曹飛　李清寶　姚偉平

［摘 要］網(wǎng)絡(luò)空間安全技術(shù)飛速發(fā)展，相對而言，部分高校的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐類課程存在教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)模式單調(diào)、考評方式單一等問題。為了更好地促進一流課程建設(shè)和教學(xué)改革，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力強、綜合素質(zhì)高的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)新型人才，文章基于OBE（Outcome?based Education）理念，介紹從成果導(dǎo)向式教學(xué)持續(xù)改進路線、任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)模式設(shè)計、價值產(chǎn)出型考核評價方法三個方面開展實踐課程教學(xué)改革探索研究的情況。

［關(guān)鍵詞］網(wǎng)絡(luò)空間安全；實踐課程；OBE理念；教學(xué)改革；人才培養(yǎng)

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）12-0078-04

OBE（Outcome?based Education）可譯為成果導(dǎo)向教育、能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育，是由威廉·G. 斯派迪（William G. Spady）等人在1981年提出的，目前已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。OBE理念強調(diào)，課程教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的目標(biāo)，是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向的特點。在實踐類課程教學(xué)中引入OBE理念，注重對學(xué)生能力導(dǎo)向培養(yǎng)，以滿足未來學(xué)生職業(yè)需求為目標(biāo)，對學(xué)生的考核評價更客觀全面，使學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性更強，教學(xué)效果十分明顯。

一、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程教學(xué)模式問題剖析

2015年6月，教育部發(fā)布了增設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間安全一級學(xué)科的通知，這表明網(wǎng)絡(luò)空間安全人才培養(yǎng)的重要性已上升到新高度。隨后，國內(nèi)一批高校設(shè)立網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，不斷完善課程體系、優(yōu)化師資隊伍，這些舉措對促進網(wǎng)絡(luò)空間安全一級學(xué)科的發(fā)展無疑具有十分重要的積極作用。但是，網(wǎng)絡(luò)空間安全作為新興學(xué)科，距離世界一流學(xué)科有不小差距，特別是相關(guān)人才儲備少、國外技術(shù)封鎖等問題的存在，對網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程教學(xué)水平的提升提出了迫切要求。

目前高校開設(shè)的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)典型課程主要有計算機網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)、現(xiàn)代密碼學(xué)、信息安全數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、大數(shù)據(jù)安全等，并且普遍設(shè)置有相關(guān)實踐課程。目前部分高校在相關(guān)實踐課程教學(xué)中，一定程度上還存在設(shè)施條件不完備、計劃安排不科學(xué)、考核方法不合理等問題，導(dǎo)致不能充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，無法真正做到將理論與實踐有效結(jié)合，也很難做到“教中學(xué)、學(xué)中做”，實踐課程教學(xué)效果并不理想。

目前，網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程教學(xué)模式的改革仍處于探索階段。以教學(xué)為主、實驗為輔的傳統(tǒng)教學(xué)模式注重理論知識點的覆蓋和積累，對學(xué)生動手能力、創(chuàng)新精神、綜合素質(zhì)和實戰(zhàn)能力的培養(yǎng)有待加強。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式主要存在以下不足。

（一）實踐課程教學(xué)目標(biāo)與人才培養(yǎng)目標(biāo)沒有充分結(jié)合對應(yīng)，缺乏動態(tài)發(fā)展性

網(wǎng)絡(luò)空間安全是一門綜合性和實踐性很強的學(xué)科，知識體系龐雜、技術(shù)更新迅速、學(xué)科交叉性強。相關(guān)課程教學(xué)不能只是簡單地講授基礎(chǔ)概念和原理，實踐課程任務(wù)也不能只是為了配合理論課程的驗證。應(yīng)當(dāng)設(shè)立成果導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動的課程教學(xué)目標(biāo)，跟緊網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展趨勢，讓學(xué)生在實踐中提升網(wǎng)絡(luò)空間安全分析與管理能力，實現(xiàn)培養(yǎng)具有較強的專業(yè)操作能力、創(chuàng)新實踐能力、綜合實戰(zhàn)能力的人的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）實踐課程內(nèi)容體系化不足，零散概念驗證和基礎(chǔ)原理操作類實驗科目太多，難以提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和系統(tǒng)分析能力

網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程內(nèi)容安排必須緊跟技術(shù)發(fā)展潮流，不斷豐富完善課程體系。部分學(xué)校開設(shè)的驗證性實驗和單一訓(xùn)練科目過多且零亂，設(shè)計性、啟發(fā)性、創(chuàng)新性和綜合性實驗太少，導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新能力和系統(tǒng)分析能力未得到充分培養(yǎng)和提升，特別是攻擊和防御兩個方面的專業(yè)技能鍛煉不足，網(wǎng)絡(luò)攻防對抗能力欠缺。

（三）實踐課程考核方法單一、評價標(biāo)準(zhǔn)簡單，欠缺多樣化激勵措施

網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程的考核評價最常見的方式就是實驗報告。僅依賴實驗報告的考核方式雖然簡單快捷，但存在諸多不足：一方面存在很多不可控因素，難以避免課下抄襲現(xiàn)象，成績評判的公平性難以實現(xiàn)；另一方面，考核內(nèi)容不全面，綜合攻防對抗能力突出的學(xué)生難以脫穎而出。這會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降、學(xué)習(xí)思維刻板固化，教學(xué)目標(biāo)無法很好地落實。

二、成果導(dǎo)向式教學(xué)模式改革

基于教學(xué)過程中存在的現(xiàn)實問題，為了建設(shè)更加科學(xué)、全面、前沿的網(wǎng)絡(luò)空間安全實踐課程，彌補教學(xué)短板，急需對網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程教學(xué)進行改革。將成果導(dǎo)向教育理念充分融合在網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程中，具有重要的現(xiàn)實意義。成果導(dǎo)向式教學(xué)模式改革主要涵蓋以下三個方面。

（一）成果導(dǎo)向式教學(xué)持續(xù)改進路線

針對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程體系，應(yīng)打破傳統(tǒng)工科學(xué)科建設(shè)思路，持續(xù)改進，不斷更新，有效解決課程教學(xué)目標(biāo)與人才培養(yǎng)目標(biāo)脫節(jié)的問題。以成果為導(dǎo)向的課程建設(shè)是一個需要持續(xù)改進和更新的過程。應(yīng)根據(jù)國家社會發(fā)展需要、行業(yè)職業(yè)需求、學(xué)校定位發(fā)展目標(biāo)、人才素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)等方面綜合確立教育目標(biāo)，依據(jù)教育目標(biāo)持續(xù)改進課程體系、課程大綱、教學(xué)模式、教學(xué)條件、教學(xué)評價等，結(jié)合科研成果向教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化、課程督導(dǎo)提升教學(xué)水平、科研與學(xué)術(shù)成果孵化等關(guān)鍵過程，最終基于人才培養(yǎng)質(zhì)量、教育成果質(zhì)量反饋，持續(xù)改進課程建設(shè)，整體上形成閉環(huán)。

（二）任務(wù)驅(qū)動型教學(xué)模式設(shè)計

重構(gòu)學(xué)習(xí)目標(biāo)、課程內(nèi)容與教學(xué)過程。在確定網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)之前，應(yīng)充分了解我國當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)空間安全需求與形勢，結(jié)合人才培養(yǎng)方案，革新教學(xué)目標(biāo)。教師應(yīng)通過布置任務(wù)調(diào)動學(xué)生實踐的積極性，重視學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)攻防動手操作能力培養(yǎng)；不斷優(yōu)化實踐課程教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的網(wǎng)絡(luò)安全需求，設(shè)計基礎(chǔ)技能訓(xùn)練、創(chuàng)新開發(fā)設(shè)計、綜合實戰(zhàn)對抗等多樣化板塊，遞進式設(shè)計不同難度的任務(wù)，有層次地推進實驗。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)以學(xué)生為主體，以O(shè)BE理念為引導(dǎo)，注重為學(xué)生提供自學(xué)環(huán)境。

（三）價值產(chǎn)出型考核評價方法

課程考核評價是為了評估課程目標(biāo)實現(xiàn)情況、學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況。教師應(yīng)基于OBE理念，綜合評估學(xué)生在實踐課程學(xué)習(xí)后的產(chǎn)出。網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程的評估可組合設(shè)置實驗報告、思考題作業(yè)、課堂實時匯報、科技創(chuàng)新設(shè)計、綜合實戰(zhàn)對抗等環(huán)節(jié)。其中，實驗報告主要考查學(xué)生的實驗完成度和質(zhì)量，以及邏輯和寫作能力。實驗后一般設(shè)置思考題，目的是深度挖掘?qū)嶒瀮r值，拔高實驗難度，考查學(xué)生的創(chuàng)新精神和鉆研能力。部分實驗科目可安排課上實時匯報，匯報形式可以包括講授、展示、提問和討論等，目的是考查學(xué)生對實驗的理解程度，以及分享學(xué)習(xí)創(chuàng)新方法和思路，加強學(xué)生之間的交流與溝通?？萍紕?chuàng)新設(shè)計環(huán)節(jié)重點開展設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗，也可結(jié)合國內(nèi)重要網(wǎng)絡(luò)安全賽事，還可讓學(xué)生獨立發(fā)表論文等，綜合考查學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與科研素養(yǎng)，融合課外成果與課程考核評價。綜合實戰(zhàn)對抗通過整理、綜合具有較強相關(guān)性和體系性的實驗科目，形成網(wǎng)絡(luò)安全綜合大實驗，突出攻防對抗思想，主要考查學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的綜合運用能力，側(cè)重網(wǎng)絡(luò)實戰(zhàn)化水平考驗。以上考評環(huán)節(jié)的設(shè)置，可有效避免僅依靠實驗報告導(dǎo)致的考核方式單一、評價不準(zhǔn)確的問題，從而給予學(xué)生科學(xué)、合理的課程評價，能夠充分調(diào)動學(xué)生爭優(yōu)創(chuàng)先的學(xué)習(xí)積極性，體現(xiàn)了以價值產(chǎn)出來評定課程成績的OBE理念的典型思路。

三、基于OBE理念的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程教學(xué)改革實例

隨著網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)不斷發(fā)展，其由“軟”到“硬”的發(fā)展趨勢越來越明顯，軟硬件協(xié)同的攻防技術(shù)需求越來越迫切，這就要求學(xué)生在具備軟件攻防技術(shù)能力的同時具備硬件攻防技術(shù)能力。為此，信息工程大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院率先開設(shè)硬件攻防技術(shù)課程。硬件攻防技術(shù)課程面向計算機科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)空間安全和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)，屬于專業(yè)選修課，前導(dǎo)課程主要包括計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機組成原理等。硬件攻防技術(shù)課程彌補了目前網(wǎng)絡(luò)攻防相關(guān)課程中有“軟”無“硬”的不足，解決了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)中無硬件攻防教學(xué)科目的問題。下面以硬件攻防技術(shù)課程為例，說明基于OBE理念的實踐課程教學(xué)改革措施。

（一）持續(xù)改進課程體系

課程體系與大綱設(shè)置方面，為了確保教學(xué)內(nèi)容的先進性和豐富性，實踐課程內(nèi)容主要來自三部分：首先是科研成果轉(zhuǎn)化，以課程組多年的芯片逆向分析成果、固件安全分析成果以及重要項目科研成果為核心進行內(nèi)容轉(zhuǎn)化；其次是行業(yè)需求調(diào)研融合，基于網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域所需知識與能力設(shè)置實踐科目；最后是國內(nèi)外前沿硬件安全領(lǐng)域成果的歸納吸收。以上內(nèi)容都需與時俱進，不斷優(yōu)化。教學(xué)條件方面，開設(shè)專用硬件安全研究實訓(xùn)室，配置示波器、邏輯分析儀、萬用表、Arduino和樹莓派開發(fā)板等實驗設(shè)備，支撐實驗科目，并且豐富教學(xué)內(nèi)容，完善課程體系。

（二）教學(xué)模式設(shè)計

基于OBE理念，優(yōu)化硬件攻防技術(shù)實踐課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、課程內(nèi)容與教學(xué)過程。

該課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)主要針對學(xué)生在知識、技能、素質(zhì)三個層面的水平提升。知識目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生加深理解、加強掌握常見硬件攻防的原理、方法以及技術(shù)實現(xiàn)手段等；技能目標(biāo)是從系統(tǒng)軟件、硬件和軟硬件相結(jié)合的角度培養(yǎng)并提升學(xué)生的硬件攻防對抗能力；素質(zhì)目標(biāo)是完善網(wǎng)絡(luò)攻防知識體系，增強學(xué)生的硬件攻防意識，培養(yǎng)綜合素質(zhì)過硬、學(xué)科覆蓋廣泛、知識能力全面的網(wǎng)絡(luò)安全人才。整體上，體現(xiàn)了目標(biāo)導(dǎo)向教育理念。

該課程內(nèi)容設(shè)計思路包括三點：以硬件攻防實際案例為載體優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，以硬件攻防理論難點為中心推進實踐內(nèi)容整合，以崗位硬件攻防能力為標(biāo)準(zhǔn)牽引科研成果轉(zhuǎn)化?；诖?，課程組設(shè)計了五大板塊實踐內(nèi)容，包括觀察思考、驗證利用、正向設(shè)計、逆向分析和綜合演練。橫向來看，整個內(nèi)容由易到難、由淺到深、從基礎(chǔ)到綜合、從實驗到實戰(zhàn)。為了進一步挖掘?qū)嵺`內(nèi)容、凸顯“兩性一度”，課程組站在體系結(jié)構(gòu)角度，對實踐內(nèi)容進一步重構(gòu)和劃分，分為設(shè)備級、模塊級和芯片級，讓學(xué)生能夠從宏觀到微觀理解硬件攻防原理并進行實踐。

在教學(xué)實施過程中，以學(xué)生為主、教師引導(dǎo)為輔，采用硬件目標(biāo)任務(wù)驅(qū)動法，以不同的硬件設(shè)備作為安全研究對象，提高學(xué)生興趣，調(diào)動學(xué)生積極性，引導(dǎo)學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)。采用硬件實體攻防講解示范法，以具體設(shè)備安全案例引入，以點帶面鼓勵學(xué)生舉一反三、創(chuàng)新實踐。采用綜合實戰(zhàn)小組合作法，以專業(yè)需求為牽引，合理分解硬件攻防任務(wù)，著重引導(dǎo)學(xué)生合作探究，最終實現(xiàn)教中學(xué)、學(xué)中做、做中評。

（三）考核評價方法

以“USB接口脆弱性分析與驗證”這次實踐課為例，為有效評價學(xué)生的實驗效果，課程組設(shè)計了“四維一體”的考核評價辦法。

其中，實驗過程評價占40%，課程目標(biāo)是基于Arduino開發(fā)板設(shè)計一個USB HID攻擊工具，功能自定義，例如自動關(guān)機、藍屏、文件加密、文件隱藏等，評價維度具體細(xì)分為實驗完成度、難易程度和創(chuàng)新程度。加強過程性考核，將理論與實踐有機結(jié)合，深鉆實驗原理。通過難易程度考核，鼓勵學(xué)生不畏困難、敢于挑戰(zhàn)。通過創(chuàng)新程度考核，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計發(fā)散性實驗，舉一反三并自主創(chuàng)新。實驗報告評價占20%，考查學(xué)生的邏輯思維能力與文字撰寫功底。思考題作業(yè)評價占20%，考查學(xué)生分析問題、解決問題的能力，深化課上知識理解、培養(yǎng)技術(shù)鉆研精神。成果展示評價占20%，鼓勵學(xué)生交流分享自己的實驗成果，通過互評促進學(xué)生爭先并體現(xiàn)公平性。具體評價細(xì)則如表1所示。通過上述教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計以及教學(xué)實施創(chuàng)新，滿足“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)要求。除此之外，課程組在其他實驗科目中也設(shè)置了團隊合作、論文競賽、綜合實戰(zhàn)演練等不同考核策略，整體上，綜合學(xué)生實驗過程中的價值產(chǎn)出，評估學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況，積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

四、結(jié)語

培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)人才，必須要重視網(wǎng)絡(luò)空間安全實踐課程教學(xué)的前沿性、綜合性、發(fā)展性，必須開展成果導(dǎo)向、能力導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向的課程改革和教學(xué)創(chuàng)新。面對網(wǎng)絡(luò)安全形勢不容樂觀、強化網(wǎng)絡(luò)安全的需求日益增強的現(xiàn)狀，本文剖析了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實踐課程教學(xué)模式存在的問題與不足，提出了成果導(dǎo)向式教學(xué)模式改革思路，并以硬件攻防技術(shù)實踐課程為例，探討了教學(xué)改革的措施。在OBE理念引領(lǐng)下建設(shè)完善網(wǎng)絡(luò)空間安全實踐課程體系，有助于不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，為我國網(wǎng)絡(luò)攻防領(lǐng)域培養(yǎng)更多素質(zhì)全面、技術(shù)過硬的專業(yè)人才。

［ 參 考 文 獻 ］

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［責(zé)任編輯：周侯辰］