互联网技术在“入侵检测技术”实验教学中的应用

叶青 闫玺玺 杨晓孟

摘  要： 针对“入侵检测技术”实验课程中存在的实验难度大，设计性和综合性实验难以完成，学生对实验的背景知识不掌握、对实验的应用意义不理解等问题，提出应用微课、网络教学平台、翻转课堂等技术手段对其教学过程进行改进。实践证明，改进后的“入侵检测技术”实验课程，学生的积极性与兴趣能被充分调动，实验思路相对清晰，动手动脑能力得到明显提升，实验教学效果得到显著改善。

关键词： 入侵检测; 微课; 网络教学平台; 翻转课堂; 教学改革

中图分类号：G642          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）06-98-04

Abstract： For the problems existed in the experiment course of "Intrusion Detection Technology" that the experiment is difficulty， the designing and comprehensive experiments are hard to complete， and students can't understand the background knowledge and the application significance of the experiment， this paper proposes to improve the teaching process by using micro-lecture， web-based teaching platform， flipped classroom and other technical means. Practice has proved that the improved "Intrusion Detection Technology" experiment course can fully mobilize students' enthusiasm and interest in leaning， put their experimental ideas into shape， significantly improve their ability of using hands and brains， so that the effect of experiment teaching has been significantly improved.

Key words： intrusion detection; micro-lecture; web-based teaching platform; flipped classroom; teaching reform

0 引言

第十二屆全国人民代表大会第三次会议上，李克强总理在政府工作报告中提出了发展“互联网+”的计划[1]，目的在于将互联网的创新成果与社会各行业跨界融合，推动各领域技术进步，改变各领域的工作模式及提升劳动生产率。高等教育也不例外，在“互联网+”时代，主动构建“互联网+高等教育”创新模式，以“互联网”思想对高等教育的观念、内容、手段、方式等诸多方面进行全方位渗透，有利于提升高校的教学效果，有利于高校向社会输出高质量人才。

入侵检测技术[2-4]是许多高校网络安全专业重要的专业课程，在我校作为网络工程专业本科生的必修/选修课程，在大三下学期或大四上学期开设。该课程涉及到的知识点主要包括入侵检测的概念与系统模型、常见的入侵方法与手段、误用与异常入侵检测系统、主机入侵检测系统（HIDS）、网络入侵检测系统（NIDS）、入侵检测系统的标准与评估、入侵检测系统的应用等。我校网络工程专业2013年和2016年的培养方案中，该课程都被安排32学时，其中实验8学时。入侵检测技术这门课程的特点是实践性较强，对于这门课理论方面的知识点及相关原理，大部分高年级的网络安全专业的学生，通过自学也基本能够掌握，但是对于这门课的实验部分，同学们普遍感觉难度较大，需要有经验的老师悉心指导。目前我校在入侵检测实验方面存在的问题是学生普遍感觉实验难度大，验证性实验基本可以完成，设计性和综合性很难完成，而且学生对实验的背景知识不掌握，对实验的应用意义不理解。

1 问题分析

分析学生在入侵检测技术实验课存在上述问题的根本原因在于：传统授课模式下，在实验课堂上，首先教师要详细讲授实验原理及预备知识、实验目的和实验内容，然后再让学生操作实践。因此，学生真正动手做实验的时间非常有限，教师关于相关预备知识的讲解将占用大量实验课时间。动手能力强的学生勉强可以得出实验结果，也没有时间将实验知识进行扩充领会。动手能力弱的学生实验都没能做完，就更没有精力对实验进行总结、领会。

因此，要想解决上述问题，必须借助“互联网+”教学技术手段、教学方式改变传统的实验课授课模式。

2 “互联网+”在入侵检测技术课程实验教学中的应用

为了兼顾对学生各种技能的培养，平衡实验深度和广度的关系，同时还考虑到实验室的现有条件，共设计了验证型、设计型、综合型三种类型的实验[5]。实验硬件环境为PC机、简单局域网，软件环境为Windows/Linux操作系统。验证型实验主要目的是让学生对现有入侵检测相关的软件工具，学会下载、安装、配置和使用。包括各种攻击实验，例如漏洞扫描、口令破解、缓冲区溢出攻击、拒绝服务攻击等实验，以及Windows/Linux操作系统下入侵检测相关软件的安装与配置实验，包括Tripwire、OSSEC等主机入侵检测系统以及TcpDump、Snort等网络入侵检测系统。设计型实验主要是为了增强学生的动手及设计能力，培养学生将所学专业知进行综合应用的能力，包括：Windows/Linux操作系统日志获取和分析、网络数据包的捕获及协议分析等实验。综合型实验的目的是培养学生的应用能力、工程能力和综合能力。给学生一些具体应用环境，包括内网环境、企业网环境、校园网环境等，给出一些具体的要求，让学生自己用snort搭建一个真实的入侵检测系统，根据需求编写具体的规则，进行规则的配置，并进行正确性测试。设置的具体实验项目见表1。

2.1 微课的应用

微课[6-8]具有“短、小、精”等特点，能够弥补课堂教学的缺陷，拓宽课堂教学的时空，实现自主学习，提高学生学习效果。教师将重点知识点录制成小视频的形式通过微信、微博等工具传播，学生可以在手机、平板、个人电脑上随时随地学习。微课模式新颖，与多媒体技术相结合，大量的图片、音视频资料能牢牢吸引住学生注意力，让学生对所学内容感兴趣。另外，微课有助于学生课后复习，学生如果对课堂内容有不明白的地方，随时随地都可以回顾课堂内容，加深对课堂内容的理解。

将课堂上没有时间细讲，而又影响到实验能否成功的知识点录制成小视频，例如Linux操作系统、Tripwire和OSSEC主机入侵检测系统、漏洞扫描、缓冲区溢出攻击等。另外也可将一些实验的扩展性内容录制成视频，例如Linux操作系统在信息安全方面的应用现状及前景、Snort入侵检测系统的应用现状与前景、企业网与校园网对安全需求的区别等。

2.2 网络教学平台的应用

为了弥补传统教学方式的不足，提升学生的学习效果，我校2014年上线了网络教学平台[9]（见图1），目前网络教学平台包括课程管理、教学资源、教学活动三大模块。其中，课程管理模块包括教师信息、课程大纲、教学日历及课程通知等几项内容，学生可以在课程学习前通过网络教学平台了解授课教师相关信息和课程相关信息，任课老师也可以使用课程通知模块发布一些重要的通知。教学资源模块包含了该课程的所有教学资料，通常包括多媒体课件、案例、图片、视频等，是网络平台的主体。教学资源应根据授课进度逐步开放，供学生下载使用。教学活动模块是网络教学平台上最活跃的板块，包括课程作业、在线测试、课程问卷、答疑讨论等单元。任课老师可以发布课程作业，也可以通过在线测试、课程问卷等方式及时了解学生对课程内容的掌握程度，并根据学生的反馈情况，及时调整授课进度和形式，提高授课质量。学生则可以利用答疑讨论模块将课程中的疑问通过在线的方式与授课老师探讨。

将微课小视频上传至网络平台，学生可以在实验课前、实验课堂上和课后观看，有利于学生提前熟悉相关背景知识、实验原理和技术手段，有利于学生实验课上随时查看，也有利于学生课后巩固复习、扩展延伸。将实验大纲、实验要求上传至网络平台，有利于学生提前了解实验的重点难点，从而提前查找难点问题的解决方法，有利于加快实验演练速度，提升实验质量。实验课后教师在网络平台上布置思考题，并进行课后答疑，有利于充实、完善实验课的教学内容，提升实验教学效果。

2.3 翻转课堂的应用

翻转课堂[10]是指学生课下完成知识的自主学习，而课堂变成了老师与学生之间互动的场所，主要指教师为学生答疑解惑，引导学生对知识进行运用以及学生之间相互讨论等，以达到更好的教育效果。“互联网+”时代，“翻转课堂式”教学模式变得现实和可行。学生不必再单纯地依赖授课教师教授知识，可以通过互联网去使用大量的优质教育资源。教师也不再是单纯的知识传授者，教师更多的责任是去理解学生的问题并引导学生去运用知识。

入侵检测技术实验课程中的的实验原理、实验背景知识及意义这部分内容适合放在课下学习，学生通过一定的预习，提前了解实验的重点和难点，并制订一定的解决方案，而实验课堂上，首先指导老师应针对学生的重、难点问题进行讨论解决，然后留出大片时间让学生实验演练。

将微课、网络教学平台、翻转课堂三种技术手段应用于入侵检测技术实验课程教学，教师的实际教学过程见图2。

3 “互联网+”在入侵检测技术课程实验教学中应用效果

借助微课、网络教学平台、翻转课堂等技术和手段，入侵检测技术实验课程的课前预习，课上演练和课后讨论答疑均得到全面的提升。

⑴ 学生完成实验的平均时间大大缩短，实验的平均质量得到提升。

大部分学生都能做到课前认真预习，有了课前预习的基础，学生在课堂上就比较容易理解实验项目的原理以及实验操作步骤中的重点与难点，再经过实验课首先与老师就重点与难点问题进行讨论，学生完成实验的平均时间有效缩短，且实验质量得到提升。

⑵ 学生的动手动脑能力得到提升。

传统实验大多是演示性和验证性实验，每个实验项目的原理、目的、步骤都写得非常具体，这样的实验缺陷是留给学生分析思考的余地很少。一些设计性、综合性的实验则由于专业化程度较高、实验课上有效演练时间短等原因，很难开设成功。而借助于微课、网络教学平台、翻转课堂等手段，学生可以在实验课之前，针对给定的实验题目，查阅网络教学平台上给出的资料，同时借鉴类似实验项目的经验，分析实验原理，并制定操作方法和步骤，再经过实验课堂上就预习过程中的难点问题与老师讨论后，动手进行实验并观察和记录实验现象、研究实验过程中发现的种种问题，着重对实验结果进行分析和研究。这样能够有效发挥学生的动手能力和创造性思维，调动学生学习的主动性。

很多同学对实验课程产生了浓厚的学习兴趣，对实验的背景知识以及应用意义加深了理解。

一些学生在阅读了平台上的补充资料后进行思考，有了自己的想法，然后在教学活动模块与老师互动，学习兴趣明显增强;有了提前对实验相关知识的预习，学生对实验的背景知识，以及应用意义有了更深刻的理解，有利于知识的延伸与扩展，实验项目的开设起到了抛砖引玉的作用。

以河南理工大学网络工程专业2015级、2016级本科生为例（共3个班，合计90人），图3展示了普通实验教学方式（2015级）和“互联网+”实验教学方式（2016级）下，学生实验成绩的变化情况。

4 结束语

随着互联网和移动智能终端的高速发展，基于微课、网络教学平台等翻转课堂教学模式的融合创新必将在高校教学改革实践中产生深远的影响。入侵检测技术是高校网络安全专业一门重要的专业课，本文针对入侵检测技术实验课程存在的学生感觉实验难度大，设计性和综合性实验难以完成，对实验的背景知识、应用前景不了解，对实验的意义理解不透彻的问题，用微课、网络教学平台、翻转课堂等方式对入侵检测技术实验课程教学过程进行改进。实践表明，改进后的入侵检测技术实验课程教学效果得到明显改善，学生充分调动积极性与兴趣，实验思路相对清晰，提升了动手动脑能力，符合当前“互联网+”背景下的教学需求。

参考文献（References）：

[1] 国务院.国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见[J].实验室科学，2015.28（4）：9

[2] 周雪梅，周燕，郭春等.入侵检测技术课程教学模式探索[J].现代计算机（专业版），2018.26：57-59

[3] 李妩可，黎元，颜宁.大数据技术在网络入侵检测的应用[J].科学技术创新，2018.26：79-80

[4] 梁海军.试析入侵检测技术在网络安全中的应用[J].电脑知识与技术，2017.35：60-61

[5] 刘凯.“入侵检测技术”课程实验教学的设计与研究[J].计算机教育，2009.10：139-142

[6] 张琪.“互联网+”时代《英语基础写作》微课资源的研发[J].高教学刊，2018.21：51-56

[7] 施佳景，张明霞.大学生创作微课的实践与思考[J].中国教育技术装备，2018.18：99-101

[8] 杜丽娟，陈永，袁芳等.浅谈基于微课的翻转课堂在《无机与分析化学实验》课程中的应用[J].轻工科技，2018.34（11）：141-144

[9] 范志强，姚静.网络教学平台在大学物理实验课程中的应用与实践[J].高教学刊，2018.19：100-102

[10] 马行空，付绍静，赵文涛等.翻轉课堂教学在网络安全程序设计课程中的应用[J].计算机教育，2016.5：68-71

收稿日期：2019-01-03

作者简介：叶青（1981-），女，辽宁营口人，博士，讲师，主要研究方向：信息安全与密码学。