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1、项目四 析结构、找文件 任务1 FAT32文件系统结构分析-4.1.1 FAT32文件系统结构分析一、教学分析任务名称任务4.1.1 FAT32文件系统结构分析课程名称数据备份与恢复课程性质专业核心课专业名称信息安全管理课程类型理实一体先修课程信息安全技术与实施后续课程计算机取证技术与应用授课方式线上线下混合、工单任务、虚拟仿真、小组合作授课学时2学时授课时间2022.4.6、2022.4.7授课地点理实一体化教室4103、4405、15-201授课班级信安2002、信安2003、信安2004、信安2005授课教师高灵霞、廖艳授课教材国家“十二五”规划教材数据恢复技术、1+X证书制度试点教学用
2、书数据备份与恢复内容分析根据五标准、一方案，即信息安全与管理专业教学标准，“电子数据分析师” 国家职业技能标准，“网络安全运维”职业技能等级标准（X 证书），“芯片级维修与数据恢复”国家技能竞赛规程标准，数据备份与恢复实施性课程标准，以及信息安全管理专业人才培养方案。参考校企合编十二五国家规划教材，结合1+X证书制度试点教学用书，将课程重组为五个项目。本次课的内容为项目四任务1，FAT32文件系统结构分析、子任务4.1.1 FAT32文件系统结构分析。U盘是现在大学生或工作人员非常喜爱使用的便捷存储设备，但在使用过程中由于电脑突然断电，打开文档时不小心把U盘拔出，造成U盘损坏或不能读取数据。所
3、以了解U盘结构，熟悉FAT32文件系统管理方式，对U盘数据的恢复起到很重要的知识理论支撑。同时对FAT32分区的DBR扇区是逻辑分区的起始扇区，也是病毒，操作容易破坏的地方，熟悉DBR扇区组成，BPB参数，对U盘系统数据的恢复是非常重要的。学情分析知识技能基础1.通过子任务4.1.1的学习，学生已经掌握了FAT32文件系统结构，了解文件系统概念和功能，对FAT32文件系统分析提供了一定的理论基础2.通过学情调研测试，发现有3名学生对主引导记录重建的方案优化题目回答错误，说明对FAT32文件系统结构分析有待进一步提高认知实践能力1.通过子任务4.1.1的训练，学生能够分析FAT32文件系统结构，
4、会使用虚拟磁盘模拟分析环境2.通过课前调研了解了FAT32文件系统结构。但是测试显示，学生对FAT32文件系统结构分析有待提高学习特点1.学生喜欢借助手机APP、微课、动画、仿真软件等信息化手段学习2.学生实操欲望较强，具有一定的自主学习能力，喜欢挑战任务，通过完成任务来获得成就感教学目标素质目标1. 良好的职业道德教育2. 注重工作流程和操作规范3. 学生能立足专业，遵守数据恢复工程师职业操守和注意事项知识目标1. 学生熟悉FAT32分区组成结构2. 学生掌握引导扇区主要内容3. 学生理解簇的概念能力目标1. 学生能分析FAT分区结构2. 学生能利用备份和重要参数修复引导扇区3. 学生能计算
5、出数据区起始扇区教学重点及解决措施教学重点：掌握FAT32文件系统结构分析，DBR扇区的重要组成 解决措施：1.课前布置任务，学生查阅资料，分析FAT32文件系统结构2. 课中教师引导，构建虚拟仿真环境，小组合作，指定解决方案，进行仿真验证3. 课后要求学生仿真故障，强化技能，并安排学生到数据恢复与计算机取证研究中心进行实战，拓展能力教学难点及解决方案教学难点：重要的BPB参数含义，计算数据区起始位置解决措施： 1. 课前通过慕课堂发放FAT32文件系统结构相关资料2. 在仿真实验中，课中通过仿真实验分析强调重要的BPB参数含义，计算数据区起始位置3. 课后要求学生仿真故障，来强化对FAT32
6、文件系统中BPB参数的理解二、教学策略教学资源 中国大学MOOC学习网址：http:/www.icourse163.org/learn/preview/cqcet-1002526030?tid=1463444550课程资源（微课、PPT、动画、作业、测试、讨论）自主学习，个性化学习 中国大学慕课堂慕课堂二维码： 全程教学管理、实时采集数据，记录学生的学习行为，学生成绩评定和调整教学策略。动画课件辅助学习，帮助理解，攻克教学难点。 企业案例工学结合，以工单任务，引出本次课的任务，提高学习兴趣。虚拟仿真通过虚拟故障磁盘验证数据恢复的效果，降低实训成本,优化设计方案。企业级实训基地通过数据恢复与计算
7、机取证研究中心，推动产教融合，提供技术交流服务。技术论坛技术论坛“硬盘基地”：学习数据备份与恢复的新技术,新应用，拓展视野。 QQ 群师生交流，答疑解惑，企业导师分享案例与经验。 教学策略课程以“德技并修”为逻辑起点，秉承“学生为主体、教师为主导”的育人理念，以项目为驱动，实施“德育”与“专业”双线育人模式，“博学、审问、慎思、明辨、笃行”为学生学习的阶梯线，“模-诊-练-验-战”为课堂实施的教学线，双线并举，以传统文化之魂，探数据备份与恢复之魄，涵养学生新时代精神，实现知识目标和价值目标的协调统一，尽职履责捍卫国家数据安全，护航国家迈入数字经济蓝海。三、教学整体设计项目四：析结构、找文件任务
8、1：FAT32文件系统结构分析4.1.1 FAT32文件系统结构分析四、教学实施.1. 课前准备环节（用时）内容教师活动学生活动设计意图测学情模场境【检测学情】1. 查阅资料，了解FAT32分区结构2. 课程教学平台，自主探究FAT32文件系统结构3. 在慕课堂完成课前测、在线讨论【模拟场境】4. 通过虚拟磁盘技术模拟FAT32文件系统结构分析训练场境1.查资料：慕课堂推送学习资料，布置资料查询任务。2.答疑惑：慕课堂平台讨论区答疑，聚焦学生疑点。3.课前测：慕课堂平台推送课前检测题单。4.模场景：依据教学内容，学情分析，通过虚拟磁盘技术模拟训练场环境。1.析任务：登录慕课堂，下载学习资料，查
9、看课前和课中任务。【解决教学难点】2.互合作：小组协作，完成课前查询资料，上传慕课堂。3.勤自学：在中国大学MOOC平台，自主探究主引导记录重建过程。4.先预习：完成课前测题单，在讨论区师生、 生生交流。1.教师以“模”为策略，引出课堂任务。5. 2.学生通过查阅资料，线上自主探究FAT32文件系统结构，分析方法，结合课前测，完成专业知识考核，引导学生“博学”。3.教师通过课前测过程性评价结果。依据教学目标、结合学情，模拟训练场境，确定教学重难点给出解决方案。2. 课中探究环节（用时）内容教师活动学生活动设计意图析任务（10分钟）【分析任务】1. 展示FAT32文件系统破坏现象2. 引出工单任
10、务1.现故障：展示操作系统故障现象2.寻故障：U盘的操作不当，断电，使用中拔出，引起打开格式化对话框，是DBR扇区遭到了破坏。3.引任务：发放模拟故障的虚拟磁盘。提问学生：U盘的物理结构中有几个分区，分区类型是什么？1.观现象：观看操作系统故障现象提示磁盘未格式化，无法打开磁盘数据。2.答疑问：小组活动，头脑风暴，回答故障原因 断电、使用中拔出、病毒工具等。3. 析任务：打开模拟故障系统，分析任务，回答问题U盘有1个分区。1. 通过故障展示，分析FAT32文件系统结构2.“诊”知识要点，体会数据恢复的重要性，明确任务需求。探真知（20分钟）【探索真知】1. 讲解文件系统的引入2. 详细讲解FA
11、T32文件系统结构1.讲知识：在文件系统中，除了存储文件的数据内容和文件名外，还记录了文件的相关信息，比如创建和修改的日期时间、文件属性等 提问1： 我们常见的文件管理系统有哪些？ NTFS， FAT32， FAT16，WINFS 提问2：文件系统在什么时候创建？（1） FAT文件系统FAT文件系统是一种用于个人计算机小型操作系统的文件管理方案，最初由IBM公司用于DOS操作系统。特点：FAT文件系统结构较简单，管理方便，但不具备用于商业系统的安全性、容错性、保密性等特点（2） FAT32分区结构在FAT32分区内部，由保留扇区、FAT表和数据区三个部分组成。（3） DBR扇区组成跳转指令令，
12、跳至引导程序处BPB记录了该分区的参数信息DBR负责执行系统引导功能引导扇区结束标志2.讲技能：（1） 数据区的起始位置计算：根目录的位置保留扇区数+FAT表扇区数2（2）理解簇是存储文件的基本单位 FAT分区的数据区用于存储文件数据，存储文件的基本单位是簇。簇大小一般由格式化程序自动指定。 要求：打开1个记事本，输入些数据进行保存。查看文件属性大小。（3）掌握恢复FAT32分区DBR扇区的6个重要参数（重点：通过模板掌握BPB参数）1）每簇扇区数：2）保留扇区数：3）当前扇区前的隐含扇区数：4）当前分区的扇区总数：5）每个FAT表所占有的扇区数：6）卷的序列号：提问：将FAT32分区扇区DB
13、R破坏，哪些数据丢失，如何恢复？1.记重点：（1） 学生记录文件系统实现对分区文件的管理，不仅存储文件名和文件数据，还存储相关文件属性信息。重点记录文件系统0号扇区是分区的起始扇区，不是磁盘的0号扇区。（2） 在磁盘管理器中创建一个4G的虚拟磁盘模拟U盘。或使用自己U盘。回答文件系统有FAT32，NTFS系统等回答文件系统在分区格式化时创建。（3） 掌握FAT32分区结构找到对应扇区位置。（4） DBR扇区的组成熟悉跳转指令、OEM代号、BPB参数、引导程序和55AA结束标志组成。2.学技能：（1） 掌握FAT32分区的数据区起始位置掌握数据区起始位置是根目录的位置。保留扇区数+FAT表扇区数
14、2（2） 熟悉簇是文件的存储单位，打开记事本熟悉查看。（3） 通过打开模板查看BPB参数，掌握6个重要参数。 【解决教学难点】分组讨论回答： 将FAT32分区扇区DBR破坏，哪些数据丢失，如何恢复？1.引导学生“审问”，理解重难点知识。2.小组活动，教师引导共同探究分析FAT32文件系统结构。3.掌握数据恢复技术及注意事项，便于优化方案，合理设计实施计划。练技术（40分钟）【演练技术】FAT32文件系统分析仿真实践1.做引导：引导学生实验环境搭建，检测学生完成情况登记。 通过winhex把DBR扇区破坏（1） 通过6号扇区备份恢复，查看学生恢复情况（2） 完成FAT32分区数据填报登记学生信息
15、。计算数据区的起始扇区是（ ）（3） 通过DBR扇区的模板记录以下参数，查看学生记录情况a) 每簇扇区数：（ ）b) 保留扇区数：（ ）c) 当前扇区前的隐含扇区数：（ ）d) 当前分区的扇区总数：（ ）e) 每个FAT表所占有的扇区数：（ ）f) 卷的序列号：（ ）十进制（4） 将0-6号扇区清零，通过创建100M的虚拟磁盘划分FAT32分区，拷贝DBR扇区到损坏磁盘的DBR扇区，修改第4步记录的数据，保存查看学生恢复情况（5） 在指导过程提醒学生尊重操作规范，发扬大国工匠精神，精益求精。（6） 查看学生完成情况，必要时给与总体技能传授1.做环境：学生完成搭建实验环境，完成后通知教师检查。2
16、.定计划：各小组针对工单任务制定实施计划3用工具：1）运用相关工具完成实验环境搭建，通知教师检查。2）完成FAT32结构数据登记通知教师检查。3）完成FAT32分区DBR模板登记参数，通知教师检查。4）完成虚拟U盘恢复，通知教师检查。（4）步骤记录根据真实实验过程，记录详细步骤，并上传至平台。【育人案例】FAT文件系统遵行已用了多年的软件方法来进行规范。在1977年由比尔盖茨等人为了管理磁盘而发明。初期的FAT就是现在俗称的FAT121.教师加强指导，学生“慎思”，寻找问题解决方法。2.课中“练”，通过仿真实践，学生通过FAT32文件系统分析锻炼分析能力。3.教师过程性评价学生完成情况，在实践
17、中引导学生耐心专注，逐步养成热爱劳动的良好习惯，达自立。验成效（20分钟）【检验成果】检验学生成效，总结经验划重点：（1）FAT32分区的逻辑结构有哪几部分组成？ 保留区，两个FAT区，根目录，数据区（2）FAT32分区的DBR扇区有哪几部分组成？ 跳转指令、OEM代号、BPB参数、55AA（3） 在FAT32分区中DBR扇区BPB参数记录了哪些信息？哪些参数恢复FAT32分区的重要信息。隐藏扇区数、保留扇区数、FAT表容量、分区容量、簇的大小，分区序列号。（4）实验中出现的问题及解决方案做总结：（1） FAT32分区的逻辑结构有保留区，两个FAT区，根目录，数据区组成。（2） FAT32分区
18、的DBR扇区有 跳转指令、OEM代号、BPB参数、55AA组成（3） 在FAT32分区中DBR扇区BPB参数重要信息。隐藏扇区数、保留扇区数、FAT表容量、分区容量、簇的大小，分区序列号。（4）实验中出现的问题及解决方案1.师生共“验”，展示成果，分享经验，促进小组之间相互学习，取长补短，达成共同进步。2.提高学生表达能力，增加自信，通过“明辨”，拓展思路，学习其他同学好的想法。3.教师引导学生梳理知识点，巩固知识和技能，提高学生总结概括能力。3. 课后拓展环节（用时）内容教师活动学生活动设计意图仿故障【模仿故障】做仿真，模拟磁盘故障，进行恢复1.布任务：协助学生模拟磁盘故障仿真。2.做改进：
19、学生工单任务，分析学情完善教学策略1.多探讨：小组活动，通过虚拟磁盘技术模拟磁盘故障，进行仿真恢复。2.出结果：完善工单任务，上传学习通1.教师和学生遵守“耐心专注”的职业素养。2.通过仿真，模拟磁盘故障，拓展技能，“笃行”。3.通过数据恢复与计算机取证研究中心进行数据恢复训练提升能力，强化实“战”。4.形成终结性评价考核结果，以小组互评，教师评价的方式，达成课程培养目标。强实战【强化实战】到数据恢复与计算机取证研究中心进行数据恢复实战1. 组织学生到数据恢复与计算机取证研究中心，观摩学习或参与磁盘恢复实战 2. 协同数据恢复大赛指导教练对学生进行现场指导。1. 学生小组活动，认真观摩学习磁盘
20、恢复技术、积极参与实战。【解决教学难点】2. 积极参加数据恢复大赛学生团队，争取通过选拔。五、考核评价评价方式课程实施“五步三全育人”理念（全员育人、全程育人、全方位育人），推进课程思政建设，制定以“学生”为中心，动态的“五元评价”考核体系，从课前测、课中练、单元测、课堂表项、工单任务五个方面考核。教学效果1.学生通过课前查阅资料，了解FAT32文件系统结构分析。2.通过师生共同探究，掌握分析FAT32文件系统结构方法。3.通过课中仿真实验与恢复成效展示，学会了使用磁盘编辑工具Winhex、虚拟磁盘工具。特色创新1.利用磁盘编辑工具分析FAT32文件系统结构，培养学生“立足专业”分析文件系统结
21、构，能“自立”完成任务。 2.采用虚拟磁盘技术，仿真实验环境，节约成本3. 采用工单任务，工学结合，模拟职场情境，提高学生综合职业技能。反思改进1.通过课前测，有92%学生掌握知识技能，8%左右学生知识不牢固，提出预警差异指导对应学生。2.通过课堂师生交流，知识讲授与技能培养掌握情况良好，要加强操作技能检查，改进教学策略。3.通过工单任务完成情况以及学生自我评价，改进工单任务内容。工单任务任务名称FAT32文件系统结构分析学 时2班 级学生姓名小 组成 员小组任务成 绩个人任务成 绩使用工具Winhex, 磁盘管理工具学习场地实训机房日 期任务需求：一天，李先生在使用U盘操作电脑的时候突然遭遇
22、停电。当来电后再次打开电脑，插入U盘FAT32分区时，屏幕提示该分区未格式化，该分区无法访问。李先生想到里面有很多重要资料，不敢乱动，请来工程师小王帮忙解决问题。小王做了初步检查，发现该分区的引导扇区被破坏了，导致在打开分区的时候，系统无法识别。李先生想要尽快地恢复数据，同时能保持该分区中原有的目录结构，因此小王决定对该分区的引导扇区进行修复，从而恢复系统对该分区的正常访问。任务目的：（1） 学生能分析FAT分区结构（2） 学生能能利用备份和重要参数修复引导扇区（3） 能计算出数据区起始扇区，全面提升分析、计划、实施和监控数据备份与恢复任务的能力查阅资料：了解FAT32分区结构计划与决策（1）
23、 根据任务需求，提供采用提供可行的解决方案。（2） 学生能够创建虚拟磁盘划分分区，模拟实验环境，检验是否与真实相符（3） 学生根据FAT32分区结构，DBR扇区组成，BPB参数分析，计算数据区起始扇区，簇的大小，恢复FAT32分区数据。 任务实施；1. 知识链接（1）FAT32分区结构在FAT32分区内部，由保留扇区、FAT（文件分配表）区和数据区三个部分组成。FAT1FAT2根目录数据区引导扇区保留区FAT32分区（2）FAT32分区的DBR组成 跳转指令，OEM代号，BPB参数，引导程序和结束标志 （3） 数据区的起始位置计算：根目录的位置保留扇区数+FAT表扇区数2（4） 簇的概念 FA
24、T分区的数据区用于存储文件数据，存储文件的基本单位是簇。簇大小一般由格式化程序自动指定。 打开1个记事本，输入些数据进行保存。查看文件属性大小。（5） 恢复FAT32分区DBR扇区的6个重要参数1）每簇扇区数：2）保留扇区数：3）当前扇区前的隐含扇区数：4）当前分区的扇区总数：5）每个FAT表所占有的扇区数：6）卷的序列号：2任务实施步骤（1） 在磁盘管理工具中，创建1个4G的虚拟磁盘模拟U盘，划分1个FAT32分区，并向该分区中存放适当文件。（2）使用Winhex工具打开虚拟磁盘的逻辑分区，把0号DBR扇区，选取部分字节数据，填充随机数据来破坏分区DBR扇区。 （3） 将虚拟磁盘在winhe
25、x工具中保存退出，在磁盘管理工具中分离并附加该虚拟磁盘。 （4） 实验环境搭建好，使用winhex打开该虚拟磁盘（通过分区打开不能识别文件系统），双击磁盘结构中的分区1，进入分区的起始扇区。发现DBR扇区被破坏。（5） 可以通过6号备份扇区写入0号DBR扇区进行恢复。然后打开“我的电脑”查看该分区是否恢复。（6） 分析FAT分区结构通过导航按钮，填写FAT分区信息参考图：填写如下数据：簇的大小：隐含扇区保留区FAT1FAT2根目录子目录（DATA）计算数据区的起始扇区是（ ）（7） 通过DBR扇区的模板记录以下参数记录恢复DBR扇区的重要参数a) 每簇扇区数：（ ）b) 保留扇区数：（ ）c)
26、 当前扇区前的隐含扇区数：（ ）d) 当前分区的扇区总数：（ ）e) 每个FAT表所占有的扇区数：（ ） （8）在winhex中将该逻辑分区中的0-6号DBR扇区内容清零，保存并关闭磁盘，查看“我的电脑”，打开该分区提示格式化。想想如何恢复。 （9）在磁盘管理工具中，创建1个500M的虚拟磁盘划分1个FAT32分区或把一个空闲区域划分FAT32分区，打开该分区，把DBR扇区数据拷贝到损坏磁盘的0号扇区，千万不能保存。通过打开模板修改第7步记录的6个数据，然后保存，看是否恢复。 归纳1：FAT32分区的逻辑结构有哪几部分组成？ 归纳2：FAT32分区的DBR扇区有哪几部分组成？ 归纳3：在FAT32分区中DBR扇区BPB参数记录了哪些信息？哪些参数恢复FAT32分区的重要信息。 提问：若DBR扇区及备份扇区破坏后，我们如何恢复呢？任务评估1. 请根据自己任务完成的情况，对自己的工作进行自我评估，并提出改进意见。（1）（2）2. 教师对学生工作情况进行评估，并进行点评（1）（2）3总结 考核评价自我评价共10分，分值标准：0 10组内互评共20分，分值标准：0 20小组互评共20分，分值标准：0 20教师评价共50分，分值标准：0 50总分