云计算与云安全课程建设方法的探索与实践

于程程 蒋文蓉 闫季鸿

摘  要：目前云计算技术发展迅速、安全问题日益严重，云计算与云安全方面的人才急需，云计算与云安全课程在高校的建设需求日益突出。该文从课程选材、教学内容、教学方法、考核方式等方面阐述云计算与云安全课程的建设方法。该课程继承了传统云计算课程的基本要求，同时还结合了云安全及相关新兴技术等内容模块。此外，创新地使用了实地考察、产学研合作等模式丰富课程的教学内容与方式。

关键词：云计算  云安全  课程建设  实地考察  产学研

云计算是计算机科学与工程中迅猛发展的新型学科之一，也是计算机应用中十分活跃的重要领域。目前，中国云计算与云安全方面人才紧缺，云计算相关职业增长迅速。因此，全国高校都在根据自身实际情况开设云计算相关课程，培养云计算方面的专业人才。同时，云计算相关技术正处在高速发展的过程中，这对高校培养高素质、创新型人才提出更高要求。

云计算是分布式处理、并行计算、网格计算与虚拟化等多项传统计算机技术发展融合的产物。随着越来越多的企业将服务部署在云端，云安全问题至关重要。云计算与云安全课程正式在这种背景下在上海第二工业大学建立起来的。该课程旨在学生了解云计算基础及掌握相关技术原理和方法，熟悉云安全技术体系及相关技术，并创新地引入区块链、人工智能新兴云服务等前沿技术知识，采用理论与实践相结合的方式，锻炼学生的动手能力，加深其对理论知识的理解。

云计算相关课程建设的研究[1-2]归纳了较为全面的课程内容体系，但却缺乏关于云安全技术和新兴云服务等内容的扩展。此外，其课程形式和内容较为单一。该课程的建设还引入了实地考察、产学合作等模式，以丰富学生的学习资源。笔者对云计算与云安全课程的建设进行探索与实践，通过课程选材、课程内容建设、课程方法建设、考核方法建设这几个方面来全面解析该课程建设的具体内容。

1  课程选材

该门课程的教材参考了多个云计算与云安全相关书籍和论文，从中凝练出该门课的主体内容。其中包括刘鹏主编的《云计算（第3版）》[3]，该书涵盖较全面的云计算基础和相关技术知识，因此该课程采用该书作为云计算部分的主要参考依据。另外，该课程还采用《云计算安全技术》[4]作为云安全部分的主要参考依据。该课程采用林子雨主编的《大数据技术原理与应用》[5]作为Hadoop相关知识和实践上机课程的主要参考依据;其次还有一些区块链等前沿技术论文[6]作为课程其他内容的参考和补充。同时鼓励学生自行进一步地探索相关技术。

2  课程内容建設

通过云计算与云安全课程的学习，使学生了解云计算概念、技术和原理;熟悉云安全技术体系及相关技术;了解云计算研究热点与应用领域;并通过实践课程锻炼学生动手能力、开拓思维与眼界。该课程是理论与实践相结合的方式进行教学。因此，该文将从理论和实践两个角度来建设课程内容体系。

2.1 理论内容建设

云计算与云安全课程的理论内容安排分为以下几个部分：云概念、云技术、云服务及应用、开源云计算系统、云安全技术、云计算和云安全相关技术前沿。

（1）云概念。云概念讲述述云计算的由来、概念、发展现状、服务类型、部署模式、国内外云计算技术发展现状等关于云计算与云安全的基本概念。帮助学生对于云计算与云安全形成一个初步认识。

（2）云技术。云技术将介绍主流云计算技术体系，包括云存储技术、云处理技术、云数据库、虚拟化技术。云存储技术包括谷歌的GFS、亚马逊AWS的Dynamo和S3、淘宝分布式文件系统等;云处理包括谷歌的MapReduce等;云数据库包括Google的BigTable、阿里巴巴的OceanBase等;虚拟化技术则从服务器、存储、网络和桌面虚拟化4个方面进行介绍。

（3）云服务及应用。此部分将通过亚马逊、微软或者华为等云计算服务提供商的角度来介绍云的整体架构、提供的服务，包括云安全服务，并利用相应的真实案例来介绍具体的云应用。

（4）开源云计算系统。课程将重点介绍两个开源系统，Hadoop和OpenStack。Hadoop是大数据存储和处理的经典开源工具，课程将从其由来、相关项目、技术原理及应用几个角度进行介绍Hadoop大家族，包括HDFS、HBase等。OpenStack是一个免费的开源虚拟化平台，课程将从其体系架构、技术原理等方面进行介绍。

（5）云安全技术。云安全技术将分析云安全威胁、云安全技术架构体系，然后从云的数据安全、网络安全、隐私安全等角度具体剖析云安全相关技术。

（6）云计算与云安全前沿技术。针对云计算与云安全的前沿的研究论文和企业实际推出的前沿产品等继续进行讨论。例如，区块链技术实际上是一个解决信任问题的分布式账本，可应用于多个领域，从一定程度上可解决云安全问题，而云计算与区块链的结合则产生了区块链即服务的云服务模式。

2.2 实践内容建设

云计算与云安全实践课程的目的是通过实地参观或者上机实验等方式来深化理论课程的理解，并锻炼其动手能力。具体实践课程内容安排如下。

（1）实地考察。学生通过实地考察企业的数据中心、云服务及应用、云安全建设等，让学生对理论知识有更加生动的理解，并开拓眼界。

（2）虚拟化实践。学习使用VMware workstation虚拟化工具来创建虚拟机，使学生掌握基本的Linux系统安装方法和操作技巧;学习使用OpenStack工具来搭建虚拟化平台进行虚拟化相关工作。

（3）Hadoop安装和使用。在创建的虚拟机上学习安装Hadoop;针对Hadopp中的文件存储系统HDFS，使用shell命令和API编程等方法进行文件的处理。使学生了解整个Hadoop安装流程以及利用HDFS进行文件处理。

（4）MapReduce编程。介绍MapReduce编程原理，进行MapReduce编程实践，并在安装好的Hadoop集群上运行MapReduce任务。使学生了解如何利用MapReduce框架来解决实际问题，并学习如何进行错误处理等。

（5）Hbase安装和使用。在搭建好的Hadoop集群基础上安装配置Hbase云数据库，并学习利用shell命令和Java API的方法来对Hbase进行数据的处理。使学生学习云数据的基本原理和使用过程。

（6）AWS云应用实践。学习使用AWS提供的基础服务，包括EC2、S3、RDS等，并利用基础服务进行网站创建和托管等应用服务。使学生了解云服务提供商提供的具体服务，并在此基础上可以构建的真实应用。

3  教学方法建设

云计算与云安全课程是以教师为向导，以学生为主体的教学理念贯彻理论和实践教学的始末。针对课程内容的不同，合理地进行教学设计。采用启发式教学方法激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。

理论教学过程中结合传统课堂与讨论式的教学方式之外，尝试加入对分课堂[7]的教学模式，教师教授在先，学生学习在后，从而充分调动学生自主学习意识，鼓励学生探索新兴科技的发展。同时，每次课程介绍都会配套相应的课后作业，内容可以是论述简答等传统作业形式，也可以是开放式的问题，如让学生通过课上的学习内容结合自己查阅的资料来形成大作业。

实践教学采用实地考察+上机实践两种方式进行。通过实地考察企业云服务的应用、数据中心的搭建、云计算展厅等，让学生从真实的企业应用环境中感受云服务及应用的落地实施，从而深化理解所学知识、增加学生的学习动力、开拓学生的视野。上机实践部分，一方面使用Hadoop等开源系统作为上机实践的主要内容，每节课通过阶段性验收打分来调动学生的上机实践热情，同时鼓励学生查看源码，进一步加深理解其设计思想;另一方面采用校企合作的形式，从企业获取相应资源以供学生上机学习实践。例如，教师可以申请加入AWS Education项目，构建网上课堂，学生可以在AWS网站上进行相关的学习。

4  课程考核建设

课程考核以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，介于云计算与云安全是一门理论性强、实践要求高的课程，课程的考核包括平时考核、实验考核和期末考核3个部分。摒除了以往单一的期末闭卷考试考核的弊端，从多方面、多角度来构建学生的考核体系。

平时成绩将通过两个方面进行考核：一是学生的出勤情况和课堂表现情况，该部分主要考核学生的学习态度情况。二是学生课后作业的完成情况。实验考核部分，每次实践上机课程任务都按照阶段完成情况来打分，每完成一部分任务则在原来分数的基础上加分。期末考核部分为笔试闭卷考试，考核学生对于平时学习知识的掌握情况，包括使用所学知识进行分析问题和解决问题的能力等。

5  结语

云计算与云安全课程在当前云计算技术发展迅速、云安全问题日益严重的背景下而设立，该文从选材、课程内容、教学方法、考核方法等多个角度阐述该课程的建设方案。教学内容方面除了云计算技术相关内容，突出云安全方面的知识与技术。使用包括对分课堂、实地考察、产学研等多种教学方式来丰富教学方式及内容，进一步提高学生的自主学习兴趣和能力。最后使用多角度的考核方式来全方位的考核学生掌握知识的能力。

参考文献

[1] 鲍爱华，陈卫卫，刘鹏，等.云计算课程内容体系的建设与實践[J].计算机工程与科学，2014（S2）：42-45.

[2] 金永霞.云计算技术与应用课程的实验教学探索与实践[J].计算机教育，2017（2）：146-148.

[3] 刘鹏.云计算[M].3版.北京：电子工业出版社，2015：1-292.

[4] 卿昱，张剑.云计算安全技术[M].北京：国防工业出版社，2016：16-124.

[5] 林子雨.大数据技术原理与应用[M].2版.北京：人民邮电出版社，2017：28-91.

[6] 袁勇，王飞跃.区块链技术发展现状与展望[J].自动化学报，2016，42（4）：481-494.

[7] 张学新.对分课堂：大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛，2014，12（5）：5-10.