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一、引言

信息是社會發展的重要戰略資源。隨著信息技術的發展，國際上圍繞信息獲取、使用和控制的爭斗愈演愈烈，信息安全已成為維護國家安全和社會穩定的重要因素之一，并且國內外都給予了極大的關注和投入。因此，如何加強信息安全學科建設，促進信息安全專業課程改革，為國家和社會培養出符合社會需要的復合型、應用型信息安全專業人才是當務之急。操作系統課程是計算機科學與技術、信息與通信工程的核心課程之一，信息安全專業設置后，操作系統課程也是信息安全專業的核心主干課程之一，其重要性是毋庸置疑的。為了適應信息安全專業的需要，高校應對操作系統課程進行改革，結合信息安全專業的培養目標，將信息安全專業知識滲透到操作系統的教學內容中，做到課程間的有機結合，使學生能夠將信息安全理論融入到操作系統設計中，為后續的課程打好專業基礎。本文將從理論教學和實踐教學兩個方面，討論信息安全專業操作系統課程的教學改革。

二、理論教學改革

操作系統是計算機中最重要的軟件，它能夠對計算機的硬件和軟件進行有效的統一管理，便于用戶使用計算機。操作系統課程是計算機類專業一門重要的基礎課程，其教學內容主要包括進程管理、處理機調度與死鎖、存儲器管理、設備管理和文件系統五大部分。系統安全問題是信息安全的一個重要研究方向，但是在傳統的操作系統課程中并沒有涉及到信息安全的相關知識，信息安全專業學生在學習完操作系統課程后，無法將其所學的知識與現有的系統安全問題相結合。因此，針對信息安全專業的特點，理論教學改革應先從教學內容入手，將信息安全中的系統安全技術與操作系統課程的現有內容整合，通過講授操作系統各個部分的實現原理，讓學生深入了解對應系統安全產生的原因和解決方法。如在講授內存管理時，傳統操作系統課程的教學內容需要學生掌握操作系統是如何對內存進行分配、回收和調度。在信息安全專業的操作系統課程中，可以將緩沖區溢出的原理加入其中，使學生真正了解緩沖區溢出攻擊的實現方法和預防手段。通過上述將操作系統教學內容和信息安全知識有機的結合起來、相互滲透，學生對操作系統原理和系統安全知識的理解會更加透徹，同時為后續的計算機病毒與原理、網絡攻擊與防御、逆向工程等信息安全專業課程打下了堅實的基礎。

三、實踐教學改革

實踐教學內容是信息安全專業課程的一個重要環節。為了培養符合社會需求的工程性應用人才，在信息安全專業課程的教學過程中，強調理論和實際相結合的教學方法，在保障理論教學的基礎上，強調實踐教學，提高學生的工程實踐能力。本節將從實驗教學、課程設計和實踐活動三個方面來討論如何對操作系統課程的實踐教學內容進行改革。

1.實驗教學。

為操作系統課程開設合適的實驗項目是非常困難的，主要問題在于很難找到合適的實驗環境，大多數的操作系統相對于學生來說，太大、太復雜，學生很難在短時間內將操作系統的設計結構和實現代碼弄清楚。盡管可以讓學生分塊的實現操作系統的各個功能，如CPU調度、內存管理等，但是在復雜操作系統中，改變其中的一個功能模塊，其工作量也是非常巨大的。因此，在選擇操作系統作為課程環境時，需要考慮以下問題：（1）所選操作系統的體系結構和實現方法要盡量簡單，便于學生快速掌握系統的實現框架，理解各部分的實現思路和方法。（2）所選的操作系統源代碼完整且完全公開。學生可以通過在學習現有操作系統源碼的基礎上，深入理解操作系統的設計原理。（3）所選操作系統有相應的說明文檔，便于學生學習，培養學生的程序設計思維。（4）所選操作系統允許程序員修改，可以重新編譯、運行。允許學生對操作系統代碼進行修改，是對學生實踐能力培養的重要手段。學生根據課上所學的理論知識，可以自行修改操作系統功能，并且便于教師添加信息安全的相關實驗。根據以上幾點，Minix系統是較適合作為操作系統課程實驗環境的系統，而且Minix系統中已經包含了一些安全機制，如特權管理和訪問控制。在操作系統課程的實驗教學環節中，首先要求學生根據所學理論知識讀懂對應的Minix系統源代碼，然后要求學生分模塊的實現對應功能。操作系統原理課程與教學內容同步的實驗學時為20學時，除了傳統操作系統實驗內容：進程管理（4學時）、進程通信（2學時）、內存管理（4學時）、文件系統（2學時）之外，實驗內容中還添加了信息安全相關實驗緩沖區溢出（2學時）、訪問控制（2學時）、加密文件系統（2學時）、資源競爭（2學時）。實驗內容包括驗證性和設計型兩類實驗，培養了學生的實際動手能力。

2.課程設計。

除了與操作系統課程同步的實驗教學之外，還可以開設課程設計，讓學生能夠利用所學操作系統知識，開發、實現相關工具，培養學生的綜合設計、開發能力。操作系統課程的實驗教學內容是讓學生分模塊的設計、實現操作系統功能，此類實驗對學生理解操作系統的整體架構和工作原理幫助不大，學生無法將各個小的功能模塊聯系成為一個完整的管理軟件，即操作系統。而課程設計的目的是將操作系統課程和其他信息安全相關課程的教學內容相整合，最終實現能夠滿足實際需求的工程項目。課程設計相對實驗教學來說內容較豐富，需要學生組隊、合作完成對應的課程設計項目。針對信息安全專業的特點，可以考慮添加與信息安全相關的實驗項目，如PE（PortableExecutable）文件分析、Windows病毒開發、系統安全工具開發等。通過上述實驗項目，讓學生在了解操作系統原理的基礎上，開發實用的信息安全軟件和工具。通過開設課程設計，既能鍛煉學生的實際動手能力，又能培養學生的團隊協作能力。

3.實踐活動。

除了課堂教學之外，鼓勵學生參加各項實踐活動也是非常有必要的。組織學生成立大學生創新團隊，指導學生申報大學生創新性實驗項目，參加校內外舉辦的信息安全競賽都是提高學生實踐能力的途徑。本校每年都組織本專業內、校內、省內及全國信息安全競賽，同時積極鼓勵學生參加校外信息安全競賽。在此類競賽中一個重要的考核部分是關于系統安全，即對操作系統漏洞地挖掘和利用，通過以學科競賽為平臺，將操作系統教學引向縱深方向，實現了理論與實踐的有機結合，優化了學生的知識結構，促進了學生與其他高校學生和教師的交流，以比賽來使學生得到進步。此外，學院還邀請其他高校、公司有經驗的教師、優秀的校友和技術人員來校講座，增加學生對外溝通和交流的機會，讓學生能夠接觸到新的、實用的業界動態，為今后工作做準備。從實踐活動效果來看，學生的實際開發能力提升很快，能夠將理論知識更好地融合到實際開發中。此外，實踐活動還可以促進學生創新團隊建設，通過高年級帶動低年級學生，使新生能更早、更快地融入到專業學習中。本校通過幾年的嘗試，取得了初步成績，學生在各項信息安全賽事中取得了優異的成績，培養出來的學生也受到了用人單位的認可。

四、結論

信息安全學科是一個交叉學科，它需要以計算機、電子、數學等學科的基礎知識作為支撐。如何在其他學科的課程基礎上，針對信息安全專業特點，獨立建設和發展信息安全專業相關課程是需要不斷探索的課題。本文從信息安全專業核心課程操作系統出發，針對該課程的理論教學和實踐教學兩方面進行探討，提出了對該課程改革的思路。此項改革，在實際教學過程中取得了良好的教學效果，培養了學生的專業興趣，學生不但獲得了扎實的理論基礎，而且掌握了較強的專業技能，同時也提高了學生以操作系統知識為基礎，應用信息安全相關知識解決實際問題的能力。

作者：閆麗麗 昌燕 張仕斌 單位：成都信息工程大學信息安全工程學院