Методологические аспекты разработки электронного учебника по информационной безопасности

Менщиков Александр Алексеевич аспирант, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики 197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49 Menshchikov Alexander Alexeevich graduate student, Saint Petersburg State University of Information Technologies 197101, Russia, Sankt-Peterburg, g. Saint Petersburg, Kronverkskii Prospekt, 49 menshikov@corp.ifmo.ru Другие публикации этого автора     Сухостат Валентина Васильевна кандидат технических наук, кандидат педагогических наук доцент, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики 197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49 Sukhostat Valentina Vasilievna Associate Professor, St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics 197101, Russia, Sankt-Peterburg, g. Saint Petersburg, Kronverkskii Prospekt, 49 sukhostat@mail.ru

Гатчин Юрий Арменакович доктор технических наук профессор, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики 197101, Россия, г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, 49 Gatchin Yury Doctor of Technical Science Professor, Saint Petersburg State University of Information Technologies 197101, Russia, Sankt-Peterburg, Kronverkskii Prospekt, 49 gatchin@mail.ifmo.ru Другие публикации этого автора

Информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) оказали существенное влияние как на виды учебных пособий, так и на их содержание ^{[1, 2]}. Сегодняшние студенты привыкли и предпочитают получать необходимую для них информацию посредством электронных устройств ^[3]. Это приводит к увеличению популярности электронных средств образования, а также к повышению эффективности обучения с использованием современных технологий ^{[4, 5]}. Следует отметить, что использование электронных устройств в учебном процессе не конфликтует с традиционными видами образования, а дополняет их, позволяя получать преимущества обоих подходов ^[6].
Информационная безопасность является одним из наиболее практико-ориентированных направлений, изучение ее аспектов требует современных подходов и непосредственной интеграции теоретического материала с выполнением практических заданий ^[7], что может быть реализовано посредством использования электронного учебника в образовательном процессе.
Важным условием подготовки специалистов по информационной безопасности является использование компетентностного подхода в образовательном процессе. Знания, умения и навыки, их практическое применение в конкретных ситуациях профессиональной деятельности способствуют развитию готовности специалиста по информационной безопасности справляться с профессионально-личностными обстоятельствами и проявлять активную деятельностную позицию по отношению к профессиональным реалиям ^{[8, 9]}.
Для подготовки конкурентоспособных кадров, требуется сформировать у студентов не только набор параметров, включающий глубокие знания, фундаментальную подготовку, наличие профессионально значимых личностных качеств, но и обеспечить связи между ними. Соединение традиционного теоретического обучения с практическими условиями способствует новому осознанию возможностей и ограничений в условиях необходимости принятия ответственного решения. Использование более современных и гибких инструментов обучения, таких как электронный учебник, открывает новые возможности для организации компетентностного обучения в области информационной безопасности.
Прежде чем разработать электронный учебник по информационной безопасности, необходимо определить основные требования и особенности, которые характерны именно для данной дисциплины. Важно чтобы содержание, структура и техническая реализация полностью отвечали целям и задачам подготовки компетентного специалиста в области защиты информации. Таковыми в свою очередь являются несколько основных аспектов. Требуется обеспечить информационную безопасность самого учебника и защиту его инфраструктуры, особенно, если он реализован на базе дистанционного подхода. Помимо этого, ключевой особенностью программ дисциплин, связанных с информационной безопасностью, является наличие в них закрытых занятий. В этом случае, необходимо при использовании электронного учебника, обеспечить его соответствие всем требованиями и ограничениям, предусмотренным законодательством Российской Федерации о государственной тайне. Фактически, требуется организовать отдельную локальную архитектуру с использованием сертифицированных средств защиты для данного аспекта. Отдельным и важным элементом является формирование у студента профессионально-личностных качеств и особой этики специалиста по информационной безопасности. Работа с защитой информации подразумевает изучение техник взлома, что требует особенной работы с осознанием студентов правовых и этических норм в данном контексте.
Таким образом, наряду с общими подходами к электронным учебникам для изучения различных дисциплин в статье будет уделено внимание особенностям электронного средства обучения для специалистов по информационной безопасности.

Существует целый ряд определений электронного учебника. Согласно инструкции о порядке рассмотрения и утверждения грифа Минобразования России на учебные электронные издания, электронный учебник – это основное учебное электронное издание, созданное на высоком научном и методическом уровне, полностью соответствующее федеральной составляющей дисциплины Государственного образовательного стандарта специальностей и направлений, определяемой дидактическими единицами стандарта и программой ^[10]. Под электронным учебником также понимают «определенным образом организованную систему учебных материалов, предназначенных для достижения комплекса целей, которая используется, как правило, в процессе изучения курса по дисциплине под управлением преподавателя» ^[11] и «электронное средство учебного назначения, обеспечивающее субъектам обучения предоставление различных видов учебного материала с помощью информационно-коммуникационных технологий, а также создающее условия для самообучения и самоконтроля в информационном образовательном пространстве» ^[12]. Важно отметить, что учебник по информационной безопасности – это также и средство вычислительной техники и программного обеспечения, обязанное удовлетворять требованиям нормативных правовых документов по режиму секретности, противодействию техническим разведкам и технической защите информации.

Опыт коллективов, внедривших электронный учебник в образовательный процесс, в большинстве случаев показывает увеличение заинтересованности студентов, повышение качества образования, активность студентов и повышенную мотивацию к процессу самообучения ^[13]. К достоинствам электронных учебников относят в первую очередь доступность и мобильность данных средств ^[14], а также интерактивность подачи материала ^[15]. Проводимые исследования подтверждают оценки преподавателей в том, что электронный учебник положительным образом влияет на аффективную и психомоторную области обучения. При этом, некоторые исследователи не подтверждают значимые различия в когнитивной составляющей ^[16]. Отдельно стоит отметить особую практическую ориентированность дисциплин, связанных с защитой информации, что требует максимального сосредоточения визуальных и динамических компонент в учебном процессе, а не только ориентации на теоретическую подачу материала. Электронный учебник позволяет реализовать практическую составляющую в рамках единой структуры с традиционными материалами.

Разработка электронных учебников в России началась в 90-е года прошлого века и продолжается до сих пор. На данный момент существует некоторое количество уже разработанных учебников для отдельных дисциплин, однако их количество не так велико. Каждый учебник разрабатывается разными группами специалистов с учетом различных требований и специфик предмета и материала. Существует множество подходов к классификации видов электронных учебников, обычно основанных на содержательном, процессуальном, техническом и диагностическом основаниях. Мы выделяем следующие категории:
– по сложности исполнения – простые и сложные;
– по размещению материала – локальные и сетевые;
– по универсальности – зависимые и независимые от платформы;
– по степени открытости инфраструктуры учебника – открытые и проприетарные;
– по степени закрытости материалов – открытые и закрытые (характерно для дисциплин с материалами, составляющими государственную тайну).
Стоит отметить интересную тенденцию в появлении открытых (open-source) электронных учебников и методических материалов.

Требования, предъявляемые к электронным учебникам, можно разделить на общие и зависящие от дисциплины. Так, для дисциплин, связанных с информационными технологиями (в частности, информационная безопасность) критичным является наличие большого количества практико-ориентированных заданий по защите информации, сконструированных на базе учебника. Общими же принципами являются четкость и краткость изложения материала, высокий уровень пользовательского интерфейса и эргономичности решения. Разработку также усложняет тот факт, что длительная работа с электронным устройством и восприятие информации с экрана монитора или планшета, оказывает влияние на здоровье, поэтому цветовой гамме, шрифтам и прочим дизайнерским элементам учебника должно уделяться не меньшее внимание чем к содержательной части ^[17].
В контексте структуры электронного учебника по информационной безопасности, мы выделяем следующие составляющие, на которые должно быть обращено особое внимание:
– содержание (включает теоретические и практические материалы, демонстрационные элементы, структуру учебника);
– контроль и оценка (обратная связь, определение качества усвоения материала);
– техническая реализация (программные компоненты, навигация по учебнику, взаимосвязи между элементами учебника, интерфейс учебника).
– безопасность (включает технические, правовые и морально-этические аспекты учебного процесса в области защиты информации).
Некоторые основные принципы, которые были нами положены в основу требований к электронному учебнику по информационной безопасности веб-ресурса представлены на рисунке 1.

Рис. 1 – Основные принципы разработки электронного учебника

На схеме (рисунок 2) мы приводим основные составляющие структуры электронного учебника: содержательную, управляющую и закрепляющую).

Рис. 2 – Структура электронного учебника по информационной безопасности

Содержание учебника по информационной безопасности должно соответствовать современным представлениям о защите информации, подходам к решению проблем информационной безопасности ^[18]. В электронном учебнике мы рассмотрим основы информационной безопасности, вопросы законодательства в данной сфере, основные подходы к обеспечению безопасности компьютерных систем, аппаратную, программную и организационную составляющие.
Традиционные текстовые материалы и мультимедийные приложения обеспечивают наглядную иллюстрацию процессов, способствующую изучению материала. Интерфейс должен позволять получить легкий доступ в один клик к справочной информации, выдержкам из законодательства и основным терминам и определениям.
Учебник имеет блочную структуру и обеспечивает свободу выбора степени самостоятельности изучения материала. Упражнения и практические материалы способствуют самоконтролю. Закрепляющая составляющая содержит основные тестовые и лабораторные модули, которые позволяют определить уровень подготовки студента.
При использовании электронного учебника в процессе проведения закрытых занятий, требуется обеспечить следующие составляющие:
– наличие у лиц, участвующих в реализации образовательного процесса, соответствующего уровня допуска к государственной тайне;
– наличие у образовательного учреждения нормативных правовых документов по обеспечению режима секретности и их выполнение;
– осуществление работы с электронным учебником только в помещениях, удовлетворяющих требованиям нормативных правовых документов по режиму секретности, противодействию техническим разведкам и технической защите информации.

Для разработки современного электронного учебника требуется обеспечить хороший уровень продуманности каждого из его компонентов. В первую очередь необходима программная оболочка. Мы выделяем следующие подходы, которые могут быть использованы при её разработке.

1. Перевод содержания традиционного учебника в машиночитаемый формат, иными словами, простая оцифровка учебника и дальнейшее использование его в электронном виде.
2. Использование более продвинутых форматов, поддерживающих гипертекстовую навигацию по разделам учебника. Одним из примеров такого формата можно назвать PDF.
3. Использование генераторов статических сайтов для разработки базы электронного учебника. В данном примере учебник представляет собой простой статичный сайт, который может размещаться на веб-ресурсе с доступом через интернет или быть собран в единый предкомпилированный файл для локального использования. В учебник могут включаться некоторые динамические элементы, предусмотренные генератором (опросы, тесты самоконтроля, обратная связь с преподавателем). К данной категории относят и учебники, созданные вручную на базе блогов, форумов или иных веб-ресурсов.
4. Использование профессиональных систем по типу Microsoft Learning Content Development System (LCDS) ^[19] или iSpring Suite ^[20]. Наиболее предпочтительный вариант, который является развитием предыдущего, однако данные решения имеют значительно более высокую стоимость, что не всегда доступно авторам учебников.
5. Собственные решения. Данный вариант, как правило, используется большими компаниями для подготовки собственных авторских курсов. Примером могут выступать курсы компании Cisco ^[21]. Однако, при наличии у авторов учебника достаточной квалификации, они могут разрабатывать гибридные решения на базе всех вышеперечисленных.

Важным для нас является возможность разделения материала и программной инфраструктуры электронного учебника на составляющие с разными уровнями допуска. Наиболее удобным для этого является пятый подход, который позволяет динамически влиять на архитектуру и программное содержание учебника. В частности, можно разделить материал на открытый и закрытый, реализованные на базе разных носителей, но с результатами и частью закрепляющей компоненты в виде единого централизованного решения, что очень удобно для унификации системы контроля и оценки.

Для разработки электронного учебника по информационной безопасности мы сформировали следующие основные этапы.

1. Определение целей и задач разработки и использования электронного учебника в рамках преподавания дисциплин, связанных с информационной безопасностью и защитой информации.
2. Разработка содержательной компоненты учебника в соответствии с учебным планом и основными дидактическими единицами.
3. Разработка демонстрационных материалов и упражнений по разделам, определенным на предыдущем этапе.
4. Подготовка лабораторных работ, тестов и практических заданий.
5. Разработка программной составляющей электронного учебника, интеграция содержательной, управляющей и закрепляющей компонент в рамках разработанного программного обеспечения.
6. Апробация разработки и выявление неточностей.
7. Корректировка в соответствии с результатами предыдущего этапа и повторная циклическая апробация.
8. Выпуск готового продукта.
9. Постоянный мониторинг и актуализация содержания учебника после выпуска.
10. Проверка соответствия реализации учебника основным нормативным актам.

При создании электронного учебника по информационной безопасности будет использована авторская разработка, учитывающая возможность встраивания в текст учебника динамических визуализаций и лабораторных работ, а также позволяющая видоизменять структуру учебника в зависимости от наличия в нем материалов ограниченного доступа.

Были рассмотрены методологические аспекты разработки электронного учебника по информационной безопасности, в соответствии с которыми разработаны требования к содержательной, структурной и технической составляющим учебника, сформированы последовательные этапы создания соответствующего программного обеспечения. В дальнейшим планируется разработка данного учебника и проведение исследований эффективности его использования и влияния на учебный процесс.