

单一的学习方式不可避免地会限制一个学习项目的学习者，比如，课堂教学方式只限于那些可以在固定时间、固定地点参与学习的人，但虚拟课堂却可以使一些远距离的学习者也能参与进去，当传播的知识可以被记录、下载或能重播时，那些不能在某个时间参与学习的学习者就可以在其他时间学习。

2）提高学习效率

混合式教学方式比单一的教学方式能够取得更好的教学效果。斯坦福大学和田纳西大学的研究表明，混合教学策略会提高学习效率，完成相同的学习目标，混合教学只需传统教学时间的50%。实践证明，混合式学习成功的案例有很多，使用混合式学习的学生，学习方式更灵活性，自主性更强，学习兴趣也更浓厚。首先课前在线预习、提出问题，然后面对面进行课堂讲授解惑，最后课后通过录制的课堂视频进行复习，学习效果大幅提高。

3）混合式学习可以平衡和优化学习时间、费用

如果使用纯粹的在线学习，自定步调的学习，或者多媒体软件的学习，这样花费是很庞大的，因为这需要各种技术和资源的支持。并且纯粹的在线学习，学生对于重点、难点内容，理解不够清楚，学习效果不好，学习花费的时间也较长。如果采用混合学习方式，结合面对面的教师指导和自定步调的学习，这样就可以平衡和优化学习所花费的时间与费用。

2 混合式教學模式的探索与实践

所谓混合式教学（Blending Learning），就是要把面对面教学和网络化教学（E-Learning）结合起来，其中，E-Learning内容所占比例为30%～79%。近年来，我校引进了Sakai（赛课）网络教学平台，该平台包括课程资源共享、在线考试、在线作业、在线讨论等多种教学辅助功能，为学生自主学习提供了一个很好的平台。我校的《防火墙原理与技术》课程共安排32学时的教学，其中理论教学24学时，实践教学8学时。下面借助Sakai网络教学平台，以《防火墙原理与技术》课程为例，从面对面教学（课堂教学+实验教学）、网络教学、考核方式三个方面探讨混合式教学的教学内容设计。

图1 河南理工大学Sakai网络教学平台

1）面对面教学（课堂教学+实验教学）

第一部分防火墙基础，安排6学时。主要包括防火墙在网络安全防护中的地位和作用、防火墙定义和功能、防火墙技术、防火墙体系结构、防火墙的局限性和发展等内容。这是学生第一次接触防火墙课程，教学内容切忌枯燥，应通过一些生动的实例来抓住学生的注意力，从而引发学生对该课程的学习兴趣。比如通过古代人用防火墙来防止火势蔓延来引出防火墙的定义，比如通过“棱镜”事件引出防火墙在保护内网安全方面的重要作用。教师在讲授这一部分内容时可多借助图片、音频、视频等多媒体手段突出防火墙在网络安全技术中的重要作用，帮助学生理解防火墙的包过滤技术和代理技术的区别及优缺点。这部分内容的重点是防火墙的作用及防火墙技术，而难点是防火墙技术，这两方面应作为课堂讲解的必要内容，其他内容教师则可以让学生通过网络教学平台自学研究，只对所提问题进行课堂讲解。

第二部分防火墙标准，安排4学时。主要包括防火墙的功能要求、性能要求、安全要求、保证要求、防火墙的功能测试、性能测试等内容。由于这部分内容涉及到防火墙的各方面标准，如果单纯地依靠课本讲解，就会显得枯燥乏味，学生缺乏兴趣，无法掌握学习重点。在进行此环节时，可以采用更为灵活的方式，例如可以将学生分（下转第72页）（上接第92页）为若干组，教师为每组学生提供相关的参考资料，由学生研究相关内容并进行重点知识的讲解，充分调动学生的主观能动性。这部分内容的重点在防火墙的功能要求、性能要求、防火墙的功能测试，难点是防火墙的功能测试和性能测试，重点和难点内容及学生提出的公共问题，教师必须在课堂上进行讲解。

第三部分防火墙实现，安排8学时。主要包括：Windows平台上个人防火墙实现技术、基于SPI的简单防火墙实现、基于NDIS的简单防火墙实现等内容。这部分内容的特点是实践性比较强，编程量大，只依靠课堂讲解学生很难全部理解，因此应辅以实验教学。我们安排了两次实验：一是Windows平台个人防火墙实现（3学时），二是基于NDIS的简单防火墙实现（3学时）。这部分内容重点是：Windows平台上个人防火墙实现技术，难点是Windows平台上个人防火墙实现技术和基于NDIS的简单防火墙实现，这两部分内容除了课堂上必须讲解，授课教师也应设计相关实验内容上传至网络教学平台，供学生自主学习和实验用。

第四部分防火墙应用，安排6学时。主要包括个人防火墙应用、开源防火墙Linux iptables应用、商业防火墙产品及选购、商业防火墙应用等内容。此部分内容的特点是既包括理论性强的内容，也包含实践性强的相关内容，所以教师在理论教学同时，应同时注意课堂实践操作，帮助学生消化理解。我们安排了一次实验，开源防火墙Linux iptables实验（2学时）以强化理论教学效果。个人防火墙应用、开源防火墙Linux iptables应用既是此部分内容的重点也是难点，应作为课堂教学的主要内容。

2）网络教学

对于课堂上没有讲到的内容或者课堂内容的延伸，可以通过网络教学平台进行辅助教学。课前，授课教师需要将要讲解内容的PPT、资料等上传至网络教学平台，由学生进行自主研究学习。《防火墙原理与技术》这门课知识点多且较零散，学生经常出现课上掌握，课下忘记的现象，因此，教师应把上课的内容录制成视频的形式，通过网络教学平台发布出去，学生可对课堂上的内容进行巩固与复习。另外，课后思考题、作业等也要上传至网络教学平台。

3）考核方式

考核方式是对一教学过程的教学效果的一种评价方式。传统的教学考核方式以笔试为主，混合教学形式由于综合了多种学习活动，所以考核方式也更为复杂、多样化，既包括考试考核，也包括网络教学平台的相关考核，例如学生网络平台的学习时间、作业完成情况、学习讨论情况等等，均可作为最终成绩的一部分。我们在考核《防火墙原理與技术》课程时，考试成绩占总成绩的50%，实验成绩占20%，网络平台情况占30%，以督促学生加强使用网络教学平台，提高学生自主学习研究的能力。

3 结束语

《防火墙原理与技术》是高校信息安全专业一门重要的专业课，本文针对该课程目前面对面教学模式的缺点，结合本校信息安全专业教学的实际，探讨了基于混合教学模式的课程教学内容的设计。实践证明，应用混合教学模式后，大部分学生的自主学习能力、解决问题的能力及知识应用能力均有明显提高。

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[责任编辑：田吉捷]