Методика обучения студентов вузов технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования Димов, Евгений Дмитриевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Тенденции фундаментализации образования и существующие подходы к обучению защите информации 18

1.1. Фундаментализация как направление развития высшего образования 18

1.2. Особенности подготовки студентов вузов по прикладной информатике 22

1.3. Теория защиты информации - научное направление прикладной информатики 30

1.4. Анализ опыта подготовки студентов в области информационной безопасности и защиты информации 39

ГЛАВА 2. Разработка системы обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования 53

2.1. Социально-нравственные аспекты обучения студентов технологиям защиты информации 53

2.2. Принципы и цели фундаментального обучения технологиям защиты информации 89

2.3. Формирование содержания обучения технологиям защиты информации, ориентированного на фундаментализацию подготовки по информатике 113

2.4. Методы и учебные материалы для обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования 118

2.5. Использование образовательных электронных ресурсов в рамках информатизации обучения технологиям защиты информации 134

2.6. Экспериментальная проверка эффективности разработанной системы обучения технологиям

защиты информации 140

Заключение 149

Литература

• Особенности подготовки студентов вузов по прикладной информатике
• Анализ опыта подготовки студентов в области информационной безопасности и защиты информации
• Принципы и цели фундаментального обучения технологиям защиты информации
• Методы и учебные материалы для обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования

Введение к работе

Актуальность исследования. Современная концепция модернизации российского образования содержит руководящую идею обеспечения качества высшего образования, соответствующего актуальным и перспективным потребностям личности, общества и государства. Одним из путей ее реализации является фун- даментализация образования, различные аспекты которой рассматриваются в исследованиях А.А. Аданникова, Е.Н. Бобоновой, С.Г. Григорьева, В.В. Гриншкуна, О.Н. Голубевой, Л.С. Ёлгиной, С.Я. Казанцева, В.В. Краевского, В.В. Лаптева, В.И. Левина, И.В. Левченко, А.Г. Мордковича, В.А. Тестова и других ученых. Фундаментализация образования, по мнению И.В. Левченко, - это активная деятельность субъектов образовательного процесса, которая направлена как на фун- даментализацию содержания образования, так и на гуманизацию образовательного процесса.

В настоящее время фундаментализация является тенденцией развития многих научных и образовательных областей, к числу которых, бесспорно, относится и информатика. При этом существенную роль в образовании и формировании культуры членов современного общества играет такое научное направление информатики, как прикладная информатика, изучающая особенности применения широкого набора средств в естествознании, гуманитарных или социальных науках, в областях экономики, производства и других областях. К числу таких средств относят: телекоммуникационные системы, аудио- и видео- системы, средства мультимедиа, системы проектирования, управления объектами, процессами и другие.

Существенный вклад в развитие прикладной информатики внесли исследования Е.П. Велихова, Н. Винера, В.М. Глушкова, Р.С. Гиляревского, А.П. Ершова, К.К. Колина, А.Н. Колмогорова, В.С. Леднева, А.И. Михайлова, Д. Неймана, А.И. Черного, К. Шеннона и других ученых. Их фундаментальные результаты способствовали развитию теоретических основ информатики как фундаментальной науки об информации и информационных процессах в природе и обществе, теории алгоритмов, системного анализа и других научных направлений.

Большинство этих результатов внедрено в систему образования, что также является фактором ее фундаментализации. Обучение прикладной информатике опирается на тот факт, что отличительной чертой современного общества является создание и внедрение информационных и телекоммуникационных технологий в экономическую, социальную, образовательную и другие сферы человеческой деятельности. В связи с этим становится актуальным совершенствование системы информационного обеспечения всех сфер деятельности общества. В настоящее время повсеместное распространение и использование сети Интернет, появление Интернет-сайтов и порталов, содержащих разнообразную информацию, порождает необходимость решения проблемы обеспечения информационной безопасности и защиты информации. Информация, создаваемая, хранимая и обрабатываемая компьютерными средствами, лежит в основе работы большинства технических систем и членов современного общества, что влечет за собой повышение возможности нанесения ущерба, связанного с хищением информации, ее уничтожением, незаконным использованием и другими противоправными действиями.

Это, в свою очередь, делает актуальными соответствующие этические и социально-нравственные проблемы.

Информационная безопасность - это защищенность информации и поддерживающей инфраструктуры от случайных или преднамеренных воздействий естественного или искусственного характера, способных нанести ущерб владельцам или пользователям информации и поддерживающей инфраструктуры. Защита информации - это деятельность по предотвращению утечки защищаемой информации, несанкционированных и непреднамеренных воздействий на защищаемую информацию, то есть процесс, направленный на достижение этого состояния (В.В. Гафнер).

Основы теории защиты информации были сформированы фундаментальными исследованиями Е.П. Велихова, Н. Винера, В.А. Герасименко, В.М. Глуш- кова, А.А. Дородницына, Д. Керр, А.Н. Колмогорова, Ю.П. Лутковского, С. Мэдник, Ю.Н. Мельникова, В.А. Мясникова, Д. Сяо, Л.Дж. Хоффмана, К. Шеннона, А.Д. Урсула и других ученых. Дальнейшее развитие теории и практики защиты информации осуществляется в исследованиях А.Г. Абросимова, Б.Ю. Анина, Р. Брегга, В.А. Галатенко, В.В. Гафнера, А.А. Грушо, В.П. Добрицы, П.Д. Зегжда, Д.Р. Кинга, С.А. Клейменова, С.С. Корта, В.В. Кульбы, М. Купера, Ю.П. Лутковского, А.А. Малюка, А.Г. Мамиконова, В.П. Мельникова, Ю.Н. Мельникова, В.А. Мясникова, С. Норткатта, Н.Н. Перфильевой, А.М. Петракова, В.В. Райха, Б. Скотта, В.А. Тихонова, М. Фирноу, Д.Л. Форда, К. Фредерика, Т. Хаулета, В.Ф. Шаньгина, А.Б. Шелкова, K. Barker, Y. Diogenes, J. Harrison, S. Morris, W. Odom, M. Saxena и других ученых.

Важность и общественная значимость соответствующих проблем явились существенным аргументом для подготовки в Российской Федерации специалистов в области информационной безопасности и защиты информации. В настоящее время ряд российских вузов осуществляет подготовку студентов в области информационной безопасности по таким направлениям, как: «Компьютерная безопасность», «Информационная безопасность телекоммуникационных систем», «Информационно-аналитические системы безопасности» и другим направлениям. Компетенции, связанные с информационной безопасностью, должны быть сформированы у студентов, обучающихся по таким направлениям, как: «Фундаментальная информатика и информационные технологии», «Прикладная математика и информатика», «Математика», «Математика и компьютерные науки», «Педагогическое образование» и другим направлениям.

Методическая система обучения студентов вузов защите информации и информационной безопасности находит свое развитие в диссертационных исследованиях М.А. Абиссовой, А.А. Алтуфьевой, Е.Н. Боярова, Е.П. Жук, П.С. Ломаско, В.П. Полякова, И.В. Сластениной, Э.В. Тановой и других ученых.

Обучение технологиям защиты информации является одним из основных содержательных направлений обучения прикладной информатике.

Анализ методических систем и подходов к обучению студентов защите информации свидетельствует о недостаточной подготовке студентов в области технологий обеспечения информационной безопасности. Необходима фундаментали- зация обучения студентов вузов технологиям защиты информации, что позволило бы познакомить студентов с фундаментальными основами теории защиты информации, общей схемой обеспечения информационной безопасности, со структурой унифицированной концепции и стратегией защиты информации.

Как и в случае фундаментального обучения информатике, рассмотрение студентами фундаментальных основ теории защиты информации позволило бы сформировать у них представление о подходах к защите информации, инвариантных относительно развития разных информационных технологий. Это способствовало бы подготовке специалистов, способных отбирать и использовать наиболее эффективные и оптимальные технологии в зависимости от специфики процессов, связанных с защитой информации.

Такие специалисты могли бы применять для решения практических задач свои фундаментальные теоретические знания, а не выбирать готовые шаблонные технологии, обеспечивающие защиту информации неэффективно или не в полном объеме. Кроме того, как было показано, юридические и технологические нарушения в области передачи и использования информации, а также связанные с ними технологии защиты информации обладают существенной этической и социально- нравственной значимостью. Специалисты, занимающиеся защитой информации, в обязательном порядке должны понимать социальные, гуманитарные, этические, нравственные и другие подобные аспекты результатов своей деятельности. Однако на сегодняшний день практически отсутствуют учебные курсы прикладной информатики, которые одновременно обучали бы студентов фундаментальным и инвариантным основам защиты информации и ее социально-нравственным аспектам, что также является частью общих тенденций фундаментализации образования.

Учитывая вышеизложенное, можно выделить противоречие между необходимостью соответствия систем обучения прикладной информатике и, в частности, технологиям защиты информации современным тенденциям фундаментали- зации образования, обучения студентов социально-нравственным аспектам защиты информации и выбору наиболее эффективных технологий такой защиты, с одной стороны, и, с другой стороны, недостаточным отражением в существующих системах обучения технологиям защиты информации соответствующих теоретических основ, гуманитарных аспектов и общих подходов, инвариантных относительно разных приемов обеспечения информационной безопасности.

Необходимость устранения указанного противоречия за счет разработки методики обучения студентов вузов технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования свидетельствует об актуальности темы, выбранной для исследования.

Указанные доводы и противоречие определяют научную проблему настоящей диссертационной работы, заключающуюся в необходимости разработки методики обучения технологиям защиты информации, способствующей приобретению фундаментальных знаний и умений в области современных технологий защиты информации, теории и практики обеспечения информационной безопасности, ее социально-нравственных аспектов.

Целью исследования является определение целей, содержания, методов и средств обучения студентов вузов технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования, способствующего формированию знаний и умений в области теории и практики защиты информации, инвариантных относительно развития информационных технологий.

Объектом исследования выступает система обучения прикладной информатике студентов вузов.

Предметом исследования является методическая система обучения студентов вузов технологиям защиты информации, совершенствуемая в условиях фундаментализации образования.

Гипотеза исследования заключается в том, что если обучение студентов теоретическим и прикладным подходам к защите информации будет инвариантным относительно развития информационных технологий, а также будет базироваться на использовании имеющегося гуманитарного потенциала такого обучения, заключающегося в демонстрации студентам социально-нравственных проблем, связанных с защитой информации, то это будет способствовать фундаментализации подготовки студентов вузов по информатике, что позволит:

повысить эффективность обучения информатике и предоставить выпускникам возможность применять оптимальные технологии защиты информации в своей профессиональной деятельности;

придать творческий характер учебной деятельности студентов при изучении прикладной информатики;

развить у студентов информационную, логическую и алгоритмическую культуру, расширить их научное мировоззрение, представление о роли этапов развития теории защиты информации, понимание межпредметных связей;

сформировать представление о вреде несанкционированных и противоправных действий с информацией и социальной значимости ее эффективной защиты.

Цель, предмет и гипотеза исследования определили постановку и необходимость решения следующих задач:

1. 1. провести анализ подходов к фундаментализации образования, существующие системы обучения студентов вузов прикладной информатике, информационной безопасности и защите информации;

   2. выявить возможные пути фундаментализации обучения студентов технологиям защиты информации, в том числе определить технологии защиты, инвариантные относительно развития информационных технологий, гуманитарные, нравственные, этические и другие социальные аспекты защиты информации;

   3. определить принципы и цели, на их основе разработать содержание обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования;

   4. разработать методы обучения, основанные на системно-деятельностном походе, предусматривающие творчество студентов по разработке и применению оптимальных технологий для защиты информации; создать электронное учебное пособие по защите информации, способствующее фундаментализации обучения;

   5. разработать учебные задачи, решение которых предполагает постановку и анализ проблемных ситуаций, связанных с защитой информации, поиск оптимального решения задачи в виде наиболее подходящих технологий защиты информации, а также задания, демонстрирующие социальные аспекты обеспечения информационной безопасности;

   6) провести экспериментальную проверку эффективности методики обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования и ее влияние на формирование профессиональных качеств будущих специалистов в области прикладной информатики.

   Для решения задач, поставленных перед исследованием, и подтверждения выдвинутой гипотезы использовались следующие методы: изучение научных трудов в области педагогики, психологии, философии, информатики, теории защиты информации; анализ вузовских программ и учебных пособий; проведение учебных занятий; опрос, тестирование; педагогический эксперимент, анализ результатов экспериментальной работы.

   Теоретико-методологическую основу исследования составляют труды в области: фундаментализации образования (А.А. Аданников, Е.Н. Бобонова, С.Г. Григорьев, В.В. Гриншкун, О.Н. Голубева, Л.С. Ёлгина, С.Я. Казанцев, В.В. Краевский, В.В. Лаптев, В.И. Левин, И.В. Левченко, А.Г. Мордкович,

   1. 1. 1. А. Тестов и др.); гуманитаризации образования (Р.М. Асланов, Ю.Н. Афанасьев, М.Н. Берулава, С.А. Комиссарова, А.С. Кравец, Т.Н. Миракова, А.Г. Мордкович, И.М. Орешников, В.И. Рыжик, И.М. Смирнова и др.); методике обучения информатике и информатизации образования (С.Л. Атанасян, Т.А. Бороненко,

         2. Г. Григорьев, В.В. Гриншкун, А.Р. Есаян, О.Ю. Заславская, А.А. Кузнецов, И.В. Левченко, С.И. Макаров, И.В. Роберт, А.Л. Семенов, А.Н. Тихонов,

            1. Ю. Уваров и др.); системно-деятельностного подхода к обучению (Н.И. Аксенова, А.Г. Асмолов, Н.С. Буслова, В.А. Далингер, О.А. Малыгина, А.В. Хуторской, В.Д. Шадриков и др.); теории и практики защиты информации (А.Г. Абросимов, В.А. Галатенко, В.В. Гафнер, В.А. Герасименко, В.П. Добрица, А.А. Малюк, Ю.Н. Мельников, С. Норткатт, С.Д. Рябко, В.А. Сердюк, Т. Хаулет,

            2. Ф. Шаньгин, А.Ю. Щеглов и др.); методологических основ построения современной системы высшего образования (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, Б.С. Гершунский, В.В. Давыдов, В.И. Загвязинский, П.И. Пидкасистый, А.И. Пискунов, В.П. Симонов, М.Н. Скаткин, В.А. Сластенин, А.В. Усова и др.).

            Опытно-экспериментальной базой исследования явились кафедра информатики и прикладной математики и кафедра информатизации образования ГБОУ ВПО города Москвы «Московский городской педагогический университет», кафедра прикладной информатики и информационной безопасности ФГБОУ ВПО «Самарский государственный экономический университет».

            Научная новизна исследования:

            1) выявлены факторы, свидетельствующие о необходимости совершенствования систем обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования, в числе которых наличие подходов к защите информации, инвариантных относительно развития информационных технологий, необходимость использования оптимальных способов обеспечения информационной безопасности, значимые социально-нравственные аспекты защиты информации и другие;

            1. 5. 1. 1. 1. предложены и описаны принципы обучения основам теории и практики защиты информации, в числе которых принцип приоритетности обучения инвариантным технологиям защиты информации, принцип рассмотрения теории и практики защиты информации как значимой составляющей информатизации общества, принцип выделения этапов рациональных рассуждений при решении задач в рамках обучения технологиям защиты информации и другие принципы;

                        2. определены цели и предложены подходы к формированию содержания обучения технологиям защиты информации как части обучения прикладной информатике, направленные на развитие у студентов углубленных представлений о ее межпредметных связях, гуманитарном и социально-нравственном потенциале, знаний стратегий защиты информации, инвариантных относительно развития информационных технологий, способности подбирать или разрабатывать оптимальные технологии защиты информации.

                        Теоретическая значимость исследования состоит в обосновании необходимости фундаментализации обучения технологиям защиты информации, выявлении его социально-нравственных аспектов, конкретизации традиционных и определении новых принципов обучения научно-методологическому базису защиты информации, расширении содержания обучения технологиям защиты информации за счет тем, связанных с рассмотрением истории защиты, классификации и социальных аспектов угроз безопасности информации, унифицированной концепции ее защиты, роли защиты в глобальной информатизации общества и других тем, обосновании эффективности системно-деятельностного подхода к обучению студентов созданию и применению оптимальных технологий защиты информации.

                        Практическая значимость исследования заключается в том, что:

                        1. 5. 1. 1. 2. 1. предложены методы творческого обучения студентов, основанные на си- стемно-деятельностном подходе и применении не заранее известных шаблонов алгоритмов, а использовании фундаментальных инвариантных подходов к обеспечению информационной безопасности, описаны лекционные и семинарские занятия, формы индивидуальной работы, компетенции, определяемые в результате контроля;

                                       2. традиционные принципы обучения проиллюстрированы на специально подобранных задачах и заданиях (описание политики безопасности для заданной сети, конфигурации оборудования для ограничения доступа к информации, конфигурирование брандмауэра и другие);

                                       3. разработаны учебные задачи и задания, предусматривающие поиск, анализ и применение оптимальных технологий защиты информации, учет возможных социально-нравственных аспектов (поиск оптимального брандмауэра, поиск способа защиты серверов, обоснование возможных рисков для сетей предприятий, обоснование общественного значения конкретных систем защиты информации и другие);

                                       4. разработано электронное учебное пособие «Фундаментальные основы защиты информации» для обучения основам управления системами обеспечения информационной безопасности, социально-нравственным аспектам различных технологий защиты информации и другим темам, включенным в содержание предложенной методической системы.

                                       Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечены опорой на современные достижения педагогической и психологической науки, существующие системы обучения студентов вузов прикладной информатике, информационной безопасности и защите информации; внутренней логикой исследования, обоснованным применением системно-деятельностного подхода и современных информационных технологий; логической непротиворечивостью выводов и рассуждений, учетом опыта специалистов и коллег по работе, полученными результатами проведенного педагогического эксперимента, повышением качества обучения студентов.

                                       Исследование проводилось в 2006-2013 годах и состояло из трех этапов.

                                       На первом этапе (2006-2010 гг.) анализировать тенденции фундаментали- зации образования и особенности подготовки студентов вузов по прикладной информатике, изучалась теория защиты информации, проводился анализ опыта подготовки студентов в области информационной безопасности и защиты информации, изучался системно-деятельностный подход к обучению, выявлялись особенности его применения для обучения студентов вузов технологиям защиты информации, анализировались философские, психолого-педагогические, методические источники, определялась проблема исследования, степень ее разработанности, актуальность выбранного направления исследования, выявлялись и обосновывались цель, задачи, гипотеза исследования.

                                       На втором этапе (2010-2011 гг.) выявлялись социально-нравственные аспекты обучения студентов технологиям защиты информации, формировалось содержание обучения технологиям защиты информации, ориентированного на фун- даментализацию подготовки по информатике, разрабатывались учебные материалы и методика обучения технологиям защиты информации в условиях фундамен- тализации образования.

                                       На третьем этапе (2011-2013 гг.) создавалось электронное учебное пособие, проводился педагогический эксперимент для подтверждения эффективности разработанной системы обучения технологиям защиты информации, осуществлялось описание основных положений и результатов исследования, результаты исследования оформлялись в виде диссертационной работы.

                                       Основные положения, выносимые на защиту:

                                       1. 5. 1. 1. 2. 4. 1. в системе подготовки студентов в области технологий защиты информации возможно выделение фундаментальных инвариантных основ, обучение которым способствует развитию информационной культуры, логического и алгоритмического мышления студентов, расширению их научного мировоззрения, овладению умениями анализировать и решать проблемные ситуации, связанные с обеспечением информационной безопасности, реализации межпредметных связей курса прикладной информатики;

                                                         2. внедрение разработанной на основе выявленных принципов и системно - деятельностного подхода методики обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования способствует эффективной творческой подготовке студентов вузов к решению проблем обеспечения информационной безопасности за счет поиска оптимальных подходов, инвариантных относительно развития компьютерной техники, а также формированию у студентов представлений о социальной значимости угроз информационной безопасности и технологий ее обеспечения;

                                                         3) разработанное электронное учебное пособие и вошедшие в его содержание учебные задачи и задания позволяют обучить студентов поиску, анализу и применению оптимальных технологий защиты информации, значимых с точки зрения последующей профессиональной деятельности, сформировать представление о гуманитарных и социально-нравственных аспектах предотвращения хищения информации, ее уничтожения, незаконного использования и других противоправных действий, что также является фактором фундаментализации обучения технологиям защиты информации.

                                                         Внедрение. Результаты поведенного исследования внедрены в учебный процесс Института математики и информатики ГБОУ ВПО города Москвы «Московский городской педагогический университет» и кафедры прикладной информатики и информационной безопасности ФГБОУ ВПО «Самарский государственный экономический университет».

                                                         Апробация результатов исследования. Полученные результаты докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании» (Курск, 2006); XVIII, XXI Международных конференциях «Применение новых технологий в образовании» (Троицк, 2007, 2010); XXIX Всероссийском научном семинаре преподавателей математики университетов и педвузов «Профессионально-педагогическая направленность математической подготовки учителя математики в педвузах в современных условиях» (Москва, 2010); V Международной научно-методической конференции «Математическое моделирование и информационные технологии в образовании и науке» (Алматы, 2010); V Международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в образовании» (Екатеринбург, 2012); IV Международной научно-практической конференции «Инфо-Стратегия 2012: Общество. Государство. Образование» (Самара, 2012); Международной научно- практической конференция «Математическое, естественнонаучное образование и информатизация» (Москва, 2012); Международной научно-практической конференции «Информационные технологии в образовании и науке» (Казань, 2012); научно-методологическом семинаре, заседаниях кафедры информатизации образования и кафедры информатики и прикладной математики ГБОУ ВПО города Москвы «Московский городской педагогический университет».

                                                         Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 15 научных работах, в том числе в 4 публикациях в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК при Министерстве образования и науки РФ.

                                                         Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.

                                                         Особенности подготовки студентов вузов по прикладной информатике

                                                         Проблема фундаментализации образования находит свое развитие в исследованиях Ю.К. Бабанского [12], А.Д. Гладуна [53], С.Г. Григорьева [58], В.В. Гриншкуна [58], И.В. Егорченко [88], К.К. Колина [115], В.В. Лаптева [132], В.И. Левина [134], B.C. Леднева [136], В.Н. Лозовского [139], В.А. Тестова [177], А.В. Хуторского [186] и других ученых. Развитию методических систем обучения учебным дисциплинам в условиях фундаментализации образования посвящены диссертационные исследования А.А. Аданникова [3], Е.Н. Бобоновой [20], Л.С. Ёлгиной [94], С.Я. Казанцева [107], И.В. Левченко [135], Н.Г. Салминой [167] и других ученых.

                                                         Анализ имеющихся научных работ наглядно показывает, что фундамента-лизация содержательной подготовки будущего специалиста обеспечивается реализацией принципов, которые предопределяют интегративную организацию образования.

                                                         Среди таких принципов: - принцип единства интеграции и дифференциации. Данный принцип развивает принцип природосообразности Я.А. Коменского [117], в основе которого лежит модель естественного природного развития. Реализация данного принципа выражает способ самоорганизации образования и позволяет осмыслить образование как целостный организм, который в процессе своего исторического развития последовательно качественно развивается; - принцип антропоцентрического характера интеграции. Этот принцип был сформулирован в конце XIX века основоположником межпредметной интер-гации Джоном Дьюи [118]. Данный принцип определяет положение обучаемого и обучающего в интегральной образовательной системе. Реализация данного принципа способствует повышению уровня интегрированное современного образования; - принцип кулътуросообразности интеграции образования. Педагогическая идея данного принципа принадлежат Джону Локку и К.А. Гельвецию [118], которые считали, что знание происходит из человеческого опыта, и что человек формируется только под влиянием среды и воспитания. Этот принцип характеризует отношение образования к культурному наследию и позволяет повысить качество современного образования.

                                                         Направленность обучения на постижение глубинных, сущностных, системообразующих оснований и связей между разнообразными процессами окружающего мира является системной характеристикой фундаментализации образования

                                                         Изложим мнения ученых о фундаментализации образования. Согласно мнению Л.С. Ёлгиной, фундаментальная подготовка специалистов предполагает обязательное освоение методологических и мировоззренческих оснований современной науки. С.Я. Казанцев считает, что фундаментализация обучения студентов в рамках данной концепции рассматривается как дидактический принцип; как многомерный процесс совершенствования дидактической системы, охватывающей все ее компоненты, содержательно-смысловое наполнение которых обеспечивается спецификой принципа фундаментализации.

                                                         С.Г. Григорьев, В.В. Гриншкун, И.В. Левченко и другие обращают внимание на то, что необходимо уделить большое внимание фундаментализации высшего педагогического образования, потому что от специфики профессиональной подготовки будущих учителей существенно зависит качество подготовки подрастающего поколения. Очевидно, что обучение студентов в условиях фундамента лизации образования является не только способом получения знаний и формирования умений и навыков, но является и средством самостоятельного освоения методами получения новых знаний, умений и навыков. Фундаментальное образование должно основываться на органическом единстве естественнонаучной и гуманитарной составляющих. Взаимосвязь содержания учебных предметов необходима и для создания целостной картины мира, служащей научной основой для последующей практической деятельности обучаемого. Поэтому фундаментальное образование предполагает разностороннее гуманитарное и естественнонаучное образование для формирования системно-информационной картины мира, позволяет осознать законы природы и общества, по которым живет человечество и которые нельзя игнорировать.

                                                         С позиции деятельностного подхода, рассматривающего учение как деятельность, фундаментальность представляется наличием таких структурных элементов содержания образования, как: знания, умения действовать по образцу; готовность находить нестандартные решения и др.

                                                         С точки зрения системного подхода фундаментальность образования характеризуется целостностью, взаимосвязанностью и взаимодействием элементов, а также наличием системообразующих стержней. В процессе обучения формируется целостное естественнонаучное мировоззрение, приобретаются навыки мыслить целостными фундаментальными теориями и действовать на практике сообразно методам получения фундаментальных знаний. Межпредметные связи выражаются в формировании целостного представления об изучаемых дисциплинах как о единой науке.

                                                         Одной из важных задач фундаментализации профессиональной подготовки является формирование системы общенаучных знаний и профессионально значимых умений и навыков, на которых в дальнейшем строится профессиональное образование, формируется профессиональная компетентность, обеспечивающая: развитие творческих способностей выпускника; совершенствование профессионального мастерства и т.д. В результате такой подготовки приобретаются фунда ментальные знания, которые - это стержневые, системообразущие методологически значимые представления, восходящие к истокам понимания, к первичным сущностям [56].

                                                         Конкретная профессиональная подготовка осуществляется в блоке общепрофессиональных и специальных дисциплин с конкретным перечнем учебных предметов, и фундаментализация профессиональной подготовки подразумеваем не увеличение доли фундаментальных наук в учебном плане, а соответствующее проектирование содержания профессиональной подготовки. Поэтому в программах учебных предметов должно предусматриваться постепенное нарастание научного содержания в его взаимосвязи с технико-технологическими аспектами дисциплин.

                                                         Фундаментальное образование предполагает разностороннее гуманитарное и естественнонаучное образование студентов для создания единой мировоззренческой системы и основанное на фундаментальных принципах современной методологии. Методологические принципы объединяют и организуют отдельные методы и приемы в единый научный метод. К методологическим принципам относятся принцип верификации, принцип инвариантности, принцип системности, принцип соответствия, принцип простоты, принцип наблюдаемости, принцип красоты и другие методологические принципы.

                                                         Анализ опыта подготовки студентов в области информационной безопасности и защиты информации

                                                         В конце XV века стали разрабатываться формализованные и относительно стойкие к ручному криптоанализу шифры. Важная роль на этом этапе принадлежит Леону Батисте Альберти, который разработал в 1467 году многоалфавитный шифр, впоследствии получивший название «шифр Вижинера». В 1508 году Иоганн Трисемус опубликовал научную работу по криптологии «Полиграфия», в которой изложил правила применения шифрующих таблиц, которые заполнены алфавитом в случайном порядке. Ему принадлежат важных открытия, среди которых способ заполнения полибианского квадрата, когда первые позиции заполняются с помощью легко запоминаемого ключевого слова, а остальные заполняются оставшимися буквами алфавита и шифрование пар букв (биграмм).

                                                         В начале XIX века стали разрабатываться и использоваться технические средства электро- и радиосвязи. Для обеспечения скрытности и помехозащищенности радиосвязи применялось помехоустойчивое кодирование сообщений (сигнала) с последующим декодированием принятого сообщения (сигнала).

                                                         Огюст Керкгоффс, в своей книге «Военная криптография», изданной в 1883 году на французском языке издательством «R. Chapelot», сформулировал шесть требований к криптографическим системам, которые и в настоящее время определяют проектирование криптографически стойких систем. Приведем их. Требование 1. Систему должно быть невозможно вскрыть если не математически, то хотя бы физически. Требование 2. Система не должна требовать секретности, и при попадании в руки врага не должна терять надежности. Требование 3. Необходимо, чтобы ключ мог быть передан и сохранен без каких-либо записей, а также мог быть изменен по желанию сторон, участвующих в переписке. Требование 4. Система должна подходить для передачи сообщений с помощью телеграфа. Требование 5. Система должна быть портативной, и для пользования ею не должна требоваться помощь нескольких людей. Требование 6. Система должна быть проста в использовании, и не должна требовать от пользователя ни значительных усилий, будь то умственные или физические, ни знания большого количества правил.

                                                         В те годы также стали разрабатываться механические шифровальные машины, которые позволили автоматизировать процесс шифрования. Одной из первых таких шифровальных машин является, разработанная в 1917 году Эдвардом Хе-берном и усовершенствованная Артуром Кирхом, шифровальная машина Enigma.

                                                         В начале XX века были разработаны различные электромеханические шифровальные устройства, среди которых: шифровальная машина «Kryha», шифровальное колесо Болтона, шифровальная машина Хеберна, конвертер М-209, шифровальная машина «Geheimschreiber» и другие. С середины 30-х годов прошлого столетия основным способом обеспечения информационной безопасности было сочетание организационных и технических мер, направленных на повышение защищенности радиолокационных средств от воздействия на их приемные устройства активными маскирующими и пассивными имитирующими радиоэлектронными помехами. Появление телеграфов и телефонов инициировало применение ранообразных технических средств, с помощью которых можно добыть информацию. Большое количество сообщений стало перехватываться, влияя на ведение войн и положение на бирже.

                                                         В 30-40 годы появились диктофоны, миниатюрные фотоаппараты и микрофоны. В середине 40-х годов XX века стали создаваться и внедряться в практическую деятельность электронно-вычислительные машины. Задачи информационной безопасности решались, в основном, методами и способами ограничения физического доступа к оборудованию средств получения, переработки и передачи информации. В это время в основном сформировались такие разделы математики, как алгебра и теория чисел, теория вероятностей и математическая статистика. Начали развиваться теория алгоритмов, теория информации, кибернетика. Перечисленные научные области математики составляют научную основу криптоло-гии.

                                                         С середины 60-х годов XX века начали создаваться и развиваться локальные информационно-коммуникационные сети. Задачи информационной безопасности решались, в основном, методами и способами физической защиты средств получения, обработки и передачи информации, объединенных в локальную сеть путем администрирования и управления доступом к сетевым ресурсам. В последующие годы для обеспечения информационной безопасности в компьютерных системах с беспроводными сетями передачи данных потребовалась разработка новых критериев безопасности. Образовались сообщества людей - хакеров, ставящих своей целью нанесение ущерба информационной безопасности отдельных пользователей, организаций и целых стран. В эти годы стали создаваться блочные шифры, более эффективные по отношению к роторными криптосистемами и допускающие практическую реализацию только в виде цифровых электронных устройств.

                                                         В 60-х годах прошлого века в станах дальнего зарубежья стали публиковаться в открытой печати научные работы, посвященные различным аспектам защиты информации. Такое внимание к этой проблеме было вызвано большими финансовыми потерями от преступлений в компьютерной сфере различных фирм и государственных организаций. Как отмечается в [179], в отчете федерального бюро расследований США говорится, что только за 1997 год от противозаконных действий различных иностранных организаций американским гражданам был нанесен ущерб в более чем 300 миллиардов долларов. В 70-х годах был разработан американский стандарт шифрования DES.

                                                         Принципы и цели фундаментального обучения технологиям защиты информации

                                                         Реализация принципа научности в обучении технологиям защиты информации способствует развитию у студентов умений и навыков построения оптимальных систем защиты информации и организации оптимального их функционирования; вести научный спор, доказывать свою точку зрения.

                                                         Реализация принципа доступности применительно к обучению технологиям защиты информации. Классические правила - от легкого к трудному, от известного к неизвестному, от простого к сложному, относящиеся к практической реализации принципа доступности впервые были сформулированы Я.А. Комен-ским [117, 118]. Проблемы доступности обучения находят свое развитие в исследованиях В.В. Давыдова, В.И. Загвязинского, П.И. Пидкасистого, И.П. Подласого, М.Н. Скаткина, К.Д. Ушинского и других ученых (см., например, [67, 97, 158, 181]).

                                                         И.П. Подласый считает, что в основе принципа доступности лежит закон тезауруса: доступным для человека является лишь то, что соответствует его тезаурусу. П.И. Пидкасистый отмечает, что принцип доступности в обучении вытекает из требований учёта особенностей развития учащихся, анализа материала с точки зрения их возможностей и такой организации обучения, чтобы они не испытывали интеллектуальных, моральных, физических перегрузок.

                                                         В своих исследованиях ученые отмечают, в частности, что принцип доступности требует учета уровня подготовки обучающихся, определяет меру посильной трудности в освоении содержания образования, направлен на преодоление обучающихся познавательных затруднений. Также отмечают, что важную роль для достижения доступного уровня обучения играет не только разработка содержания обучения, структура учебного материала, но и профессионализм самого педагога.

                                                         Принцип доступности в обучении технологиям защиты информации диктует преподавателю излагать учебный материал по технологиям защиты информации с выявления у студентов уже имеющихся, сформированных ранее знаний, умений, навыков из разделов прикладной информатики, необходимых для обучения технологиям защиты информации. Принцип доступности в обучении технологиям защиты информации обеспечивает успешное усвоение современных методов теории защиты информации, развивает у студентов навыки самостоятельно подбирать или разрабатывать эффективные технологии защиты информации; раскрывает студентам социально-нравственные аспекты обучения технологиям защиты информации.

                                                         Принцип доступности в обучении технологиям защиты информации включает в себя следующие положения:

                                                         - излагаемые разделы теории защиты информации опираются на содержание общеобразовательных и специальных учебных дисциплин, среди которых «Теоретические основы информатики», «Основы искусственного интеллекта», «Программирование», «Программное обеспечение ЭВМ», «Информационные системы», «Компьютерные сети, интернет и мультимедиа технологии» и другие учебные дисциплины и демонстрируется широкое применение современных информационных технологий для решения прикладных задач защиты информации; - знаний в области теории и практики защиты информации должно быть достаточно для успешной будущей профессиональной деятельности студентов -будущих специалистов в области прикладной информатики после окончания вуза. В качестве примера рассмотрим следующую задачу. Задача № 2.2.2. Описать конфигурацию брандмауэра на разных платформах (как платных так и бесплатных), обеспечивающую доступ к серверу с IP адресом 10.0.1.15 из сети 192.168.1.0/24 по порту ТСР/22. Решение задачи № 2.2.2. 1. Рассмотрим пример ACL на оборудовании Cisco: Switch#sh ip access-lists Extended IP access list permit_22 10 permit tcp 192.168.1.0 0.0.0.255 host 10.0.1.15 eq 22 20 deny tcp any host 10.0.1.15 eq 22 Несмотря на то, что по умолчанию срабатывает запрещающее правило, можно его прописать в явном виде, как в рассмотренном выше примере. 2. Рассмотрим пример правила для IPTables: monitor: # iptables -A INPUT -р TCP -s 192.168.1.0/24 -d 10.0.1.15/32 --dport 22 ACCEPT monitor: # iptables -A INPUT -p TCP -s 0.0.0.0/0 -d 10.0.1.15/32 --dport 22 DROP 3. Аналогично примеру из ранее рассмотренной задачи можно создать аналогичное правило на базе Microsoft Forefront TMG. Данная задача наглядно демонстрирует, что один и тот же функционал по защите данных можно реализовать как на закрытых системах (Cisco, Microsoft Forefront TMG), так и на открытых (IPTables).

                                                         Реализация принципа наглядности применительно к обучению технологиям защиты информации. Принцип наглядности способствует формированию у обучающихся представлений и понятий на основе чувственных восприятий предметов и явлений реальной жизни или их изображений. Реализация принципа наглядности во многом зависит от качества дидактических материалов и технических средств, владения преподавателем навыками их использования.

                                                         Принцип наглядности в дидактике впервые был обоснован Я.Л. Коменским [117, 118]. Ему принадлежит мысль о том, что ничего не существует в познании, что раньше не было бы в ощущении, поэтому и учение следовало бы начинать не со словесного толкования о вещах, а с предметного над ними наблюдения. Мы вообще должны стараться обучать всему при помощи личного наблюдения и чувственной наглядности.

                                                         В обоснование принципа наглядности в обучении существенный вклад внесли Л.В. Занков [99], , Г. Песталоцци [118], К.Д. Ушинский [181] и другие ученые. Но закономерное обоснование принципа наглядности в обучении, как замечает И.П. Подласый [158], получено относительно недавно и в основе его лежат науч ные закономерности, связанные с тем, что у многих людей наибольшей чувствительностью обладают органы зрения и другие закономерности.

                                                         Наглядность в обучении технологиям защиты информации реализуется средствами и методами, обеспечивающими с одной стороны, более четкое и ясное восприятие сообщаемых знаний из теории и практики защиты информации, а с другой стороны, способствуют более глубокому пониманию студентами фундаментальных основ теории защиты информации, прочному усвоению студентами как дисциплин прикладной информатики, так и дисциплин из других предметных областей, формируют представление о потребности в защите информации и роли прикладной информатики в современной мире. В качестве примера приведем следующую задачу. Задача № 2.2.3. Написать правило доступа на брандмауэре с графическим интерфейсом, разрешающее всем пользователей внутренней сети доступ в Интернет по протоколу HTTP.

                                                         Методы и учебные материалы для обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования

                                                         В ходе проведения педагогического эксперимента в период с 2009 по 2013 гг. осуществлялось подтверждение эффективности разработанной на основе систем-но-деятельностного подхода методики обучения студентов вузов технологиям защиты информации. Педагогический эксперимент состоял из трех этапов: констатирующего, формирующего и обобщающего.

                                                         На этапе констатирующего эксперимента (2009-2010 гг.) анализировать тенденции фундаментализации образования и особенности подготовки студентов вузов по прикладной информатике, изучалась теория защиты информации, проводился анализ опыта подготовки студентов в области информационной безопасности и защиты информации, изучался системно-деятельностный подход к обучению, выявлялись особенности его применения для обучения студентов вузов технологиям защиты информации, анализировались философские, психолого-педагогические, методические источники, определялась проблема исследования, степень ее разработанности, актуальность выбранного направления исследования, выявлялись и обосновывались цель, задачи, гипотеза исследования.

                                                         На этапе формирующего эксперимента (2010-2011 гг.) выявлялись социально-нравственные аспекты обучения студентов технологиям защиты информации, формировалось содержание обучения технологиям защиты информации, ориентированного на фундаментализацию подготовки по информатике, разрабатывались учебные материалы и методика обучения технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования.

                                                         На этапе обобщающего эксперимента (2011-2013 гг.) создавалось электронное учебное пособие, проводился педагогический эксперимент для подтверждения эффективности разработанной системы обучения технологиям защиты информации, осуществлялось описание основных положений и результатов исследования, результаты исследования оформлялись в виде диссертационной работы.

                                                         Для подтверждения выдвинутой гипотезы проводился педагогический эксперимент, в ходе которого определялись полнота усвоения фундаментальных основ теории защиты информации (А.В. Усова), уровень усвоения учебного материала по технологиям защиты информации (В.П. Беспалько), корреляционная зависимость между повышением уровня фундаментальных знаний в области защиты информации и умениями самостоятельно разрабатывать оптимальные технологии защиты информации (коэффициент корреляции Пирсона), степень влияния обучения технологиям защиты информации на формирование профессиональных качеств и воспитание будущих специалистов в области прикладной информатики.

                                                         В процессе обучения в большей или меньшей степени их учтем по разработанной методике и содержанию обучения. На таких курсах применяли те задачи, средства, методы, электронное учебное пособие, изложенные в параграфах диссертации.

                                                         Для подтверждения выдвинутой гипотезы проводился педагогический эксперимент, в ходе которого определялись: - полнота усвоения фундаментальных основ теории защиты информации по 1 V формуле А.В. Усовой К = рг, в которой: р - общее число признаков i = \ понятия, п - число студентов в группе, pt - число существенных признаков понятия, усвоенных /-м студентом группы; 141 - уровень усвоения учебного материала по технологиям защиты информа п ции по формуле В.П. Беспалько к = —, в которой п - количество баллов, набранных студентами группы, максимальное количество баллов; - корреляционная зависимость между повышением уровня фундаментальных знаний в области защиты информации и умениями самостоятельно разрабатывать оптимальные технологии защиты информации с помощью коэффициента корреляции Пирсона г„ П 7 X; / = 1 Уі г = \ п xi У і і = \ 2 л 2 2 i = l і = ї п п П .2 Л Г 2 2" 2% «J] v /=і J Уі п \ Z» І «і ) ) где п - число сравниваемых наблюдений, х, и yt - сравниваемые количественные признаки; - степень влияния обучения технологиям защиты информации на формирование профессиональных качеств и воспитание будущих специалистов в области прикладной информатики. В педагогическом эксперименте принимали участие студенты кафедры информатики и прикладной математики Института математики и информатики ГБОУ ВПО города Москвы «Московский городской педагогический университет», студенты кафедры прикладной информатики и информационной безопасности ФГБОУ ВПО «Самарский государственный экономический университет» (приложение 4).

                                                         Для выявления полноты усвоения фундаментальных основ теории защиты информации студентам были предложены учебные задачи и задания, в которых требовалось, например, изложить общую схему обеспечения информационной безопасности, структуру унифицированной концепции защиты информации, стратегию защиты, обосновать возможные риски и угрозы для сети предприятия, независящие от типа сетей и использованной компьютерной техники, обосновать общественное значение систем защиты информации, другие задачи и задания.

                                                         Среди предложенных была следующая задача. Провести анализ входящего трафика в сеть, выбрать наиболее оптимальную технологию защиты информации, произвести конфигурацию граничного брандмауэра с целью минимизации возможности прохождения атак. В процессе решения данной задачи студенты успешно реализовали, полученные в процессе обучения знания в области теории и практики защиты информации. Ими был проведен полный анализ входящего в сеть трафика с помощью специализированного программного обеспечения, выявлены проблемные области и теоретические аспекты решения проблемы, инвариантные относительно информационных технологий, проведена конфигурация оборудования, что позволило защитить сеть от ряда атак, направленных, в том числе, и на несанкционированное копирование информации. Эффективность решения данной задачи иллюстрируется на графиках, размещенных на рисунке 30.

                                                         Ранее такая задача могла быть решена только при помощи преподавателя. Обучение позволило студентам решить ее самостоятельно, что демонстрирует наличие у студентов знаний фундаментальных основ теории защиты информации. В ходе другого эксперимента выявлялся уровень усвоения фундаментальных основ у тех же студентов прошедших обучение по разработанной программе. При использовании формулы А.В. Усовой для каждой темы задания (см. таблицу 1) были определены пять признаков понятия и использованы следующие обозначения: ППО - правильный полный ответ (студентом приведены все пять признаков); НПО - неполный правильный ответ (студентом приведены три либо четыре признака); НО - неполный ответ (студентом приведены один либо два признака); ОО - ответ отсутствует (у студента по данному заданию нет ответа).

                                                         Похожие диссертации на Методика обучения студентов вузов технологиям защиты информации в условиях фундаментализации образования

                                                         

                                                         Методика выравнивающе-развивающего обучения информационным технологиям студентов вуза в курсе информатикиЗабродина Ольга Михайловна

                                                         

                                                         Методика обучения студентов неязыкового вуза самостоятельной работе с материалами СМИ при использовании интернет-технологий : английский языкЧувилина Олеся Владимировна

                                                         Методика обучения студентов неязыкового вуза самостоятельной работе c материалами СМИ при использовании интернет-технологий (английский язык)Чувилина Олеся Владимировна

                                                         

                                                         Модель обучения профессионально ориентированному иноязычному общению студентов неязыкового вузаСальная Лейла Климентьевна

                                                         

                                                         Методика обучения студентов языкового вуза коммуникативно - эквивалентному письменному переводуКузяева Ольга Павловна

                                                         

                                                         Методика дифференцированного обучения студентов полиэтнических групп юридического вузаКурбатова Ирина Викторовна

                                                         Методика обучения студентов языкового вуза аналитическому чтению поэтических произведений на французском языкеМирошниченко, Светлана Алексеевна

                                                         Развитие методики формирования информационных и коммуникационных компетенций студентов непрофильных вузов с использованием ресурсов ИнтернетМатосов Эрик Суренович

                                                         

                                                         Методика обучения студентов педагогических вузов - будущих учителей математики интегральному исчислению с использованием информационных технологийБелова Ольга Евгеньевна

                                                         

                                                         Методика обучения студентов старших курсов иностранному языку в телекоммуникационных сетях с использованием интернет-технологий (Немецкий язык, языковой вуз) Болдова Татьяна Анатольевна