依托大學生創新實踐活動的信息安全人才培養模式研究

付紹靜，劉 丹，馬行空，王勇軍

（國防科技大學 計算機學院，湖南 長沙 410073）

0 引 言

隨著信息技術的飛速發展和不斷推廣，國家安全的內涵已從傳統意義上的國土安全拓展到信息網絡空間的安全。因此，培養大量高水平信息安全人才，對于構筑我國信息安全“長城”、維護國家安全、保障經濟建設和社會穩定具有重大戰略意義。

本科教育是我國人才隊伍建設的重要和基礎性環節。本科生的創新能力培養是本科階段人才培養模式改革的一個重要內容。國內高校在學科規劃、課程體系、實驗教學、專業實習等多方面獲得了許多教學改革成果，但主要集中在課內教學或教學計劃內環節的范疇。近年來國外大學秉承精英教育理念提倡差異化教學和個性化培養，其中一個重要方式就是組織大學生在課外開展自主創新實踐活動，典型代表是美國大學較早開始設立本科生自主科研項目，并積極建設相關服務平臺引導其成果化和產業化。在國內，以全國大學生創新創業訓練項目、全國大學生信息安全競賽等為代表的信息安全類創新實踐活動對于營造熱烈的教學改革氛圍、開創通過自主創新實踐活動進行本科生創新能力培養的教學改革實踐新局面，對于提高本科生的創新設計能力、綜合創新能力，均有重要的作用，這已成為全國眾多高校的共識。圍繞大學生創新實踐活動，不斷加大力度提高創新能力培養水平，能夠有效調動學生投身信息安全創新實踐的積極性，促進學習，增強自信。事實上，大部分成功申報大學生創新訓練項目或參加信息安全競賽獲獎的學生最后都順利成為碩士研究生繼續深造，甚至成為博士研究生，并在科研工作中表現優異。

1 國內外研究現狀分析

1.1 美國高校信息安全專業人才的創新實踐訓練模式

美國高校的信息安全人才創新實踐訓練主要采用“知識傳授+科學創新+技術能力”模式。該模式承擔著基礎知識傳授、專業技能培訓和創新能力培養的重任，對信息安全創新能力培養提出了更高的要求。在教學上，注重科研推動教學，將科研融入教學，把信息安全領域的最新發展狀況及時地在課程中反映出來。這一方面促進學生綜合能力的提高，培養其科學素質，另一方面促進本科階段課程與研究生課程的銜接，為學生進入研究生階段開展科研工作打下基礎。在實踐教學上，設置了豐富的課程實踐內容，每一門課有多個時間項目，每個項目規定提交時間。另外，還有豐富的小組合作型開放性實驗，以增強學生的團隊合作精神。

此外，依托網絡安全類競賽提升學生創新能力的做法在美國也受到重視。比如美國國土防衛部對黑客會議和競賽給予資助，并將其作為建設21世紀網絡空間安全工作力量計劃的一個重要環節。美國的高等院校也認識到黑客競賽對于提高網絡空間安全人才培養質量的作用，積極鼓勵在校學生參與相關競賽。

美國高校網絡空間防御競賽是美國高校學生可參與的最高水平的安全競賽，每年都吸引大量高校學生參加。美國西點軍校等軍隊院校表現活躍，多次獲得冠軍。該競賽仿照DEF CON主辦的Capture the Flag (CTF)競賽。在DEF CON的CTF競賽中，參與者圍繞計算資源展開技術難度極高的攻擊和防御。這一競賽由DDTek、Kenshoto和Ghetto Hackers等安全專家提供技術指導，現在已成為政府、軍隊、企業、學術界共同關注的創新活動。

1.2 國內高校信息安全專業人才的創新實踐訓練模式

經過多年發展，國內的信息安全人才培養體系已涵蓋了從本科、碩士到博士的3個階段，培養了一大批信息安全方面的專業人才。2016年，國內29所高校的網絡空間安全一級學科博士授權點獲批，這些高校在人才培養中重視學生創新能力培養，已取得一定成績。

1）武漢大學。

武漢大學是國內第一所創辦信息安全專業的高校，該校制定出國內第一個信息安全本科專業課程體系、教學計劃和課程大綱，出版了國內第一套信息安全系列教材；創建了國內第一個信息安全專業實驗室。在信息安全人才培養模式創新研究方面，武漢大學也進行了一系列改革和創新。

（1）實踐教學體系改革。武漢大學的信息安全實踐教學在基礎驗證實驗和綜合設計實驗的基礎上，增加研究創新型實驗層次，并逐年加大創新型實驗層次的比重，以滿足學生綜合思維能力和創新能力的培養需求。

（2）實踐教學過程的方式方法改革。在“基礎驗證—綜合設計實驗—研究創新實驗”3個層次實驗的具體實現方式上，武漢大學將基礎驗證教學安排在課間；把綜合設計實驗安排在講授課堂完成后，集中一周或兩周進行；研究創新實驗內容主要來源于學校的科研項目、學生興趣選題，以及產業界的應用需求。

（3）依托全國大學生信息安全競賽的學生創新實踐。武漢大學長期以來一直以全國大學生信息安全競賽為抓手，引領信息安全人才專業的培養，按信息安全競賽流程的模式全方位培養學生能力。從最初學生一個創意開始，到學生組隊協同完成一項創新的科技作品，直至最后答辯演示作品，全方位培養學員的專業能力和綜合素質。

2）北京理工大學。

北京理工大學是首批設置信息對抗技術本科專業的院校之一，多年來為國防建設和社會發展培養并輸送了一大批信息安全高素質人才。北京理工大學在信息安全創新實踐訓練模式的改革和創新主要為如下幾個方面。

（1）重視信息系統安全與對抗基本原理和方法的傳授，以信息系統安全與對抗為抓手，構建了一套注重學生綜合素質和科學思維能力提升的人才培養體系。

（2）以學科建設和科學研究促進教學，創造形式多樣的本科生創新實踐培養方法。在學科知識競賽、實驗和畢業設計中培養學生團隊合作精神，并在教學各個環節注重學生理念的培養。該校通過每年舉行面向本科學生的信息安全與對抗大賽激發學生的興趣，從而使實驗不斷得到完善和創新，其知識和成果的積累又促進了專業的建設。

3）國防科技大學。

國防科技大學一直積極應對信息安全創新人才的培養需求，2005年，在計算機科學與技術學科下增設信息安全二級學科；同時，依托軍隊指揮學下的密碼學二級學科開展信息安全學科建設。作為一所軍事院校，該校信息安全專業學生的創新實踐訓練模式具有自己鮮明的特色，具體包括如下幾個方面。

（1）學員的信息安全創新實踐和網絡空間軍事實踐相結合，創新實踐課題往往來源于網絡空間的安全防護和作戰一線的具體需求，學員可以在貼近實戰的條件下進行訓練。

（2）對本科學員采用全程導師的創新培養模式，學生從大一開始即接受導師指導，在導師引導下結合部隊需求進行創新課題的研究，導師的選拔非常靈活，講師也可以申報。

（3）建有和網絡空間軍事任務結合非常緊密的信息安全演訓實驗室，實踐科目貼近網絡空間安全防護和作戰，實踐指導教師也大多具備豐富的經驗。

除了上述3所高校外，其他大學也非常重視結合信息安全專業建設，依托信息安全實驗室推進信息安全人才培養模式的創新實踐，在信息安全專業技術領域內組織、引導創新實踐活動。在上海交通大學、西安電子科技大學、電子科技大學、北京工業大學等在信息安全專業實踐教學具有特色的諸多大學中，十分重視開展創新實踐活動，如在實驗室中建設創新實踐基地，開設和組織管理創新實踐項目，通過實驗室提供產學研結合平臺等。

綜上所述，依托雄厚的專業基礎、良好的實驗環境、專業的實驗設備和組織管理，國內高校如武漢大學、北京理工大學、國防科技大學等在依托創新實踐活動的信息安全人才培養模式方面初步取得了一些成果，積累了若干經驗。但是，綜合目前情況看，在信息安全創新能力培養上，大多數高校還存在幾點不足。

（1）系統性和研究性不強。目前各國內高校在組織大學生創新訓練項目、信息安全競賽等信息安全實踐活動計劃時還停留在執行教改措施、推廣教改方法的層面，缺乏主動從模式、方法以及條件建設多方面對通過自主創新實踐活動進行本科生自主創新能力培養這一問題的系統性研究。

（2）缺乏一個行之有效的教學體系，來綜合課堂教學、實踐課程以及課外創新實踐的成果，使之形成合力，使學生得到綜合的創新訓練。

（3）創新實踐活動形式和類型比較單一。目前在實際實施中，各個學校作為各類計劃實施的主體，還存在內容設計簡單和相互簡單借鑒的現象，基本以自主科研課題或信息安全競賽為單一組織形式，項目類型也較為局限，在一定程度上局限了自主創新能力培養的覆蓋面和深度，對培養基礎研究方面和復合型的自主創新能力支持的力度不夠，也欠缺對其他個性化自主創新能力的發掘培養。

2 措施與建議

針對上述提到的3點不足，筆者認為可以從以下3個方面完善培養模式，以切實提升學生的研究能力和創新能力。

2.1 以夯實學生信息安全創新能力培養的基礎為抓手，全面推進多類型層次化的信息安全自主創新實踐活動的模式改革

培養學生信息安全創新能力，需要學生具備堅實的信息安全專業知識基礎和相應的分析、綜合、選題、資料查找、研發技能以及團隊協作精神，因此，應從以下幾方面進行研究。

（1）依托信息安全類理論課程夯實學生功底。開設的理論課程需要涵蓋信息安全數學基礎、密碼原理與應用、安全協議理論與應用、安全體系結構理論與技術、信息對抗技術、網絡安全技術等信息安全理論。同時在教學中加大實踐部分，使學生能夠通過實際操作理解相關知識。

（2）通過信息安全類課程設計等實驗課程，重點鍛煉學生的設計、開發能力，要求學生掌握開發工具、開發的方法。例如，可以將網絡攻防課程設計和信息安全課程設計作為本科生的必修課程，在課程中設置網絡偵查、拒絕服務攻擊、緩沖區溢出攻擊、防火墻、入侵檢測、密碼學應用、安全審計、主機安全、病毒技術、安全協議、虛擬專網等具體的實驗模塊，學生完成這些模塊的同時，初步掌握信息安全的開發工具和基本開發方法。

（3）面向全校各年級的學生開設面向信息安全競賽的培訓課程。重點講解在信息安全競賽中需要的選題、資料查找、文檔寫作、課題答辯的相關技能，使學生在本科時就能接觸大量科學研究的技能，打好創新的基礎。

2.2 以實踐為核心，構建完整的創新實踐和能力培養教學體系

（1）課程內容體系的建設以實踐為核心。在實驗課程建設中，要重點研究各類綜合性實驗與設計性實驗的設置，使這些實驗能真正提高學生的實際動手能力、綜合知識能力和創新能力。強調程序設計能力，使其達到一定的水平。要求學生熟練掌握通用安全產品的配置和使用技能。

（2）建設實驗教材和相關的培訓講義。精選經典教材，結合自編教材，不斷充實信息安全領域的最新成果，強調實驗中的編程開發能力。充分利用已有相關實驗設備，開發難度高、示范性效果好的組合實驗系統，并編制相應的實驗教材。對于對抗特色明顯的高校，可以編寫網絡攻防課程設計、軟件逆向分析等教材，通過高水平教材豐富能力培養教學體系。

（3）加強實驗室軟環境建設，軟環境主要包括實驗平臺建設與大型復雜實驗的設置。經過“十二五”建設，大部分高校目前已經具有硬件條件良好的信息安全實驗室。然而實驗軟環境建設相對薄弱，應當基于虛擬化技術加強實驗平臺建設，并依托網絡環境，完成能支撐網絡攻防、漏洞利用、逆向追蹤、數字取證等復雜信息安全實驗復雜實驗的設置。通過延長實驗室開放時間，讓學生有較多的動手機會、創新機會。

2.3 依托高水平科研，形成貫穿人才培養全過程的創新實踐體系

信息安全技術和新應用日新月異、推陳出新，涵蓋了區塊鏈、大數據安全、人工智能安全、物聯網安全、云計算安全等新興應用領域，單純依托教科書開展的教學活動無法適應科技發展的速度，也無法滿足信息安全專業的創新人才培養的需求。高水平科研多以社會的重大需求為導向，具有高度的學科交叉性、問題導向性、專業系統性。依托高水平科研實現教師、學生、資源的互動，可以促使科研方向和教學方向高度統一，滿足人才培養的需求。

（1）科研課題融入創新實踐活動。科研課題一般具有未知因素多，探索性、創造性、技術創新性強等科學研究特性，學生的創新實踐活動（如大學生創新創業訓練計劃項目、全國大學生信息安全競賽等）都需要與科研相一致的創造性、技術創新性。因此，將包括信息安全領域的新動態、前沿科技及該領域技術發展的新近成果等內容融入學生的創新實踐活動, 可使學生的創新實踐活動與技術發展接軌，符合市場和應用的需求。

（2）突出實踐能力和科研能力的融合培養。信息安全創新能力的培養最終還是要體現到“做”上。要依托前沿科研建立完善的創新訓練體系，強化實踐，以信息安全領域相關工程項目為載體，讓學生深入參與項目研發和實踐研究，使學生通過項目鍛煉形成科技創新型人才的素質，切實提升學生的研究能力和創新能力。

（3）依托優勢科研打造培養平臺，形成貫穿本科全階段的科研培養體系。通常，高校在優勢科研方向積累深厚，教師隊伍規模大、教學科研經驗豐富，科研實踐條件完善。針對優勢科研方向，依托全程導師制盡早進行專業方向應用和工程實踐的學習，應貫穿從相關課程學習、課程實驗、課程設計、綜合實驗、課外競賽、生產實習和畢業設計的多個環節。

3 結 語

本科生的信息安全創新能力培養是本科階段信息安全專業人才培養模式改革的重要內容。本文針對目前國內高校在學生信息安全創新能力培養方面存在的不足，提出全面推進多類型層次化的信息安全自主創新實踐活動的模式改革，以實踐為核心構建完整的創新實踐和能力培養教學體系，依托高水平科研形成貫穿人才培養全過程的創新實踐體系三位一體信息安全人才培養模式綜合實踐。期望本文提出的措施和建議，對于國內高校信息安全人才培養體系的建設具有一定的指導意義。