| 标题 | 翻转课堂在网络安全课程的应用实例 |
| 范文 | 王小耿 摘要：在分析网络安全课程特点的基础上，结合翻转课堂的教学理念，具体阐述在SSL握手协议教学中，应用翻转课堂教学的实例，展示如何对教学难点进行详细设计，并进行教学实施，帮助学生完成从被动学习到主动学习的转换，并通过两个班采用不同教学模式进行实验对比，比较学生成绩来证实翻转课堂的实际效果。 关键词：翻转课堂；网络安全；SSL协议 中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）28-0084-03 1概述 网络安全课程是计算机科学与技术专业、网络工程专业的专业核心课，通过本课程的学习，使学生了解计算机网络面临的安全威胁以及实施网络安全防护的手段和措施。通过理解计算机网络安全体系结构及加密、认证、签名、密钥管理等信息安全基本概念，掌握网络安全基本的实现技术。旨在加强学生信息安全防护意识，培养学生设计及管理安全网络的能力。网络安全的原理和概念对学生今后的工作生活非常重要，但因为网络安全的课程涉及很多数学方面的算法和概念，理解起来比较抽象枯燥，许多重要的网络安全协议经过多年的发展实践以后，已经变得十分复杂，难于在短时间内理解其核心的概念，导致学生对于学习网络安全课程的畏难情绪较高，学生的学习成绩一直不太理想，对于如何应用网络安全的概念到实际工作中，学生也比较茫然，所以网络安全课程教学改革的探索迫在眉睫。 翻转课堂（flipped classroom）理念最早由美国的两位化学教师提出并应用于教学，效果良好，逐渐流行开来。[1]翻转课堂不同于传统的教学模式，局限于课堂教学为主，翻转课堂首先利用了现代计算机多媒体技术，由教师事先将难于理解的知识点或概念，采用视频的方式进行讲解，利用多媒体技术灵活多样、生动直观的特点将复杂的概念讲解给学生，使学生在上课前通过观看视频资料，提前学习课堂内容，结合互联网进行资料查阅，自主的进行探索学习，并完成老师留置的自测试题，检验自学效果，如果学习过程中有疑问，可以线上与教师互动，或保留问题上课解决，在上课过程中，教师只是对知识进行提纲挈领的讲述，针对课前与学生的互动交流的结果，回答有关问题，然后教师抛出核心问题，交给学生分组讨论，并组织答辩，最后教师进行总结点评。在翻转课堂中，最大的变化在于学生由被动学习转变成主动学习，由被动接受变为主动探索，教师不再以课堂讲述为主，而是变成引领、组织学习过程为主，引发学生思考，指导学生解决问题为主。翻转课堂符合年轻一代学生独立自主的个性，深受学生的喜爱，课堂效果较好。 2网络安全翻转课堂实例 2.1课前任务 下面笔者通过一个教学案例，来说明翻转课堂模式怎样在网络安全教学的实践中进行应用，其内容以SSL握手协议来进行分析，这个知识点在网络安全教学中地位重要，但一直是网络安全的教学难点。 SSL/TLS协议是目前互联网中应用最广泛的密码通信方法，比如我们在网上商城输入信用卡号时，就是使用SSL协议来进行加密，实现信息的安全传输，不会将敏感信息泄露给第三方，其重要性不言而喻。在SSL协议中最为复杂的就是SSL握手协议，根据笔者多年在网络安全课程教学中的体会，在教学过程中，如果学生没有事先进行主动的预习，只是被动的在课堂上听老师讲解，那么在理解SSL握手协议的过程中，将会十分困难，一堂课结束后，大部分同学都处于糊里糊涂的状态，不知道SSL握手协议到底是怎样工作的，只有很少数同学能够理解SSL握手协议运行的原理，但也谈不到十分准确，教学效果一直非常不理想，也是困扰笔者多年的问题，利用翻转课堂教学后，通过学生事先预习，在课堂中主动思考、探讨，进行交流答辩，使枯燥的理论知识变得生动起来，最大限度激发学生自身的求知欲望，主动进行学习，就可以比较好的解决这一问题。 SSL握手协议工作过程，主要可以分成四个阶段，如图1所示，核心的工作是完成通信双方身份的相互确认，以及通信过程中使用到的加密密钥的协商，主要知识点包括： ①客户端和服务器端相互认证； ②客户端和服务器端协商加密和MAC算法； ③共享密钥的产生。 教师事先要录制相关知识点的微视频，在微视频中重点讲述密码组合算法、密钥交换方法、主密钥的计算等内容并布置如下测试题目： ①为建立客户端和服务器之间的逻辑连接，初始交换分为几个阶段？ ②在第一阶段中密钥交换方法共有几种？如何进行的？ ③在第二阶段中，哪些过程一定要有？哪些过程可能没有？证书对于哪种密钥交换不是必需的？ ④在不安全的信道中，通信雙方如何协商出安全的密钥？ 学生在课前观看视频后，通过查找相关资料，完成这些测试题，然后可以就这些问题在网络教学平台上展开讨论，分享自己的学习成果。 2.2 课堂设计 在课堂上，教师首先对测试题进行答疑解惑，根据学生课前测试的反馈情况，花5-10分钟讲解相关知识点。针对SSL握手协议比较复杂，难以理解，笔者特意制作了专供SSL握手协议使用的教具，将SSL握手协议涉及的协议版本号、随机数、会话ID、加密算法（包括：RSA、DES、3DES、IDEA等）、数字证书（包括：RSA、D-H）等需要协商交换的要素，制作成小卡片，分成两个部分，客户方和服务器方，装入不同的信封，在知识点的讲解结束后，对学生进行分组，每组3人，自行选出一位组长，然后抽签领取教具，分组扮演客户方和服务器方，按照SSL握手协议的四个阶段，从道具卡片中选择相应的素材进行交换，协商参数，完成身份认证和密钥的协商，在组长进行SSL握手协议演示的过程中，其他同学观察演示过程是否正确，有无疏漏，能否正确协商出参数，并从中理解SSL握手协议是如何进行安全通信的。 在演示结束后，教师对演示过程进行总结性点评。为了进一步检验学生的自学成果和帮助学生理解协议中的抽象概念，教师在网络中进行基于SSL加密的通信，利用抓包软件，截取通信报文，使学生观察到原始报文，在分析讨论中更直观地理解SSL握手协议的工作流程。 首先，教师利用客户端向服务器发送建立连接请求数据，同时截获客户端的请求报文，如图 1所示，服务器收到请求后，发送应答报文，如图2所示，之后服务器方发送数字证书完成身份验证，如图3所示，剩余过程笔者不再展示，在此过程中，教师需要求学生仔细观察截获的报文，重点理解密码算法组合，密码算法都包含哪些内容，四种主要密钥交换方法是如何进行的，然后結合该实际案例，对SSL握手协议的工作流程展开讨论，阐述身份认证如何实现，如何实现在不安全的通道中，安全协商出密钥，对于不同的密钥交换方法，各自的优缺点是什么。 3 实施效果分析 3.1学生背景 为了能对比翻转课堂的实际教学效果，笔者特意挑选了网络工程专业大三的两个班学生，分别采用常规教学方法和翻转课堂教学方法，进行了一学期的网络安全课程教学，对期末成绩进行比较，并在期末对学生进行问卷调查，了解学生对教学方式的看法。每班学生共计30人，男女比例相仿，均拥有电脑，两个班学生背景情况基本类似，在网络安全技术的相关理论和技能水平方面基本相同，平时不太接触和关心网络安全。[2] 3.2考试成绩分析 经过五个多月的网络安全课程学习后，翻转班和普通班均参加了有同样试卷的期末考试，将翻转课堂授课班和传统授课班的学生总成绩进行比较，经过计算，传统型授课班的平均总成绩为76.8分，翻转课堂授课班的平均总成绩为83.9分，翻转课堂授课班的平均总成绩比传统型授课班的平均总成绩高出7.1分。从分数段分布人数来看，如图5所示，翻转课堂授课班成绩为优秀的共计5人，传统型授课班成绩为优秀的共计3人，翻转课堂授课班成绩为良好的共计12人，传统型授课班成绩为良好的共计8人，而翻转课堂授课班没有不及格的学生，传统型授课班成绩不及格共计2，由此可看出翻转课堂授课班的总体成绩明显优于传统型授课班。根据学期末学生的问卷调查反馈结果看，学生对于翻转课堂的教学方式十分认可，感受良好，获得比较好的接受度。 图5 分数段对比图 4结论 本文重点介绍了翻转课堂概念和特点，在结合网络安全课程教学的基础上，着重通过对网络安全教学过程中的一个疑难问题，即SSL握手协议的讲解，通过翻转课堂的教学模式进行设计，并加以实践，证明了翻转课堂在网络安全教学过程中有独特的优势，可以被用于讲授一些比较复杂的概念和知识点，可以有效激发学生自主学习的积极性，提高学生的注意力，获得更好的教学效果，使学生从中获益，为今后发展奠定良好的基础。 参考文献： [1] 李燕君.翻转课堂模式下的计算机网络课程教学[J].计算机教育，2014（20）：18-22. [2] 罗智勇，唐远新，苏洁，等.改进型翻转课堂网络安全技术游戏化教学研究[J].实验技术与管理，2017（9）：164-168. [3] 王惠惠，李慧玲，王俊飞，等.转课堂教学模式的应用研究[J].高等教育在线，2018（9）：153-154. [4] 张露霖.基于翻转课堂模式下计算机网络课程教学的思考[J].电脑迷，2018（2）：150. [5] 马行空，付绍静，赵文涛，等.翻转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. 【通联编辑：朱宝贵】
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