信息安全專業網絡與網絡安全課程群建設

　　摘要：圍繞北京工業大學信息安全專業建設情況，詳細介紹網絡與網絡安全課程群設置與建設情況，探討網絡安全課程群的教學方法和實踐教學改革思路，強調理論與實踐相結合的教學方法，形成工程訓練、自主學習、創新培養并舉的特色教育理念，取得良好的教學效果。
　　關鍵詞：信息安全專業；網絡與網絡安全課程群；工程訓練；自主學習
　　
　　1研究背景
　　隨著網絡及信息技術的發展，網絡和信息安全風險日益增長。在全球范圍內，計算機病毒、網絡攻擊、垃圾郵件、系統漏洞、網絡竊密、虛假有害信息和網絡違法犯罪等問題日漸突出。據有關國家信息安全機構統計，我國每年被黑客攻擊的網頁達10萬數量級，釣魚網站數量占世界總量比例偏高，位于我國的僵尸網絡的肉雞數量位于世界的前列，分布式拒絕服務的受害者數量非常龐大。如何保證網絡的安全性，已經成為全社會關注的問題。如應對不當，可能會給我國經濟社會發展和國家安全帶來不利影響。提升網絡普及水平、信息資源開發利用水平和信息安全保障水平，是國家近年來的信息化發展戰略之一。
　　社會對網絡安全人才的需求量在不斷擴大，急需大量具有扎實理論基礎并受過良好工程實踐訓練的網絡安全人才。培養網絡與網絡安全人才，對推動國家的網絡與信息安全工作有重要意義[1-4]。如何使高校的本科生教育與社會需求接軌，為社會培養有用的網絡安全技術人才，是我們在網絡與網絡安全課程體系建設中需要考慮的重要問題。
　　本文主要圍繞北京工業大學信息安全專業建設情況，對網絡與網絡安全課程群的設置與建設情況進行詳細介紹，探討網絡與網絡安全課程群的教學方法和實踐教學改革思路。
　　2網絡與網絡安全課程群設置
　　北京工業大學信息安全專業于2003年在計算機學院成立，到2005年，建成了具有初步規模的信息安全專業教學與實驗環境。近幾年來，在國家和北京市的支持下，專業建設取得突飛猛進的進步。2007年，本專業被教育部批準為第二類特色專業建設點，2008年被北京市教委批準為特色專業，2010年被評為北京市重點學科。網絡安全是北京工業大學信息安全交叉學科的一個重要研究方向。
　　在沈昌祥院士的帶領下，信息安全專業以“立足北京、服務北京”為基本辦學定位，加強課程體系和教材建設，強化實踐教學，緊密結合國家和北京市的經濟社會發展需求，推進專業建設與人才培養。該專業逐步形成了滿足培養國家和北京市經濟和行業發展急需的信息安全專業創新型應用人才需求的教學體系。網絡與網絡安全課程群是我校信息安全專業建設的一個重要內容，該課程群主要培養信息安全系本科生在網絡與網絡安全方面的理論基礎和實踐能力[5-7]，要求學生掌握網絡和網絡安全基本理論知識，學會規劃網絡和配置網絡，并具備使用防火墻、VPN、病毒防治等工具維護網絡安全的能力。在課程群的課程教學內容安排上，充分體現由易到難、由淺入深的教學規律，并注重理論與實踐相結合的原則，圖1展示了信息安全專業課程的拓撲圖，其中網絡與網絡安全課程群設置用灰色陰影文本框表示。
　　現行的信息安全專業的本科教學計劃包括計算機網絡基礎、計算機網絡基礎實驗、路由與交換技術、網絡設計、網絡安全防護、信息安全體系結構、信息安全標準、安全協議、安全協議課設、計算機病毒防護、無線網絡安全、防火墻技術、應用服務器安全等系列課程，建立了一定規模的實驗環境。為了更好地安排上述課程群的教學內容，我們結合信息安全專業不同年級學生的特點，進一步制定每一年的教學目標，使整個課程群的教學內容成為一個有機整體。
　　針對一年級學生，主要是培養學生的學習興趣和奠定專業基礎。計算機網絡基礎是為信息安全專業新生開設的第一門專業課程，在信息安全整個課程體系以及網絡與網絡安全系列課程群中起著舉足輕重的作用。這門學科的內容博大精深，涉及到眾多的概念、原理、協議和技術，它們以錯綜復雜的方式彼此交織在一起。為應對計算機網絡在內容上的廣闊度和復雜度，使學生能夠在學習整個體系結構中某部分的具體概念與協議的同時，也能夠掌握每一層協議在整個網絡系統中所處的地位和作用，我們采用自底向上和自頂向下相結合的方法。該方法能夠使學生在對計算機網絡的概念、原理和體系結構有深入了解的基礎上，又能對協議和技術及其內在聯系有一個全局的掌握，形成比較系統的知識體系。在該課的基礎上，第二學期開設的計算機網絡基礎實驗課程加深學生對計算機網絡各層協議功能和基本工作過程的理解與掌握，以驗證性和演示性實驗為主，培養學生的學習興趣，使學生在一年級就能輕松接觸到網絡相關知識。
　　針對二年級學生，我們開設了路由與交換技術、網絡設計、網絡安全與防護，培養學生在組網和網絡配置方面的能力，同時使其了解網絡面臨的安全威脅，并具有簡單的安全防護知識。通過路由與交換技術課程的學習，學生將了解路由與交換的基本知識，掌握各種路由與交換技術的特點及其基本原理，培養學生的局域網組網與管理能力，使學生能夠根據具體環境和應用目的設計合理的拓撲結構，組建網絡，并具備解決網絡中常見問題的基本技能。網絡安全與防護使學生了解企事業網絡中存在的威脅，掌握安全評測的基本理論與方法，掌握網絡安全策略的設計與實現、安全事故處理的基本方法。通過該課程學習，學生將學會網絡安全防護的方法，為學生從事企業安全網絡設計與網絡管理等工作打下一定的基礎。
　　針對三年級學生，為了加深他們對網絡安全知識的理解，我們開設了信息安全體系結構、安全協議、信息安全標準課程。信息安全體系結構課程圍繞如何構建一個安全的信息系統，并對構建安全體系結構的關鍵三要素(技術、管理和人員)之間的關系進行了詳細闡述。使學生掌握信息安全體系結構中的基本概念、基本理論、基本方法，在整體上認識構建一個安全的信息系統需要解決的主要問題，通過結合具體的應用案例分析，提高學生的綜合設計、分析和解決問題的能力。安全協議課程使學生能夠對網絡安全協議有一個系統全面的了解，掌握各層安全協議的概念、原理和知識體系，在實踐中學會應用網絡協議知識分析解決各種網絡安全問題。課程包括了許多網絡安全的案例分析，讓學生將課堂理論與應用實踐緊密結合起來，學會解決實際應用中的工程技術問題，了解設計和維護安全的網絡及其應用系統的基本手段和常用方法。通過信息安全標準的學習，學生對國際和國內信息安全領域制定的相關標準方面有一個基本的了解，并重點學習幾個信息安全領域中的核心標準。
　　針對四年級學生，注重對其網絡與網絡安全工程實踐能力和創新能力的培養，通過一些能反映網絡與網絡安全最新發展情況的計算機病毒防護、無線網絡安全、防火墻技術、應用服務器安全等專業選修課程，開闊學生的視野，為學生實習和就業打下基礎。計算機病毒防護課程既注重對病毒基本概念、作用機制和防治技術的闡述，又力求反映病毒防治技術的新發展，既兼顧課程的深度，又有一定的廣度。通過學習該課程，學生將掌握防治計算機病毒的基本理論和基本技術，為進一步深入學習網絡安全課程奠定了良好的基礎。無線網絡安全課程則使學生對無線通信系統及其安全有比較全面的了解，初步掌握無線通信的分類和各種類別的基本原理，以及無線網絡環境中的安全措施，為今后適應層出不窮的無線網絡應用打下基礎。防火墻技術課程使學生理解防火墻的基本知識，掌握防火墻的體系結構、關鍵技術以及構建、配置防火墻的基本方法，并對防火墻技術的未來發展方向有一定的了解。應用服務器安全課程主要講解計算機應用系統面臨的安全風險、應用安全涉及的相關技術和手段(包括數據存儲技術及其安全)、應用系統安全解決方案以及方案的典型實現。通過該課程的學習和實踐，學生能夠基本掌握設計計算機應用系統的安全方案應考慮的若干方面，能夠從系統的角度看待安全問題，并能綜合利用幾年來所學的安全知識解決系統的安全問題。
　　
　　3網絡與網絡安全課程群教學方法改革
　　在網絡與網絡安全課程群的教學中，我們強調理論與實踐相結合的教學方法，在抓好理論教學的同時，強化實踐教學，形成了工程訓練、自主學習、創新培養并舉的特色教育理念。鑒于在實踐教學和創新能力培養方面的有力措施和突出成績，我們在2010年獲得了北京工業大學優秀教育成果一等獎。
　　3.1強化實踐教學，提高學生的工程實踐能力
　　2007年，信息安全專業對實踐教學計劃進行了全面修訂，包括增加實踐教學環節的學分比例、提高綜合性與設計性實驗比例、設置自選設計環節、強化綜合設計和畢業設計環節、加強對實踐教學體系各個環節的規范化管理。
　　針對某些比較重要的理論課程，如計算機網絡基礎，我們設置了專門的實驗課程——計算機網絡基礎實驗。針對技術性比較強的課程，我們設置了課內實驗，做到理論與實踐相結合。例如對路由與交換技術、網絡安全與防護、安全協議、防火墻技術、計算機病毒與防護、應用服務器安全等選修課程，我們設置了課內實驗(包括設計性實驗和綜合性實驗)，使學生掌握高級網絡技術和具備維護網絡安全的技能。
　　課程設計是鍛煉學生系統設計能力的好機會，我們設置了安全協議課設課程。學生以小組形式進行課設，每個小組選出組長，負責一些協調工作，提高團結協作能力，使同學間互相幫助、取長補短、共同進步。
　　信息安全專業實習、信息安全綜合設計和畢業設計是信息安全專業比較重要的實踐環節，是促進學生綜合運用所學知識解決實際問題的關鍵。我校信息安全專業與太極、瑞星等單位建立了校內外實習基地，為學生提供了實習條件。信息安全綜合設計和畢業設計使學生能夠有機會參加一些工程項目的研發。綜合設計題目與內容選取有一定的工程實際背景，體現應用性、先進性、綜合性。畢業設計的題目主要來自企業或學校的科研項目。一些學生在公司完成實習和畢業設計，為順利就業創造了條件。一些學生在學校的科研環境中進行實習和畢業設計，為考研和進一步深造奠定了基礎。
　　3.2提倡自主學習，提高學生的學習積極性
　　自學課程的開設對教師提出了新的要求，要求教師改變傳統教學模式，探索有利于創新型人才培養的教學模式。我們開設自學課程的教學理念是：以學生自主學習為主，教師引導和啟發學生為輔。這不僅要求教師有豐富的教學經驗和較好的教學效果，還要有較強的責任心。該課程培養學生獨立學習網絡與網絡安全新知識，發現問題、分析問題、解決問題的自主學習能力，使學生能夠適應社會和網絡技術發展的要求。在網絡設計自學課程中，我們采用國外經典教材《Cisco Network Design》，引導學生自己學習教材和閱讀相關文獻資料，通過小組分工協作完成一個真實的園區局域網絡規劃方案設計，達到學以致用的目的。通過采用自評、互評、演講等多種形式來激發學生的參與力度，使學生能充分發揮學習的主動性和自覺性，把學生的興趣、愛好、學習、創新融為一體。
　　3.3通過創新活動，激發學生創新能力
　　結合網絡安全課程群的建設，我們為學生開設網絡與網絡安全的創新活動和創新實踐課程，利用第二課堂活動開展專業調查、社會實踐和競賽活動。具體采取了如下措施。
　　1) 以校企聯合的形式為學生舉辦多次安全知識的講座。邀請院士、總工程師、總裁等作相關報告，使學生更好地了解信息安全產業的發展狀況，對他們后續的工程實踐、實習就業有非常重要的作用。
　　2) 各種科技活動和興趣小組培養學生研究性學習和創新性實驗能力。例如，我們成立了網絡興趣小組，促進學生參加網絡技能訓練；鼓勵學生申請“北京工業大學星火基金”，培養學生的創新能力。
　　3) 通過組織各種競賽，引領學生在創新中成長。我們多次指導本科生參加思科網院杯全國大學生網絡技術大賽、全國大學生信息安全競賽。獲得一等獎2次，二等獎3次、三等獎2次。
　　4) 安排高年級本科生進入專業實驗室，鼓勵學生參與到教師的教學科研項目，逐步引導學生獨立從事科學研究工作。在指導老師的幫助下，一些學生已經獨立發表學術論文或與老師合作發表學術論文。
　　4結語
　　培養網絡與網絡安全的人才，對推動國家的網絡與信息安全工作有重要意義。我校強化實踐教學，提高學生的工程實踐能力；提倡自主學習，提高學生的學習積極性；通過創新活動激發學生創新能力，形成工程訓練、自主學習、創新培養并舉的特色教