在計算機科學與技術專業教學中引入信息安全學科內容的探討

1引言

隨著通信技術和因特網的快速發展，隨著國家黨、政機關電子政務網絡的普遍建設和應用，計算機網絡中涉及國家機密的信息安全面臨極大的威脅，已經成為敵對勢力竊取的主要目標。信息安全的目標就是要保護信息免受各方面的威脅，以確保業務的持續性并盡可能減少損失。信息安全具有保密性、完整性、可用性、可控性和不可否認性等主要特性。

信息安全學科是由數學、計算機科學與技術、信息與通信工程等學科交叉而形成的一門綜合性學科。目前主要研究領域涉及現代密碼學、計算機系統安全、計算機與通信網絡安全、電子商務/電子政務系統安全等。[1]

當前國內對信息安全人才的需求量特別大，主要的需求單位包括政府、工商、稅收、電信、銀行、證券、保險、軍隊、公安、政法、社會保障、電力、能源、民航、公路交通、科研與教育、信息產業和一般企業，等。

2000年，教育部首次批準武漢大學開辦信息安全專業，在隨后的幾年中又先后批準(備案)了包括北京郵電大學、西南交通大學等在內的四十余所大學開辦信息安全專業。目前我國已經形成了包括博士后、博士生、碩士生、本科生等在內的信息安全人才培養體系，并且已經培養出了一大批在國內外信息安全領域內有相當影響的高水平人才。但是與我國巨大的人才需求相比，信息安全專業人才需求缺口特別大。據2004年不完全統計，國內對信息安全專業人士的需要量高達30余萬人，但是，國內從事信息安全的專業人才(包括博士后、博士生、碩士生)只有3500人左右。

由于我國的信息安全專業還是一個新辦專業，其課程體系、人才培養模式等還處于積極探索階段，近幾年國家對設立信息安全專業的控制也很嚴格。因此，除了依托信息安全專業系統培養信息安全專門人才以外，在其相關專業設立信息安全研究方向，也是緩解我國信息安全人才需求缺口的好辦法。

由于計算機科學與技術專業的知識結構、課程體系與信息安全學科的知識結構、課程體系比較相近，只需適當增加與信息安全有關的課程和實踐環節，即可使計算機科學與技術專業的學生能比較系統地掌握信息安全的基本理論、方法和技術，以勝任信息安全相關工作，緩解我國對信息安全專業人才極度需求的現狀，提高我國信息安全從業人員的整體素質和水平。

本文結合作者在哈爾濱工程大學計算機科學與技術學院的教學工作，就如何在計算機科學與技術專業教學中引入信息安全學科有關內容進行了探討，包括課程設置、實踐環節設計、實驗室建設等內容。

2課程設置

2.1課程設置原則

課程方案的設置要服務于人才培養目標。信息安全專業發展戰略研究報告[1]中提出的信息安全專業的培養目標是：培養適合社會主義現代化建設需要，德、智、體、美全面發展，擁有較高的思想道德修養、科學文化素質和社會責任感，具有扎實的數理基礎、較好的外語和計算機技術運用能力，掌握信息安全的基本理論與技術、計算機與網絡通信及其安全技術以及信息安全法律、法規等方面的知識，能運用所學知識與技能分析和解決相關的實際問題，具有較高的綜合業務素質，具有較強的實踐、創新與知識更新能力，可以在政府、國防、金融、公安和商業等部門從事信息安全產品的研發、信息系統安全的分析與設計、信息安全技術的咨詢與評估服務、信息安全教育、信息安全管理與執法等工作的高級專門人才。

課程方案的設置要符合學科特點。信息安全是一個多學科交叉的綜合性學科，其學科基礎包括數學、密碼學、計算機科學與技術、電子科學與技術、信息通信與通訊工程等學科的內容。因此，課程設置要涵蓋上述學科的知識點，從而構成完善的知識體系。

課程方案基于哈爾濱工程大學計算機科學與技術專業培養方案(2005年版)[2](以下簡稱原有方案)的課程體系進行設計，以體現計算機科學與技術學科基礎，保持我校計算機學科專業的既有特色和優勢。

2.2課程設置方案

根據原有方案的基本架構，設立公共基礎與通識教育平臺、學科與專業基礎平臺、學科與專業特色平臺、學生自主選擇平臺四個課程平臺，在每個課程平臺下設置若干理論課和實踐環節。公共基礎與通識教育平臺和學科與專業基礎平臺下的課程為必修課程。在學科與專業特色平臺下，設有專業主干課和選修課(指定選修課和任意選修)。在學生自主選擇平臺下，針對學生畢業后的去向(就業、保研、考研)，分別設置社會調查、部分研究生基礎課程或數學、外語、政治選修課程。

參考全國高校本科信息安全專業規范[3]和相關高校計算機學院信息安全專業的人才培養方案[4]，結合我校計算機科學與技術學科專業的既有特色和優勢，我們可以對原有方案的課程體系作如下調整：

(1) 公共基礎與通識教育平臺下的課程保持不變。

(2) 對學科與專業基礎平臺下的課程進行調整，使其涵蓋數學、計算機、電子、通信學科的基礎內容。在原有方案中，已涵蓋上述學科的大多數課程，只需增加“信息安全數學基礎”、“通信原理”兩門課程。

(3) 對學科與專業特色平臺下的課程進行調整。專業主干課包括原有方案的“專業導論”、“計算機網絡”，以及新增的“現代密碼學”。在指定選修課的設置上，包含原有方案的“數據庫原理”、“算法設計與分析”，以及新增的“信息安全”、“網絡安全”。在任意選修課的設置上，包括原有方案的“軟件工程”、“數字信號處理”、“嵌入式系統”、“多媒體技術”、“網絡集成”、“Java與面向對象程序設計”，以及新增的“信息隱藏與數字水印”、“電磁防護與物理安全”、“信息內容安全”、“信息安全法律法規”、“網絡程序設計”、“網絡管理”、“Linux原理與應用”。

(4) 在學生自主選擇平臺下，設置“信息安全新技術講座”。

表1給出了一個計算機科學與技術專業信息安全方向的課程設置方案。

3實踐環節設置和實驗室建設

信息安全是一個實踐性很強的學科，為提高學生的實踐能力和創新精神，信息安全專業必須加強實踐環節的教學。除了理論課程中包含的課程實驗以外，專業實踐教學還包括獨立設置的實驗課程、課程設計、社會實踐、科技創新、工程實踐、畢業實習、畢業設計等多種形式。

(1) 獨立設置的實驗課程。包括原有方案中的“數字邏輯實驗”、“微機系統與接口實驗”和“計算機組成實驗”，以及新增的“計算機網絡實驗”、“信息安全綜合實驗”、“網絡安全實驗”。

(2) 課程設計。可進行“嵌入式系統設計”、“計算機網絡設計”和“信息安全工程系統設計”等一般性課程設計，也可以進行“程序設計綜合訓練”、“信息安全系統軟件”等大型應用軟件課程設計。課程設計可以在指導教師的組織安排下，由每個學生獨立完成，或組成項目組協同完成。

(3) 科技創新。參加數學建模大賽、程序設計大賽、電子設計大賽、嵌入式系統大賽、科技創新或發明大賽、創新或創業設計大賽，撰寫學術論文，等。

(4) 社會實踐。進行社會調查活動，由學校(學院)提出可選的調查題目，學生利用假期進行社會調查活動，并按格式要求寫出調查報告。

(5) 工程實踐。主要是電子工藝實習，要求掌握電路原理圖和PCB圖的繪制方法、焊接與電路調試方法，提高實踐動手能力。

(6) 畢業實習。聯系實習單位或進入學校的實踐基地，鍛煉自己的獨立工作能力。

(7) 畢業設計。結合科研項目和用人單位的要求，進行技術專題研究或工程設計。

表2給出了一個計算機科學與技術專業信息安全方向的實踐環節設置方案。

我校建有黑龍江省實驗教學示范中心——哈爾濱工程大學計算機實驗教學中心，其下設計算機基礎實驗室、計算機硬件實驗室、計算機軟件實驗室、軟件工程實驗室(ACM/ICPC程序設計大賽訓練基地)、計算機網絡與信息安全實驗室、計算機技術創新實驗室六個實驗室，設備先進、管理規范、師資優良。

計算機硬件實驗室可以為“數字邏輯實驗”、“微機系統與接口實驗”和“計算機組成實驗”等實驗課程提供場地、設備和師資。計算機網絡與信息安全實驗室可以為“計算機網絡實驗”、“信息安全綜合實驗”、“網絡安全實驗”等實驗課程提供場地、設備和師資。計算機技術創新實驗室和軟件工程實驗室(ACM/ICPC程序設計大賽訓練基地)可以為科技創新活動提供場地、設備和師資。依托計算機實驗教學中心和學院科研實驗室，結合研究生導師的實際科研項目，可以開展課程設計和畢業設計工作。學校工程訓練中心、校外實習基地、校外社會實踐基地可以提供工程實踐、畢業實習、社會實踐的場所。

4結束語

信息安全學科專業是一個新興的交叉學科，其發展潛力很大，各學校都在積極組織力量進行建設。本文基于作者教學實踐，通過對計算機科學與技術專業培養方案進行適當調整，在計算機科學與技術專業教學中引入了信息安全學科內容，這對計算機科學與技術專業設置信息安全方向具有一定的指導作用。通過相關課程的設置、實踐環節的設計、實驗室的建設，可使畢業生在扎實的計算機科學與技術知識體系下較為系統地掌握信息安全基本理論、技術和方法，進而培養出具有計算機學科特色的復合型信息安全人才，這對改善我國信息安全專業人才極度匱乏的現狀具有積極的促進作用。

參考文獻

[1] 電子信息與電氣學科教學指導委員會. 信息安全專業發展戰略研究報告. 高等理工學科專業發展戰略研究報告，422－437. 北京：高等教育出版社，2006.

[2] 哈爾濱工程大學計算機科學與技術學院. 哈爾濱工程大學計算機科學與技術專業培養方案(2005版)，2005.

[3] 北京郵電大學信息安全中心. 全國高校本科信息安全專業規范，教育部文件，2004.

[4] 武漢大學計算機學院. 武漢大學計算機學院信息安全專業培養方案，2006.

[5] 曲英杰，宋延強，馬興錄. 關于在計算機專業引入集成電路涉及有關內容的探討[J]. 計算機教育，2007，(2)：63－65.

作者簡介：馬春光(1974－)，男(漢族)，黑龍江雙鴨山人，副教授，博士，哈爾濱工程大學計算機科學與技術學院網絡與信息安全教研室主任、哈爾濱工程大學計算機實驗教學中心副主任，研究方向：密碼學、網絡與信息安全。張國印（1962－），男（漢族），山東黃縣人，教授，博士，博導，哈爾濱工程大學計算機科學與技術學院副院長，中國高等學校計算機教育研究會理事、中國電子學會嵌入式專家委員會委員、黑龍江省計算機學會理事，研究方向：嵌入式系統、智能信息安全。武朋(1974－)，女(漢族)，黑龍江齊齊哈爾人，哈爾濱工程大學計算機實驗教學中心實驗師。

基金項目：黑龍江省新世紀高等教育教學改革工程項目(具有計算機學科特色的信息安全課程體系改革與實踐)。