新工科背景下的網絡安全綜合課程設計教學改革

劉 靜，賴英旭，楊勝志，楊淇善

（1. 北京工業大學 計算機學院，北京 100124；2. 北京工業大學 信息化建設與管理中心，北京 100124）

0 引 言

工程教育是高等教育的重要組成部分，作為旨在培養工程科技人才的高等教育重要類型，工程教育對國家經濟社會發展越來越顯示出其重要性。2010年6月，教育部聯合行業協（學）會等共同啟動了“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）。卓越計劃以強化工程實踐能力、工程設計能力與工程創新能力為核心[1]，卓越計劃的實施成為工程教育改革的一個突破口。參與卓越計劃的高校按照通用標準重構了課程體系和教學內容，在校內采用以學生為中心的研究性教學方法，基于問題的學習（Problembased learning）、基于項目的學習（Project-based learning）、基于設計思維的學習等教學模式的展開，激發了學生的學習興趣，強化了學生的工程能力和創新精神。企業深度參與學生的培養過程，建立聯合實驗室，提供實習職位，完善和優化了培養體系。卓越計劃將在2020年到期，總體上看，我國工程教育人才培養質量在一定程度上得到了提高，但還沒實現當初設定的目標，工程教育也沒有得到質的飛躍。

當前，世界范圍內新一輪科技革命和產業變革加速發展，以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟蓬勃發展，迫切需要培養、造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才[2]。新的經濟呼喚著新的工科建設，2017年6月教育部工作會議通過了《新工科研究與實踐項目指南》。會議指出新工科建設是“卓越工程師教育培養計劃”的升級版（簡稱“卓越計劃2.0”），加速提升我國工程教育質量進入國際第一方陣。新工科的目標是培養和造就一大批適應經濟社會發展需要的不同層次、不同類型、創新能力強的高素質工程人才，對標“工業4.0”和“工業互聯網”，為“創新驅動”“中國制造2025”“一帶一路”等國家發展戰略的順利實施提供豐富的人才儲備，為迎接新工業革命的需求和挑戰奠定堅實的人力資源優勢，從而增強我國的核心競爭力和綜合國力[3]。

近幾年，各個國家網絡安全問題呈現高發態勢，安全問題已經從企業層面提升到國家層面。網絡安全的本質是對抗，對抗的本質在攻防兩端能力的較量。網絡安全實質是人與人的對抗，不是購買和部署一批網絡安全設備、安裝一批軟件就能解決問題[4]。在規劃“中國制造2025”時，如果沒有安全保障，工業互聯網也將寸步難行。在新工科建設和國家安全形勢的推動下，將“新工科”目標轉化為實際操作，課程是最重要的一個環節。

1 網絡安全綜合課程設計教學現狀

網絡安全綜合課程設計是信息安全專業的學科實踐必修課，是一門理論和實踐操作強力結合的課程。繼程序設計、信息安全數學基礎、密碼學I、網絡協議分析、信息安全體系結構、安全協議等課程后，引導學生在理論學習的基礎上，通過網絡安全綜合課程設計使學生真正理解和掌握網絡安全的相關理論，通過應用所學習的知識，解決實際網絡安全的復雜問題。課程面向解決復雜工程問題的能力培養，充分發揮學生的主觀能動性，讓學生做到“勤解決”“樂解決”“會解決”“善解決”。通過本課程的學習，可為后續在企業的實踐實習打下牢固的基礎。該課程理論知識和工程技能對后續工作實習課程起到重要支撐作用，實現從高校到企業的無縫銜接。

“新工科”背景下的課程改革要求以促進學生全面發展為根本目標。一方面要滿足學生的現實需求，適應學生前期的準備情況與個性特點，增強學生投入學習、自主探索的樂趣；另一方面要滿足學生未來發展的需要，從基于知識體系完整性過渡到基于發展學生的核心素質與能力。其次，課程改革以加深學生對工程的認識為總體方向，從以往單一的課程改革轉變為引導學生系統學習工程，大幅增加項目設計、學科交叉的內容，通過設置各種工程情境，指導學生深度參與，以工程師的視角體驗和看待工程。

針對“新工科”的目標和國家對網絡安全人才的新需求，發現網絡安全綜合課程設計存在以下幾個方面有待改進。

1.1 校企在課程建設上缺乏協同合作

面向未來的新工科擔負的責任遠遠超越了傳統工程領域的范疇。首先，新工科要解決復雜工程問題。復雜工程問題無法靠常用方法完全解決，大部分情況下需要綜合原理、技術和其他知識尋求新的解決方法，需要在復雜場景中解決非技術因素與技術結果之間存在的沖突[5]。這些復雜工程問題是行業企業在研發、生產、銷售中遇到的實際問題，而且不同行業的不同職業崗位的復雜工程場景和解決方式也存在很大的差異性。但高校教師缺乏企業的實際運營經驗，以往沿用的課程設計題目來自企業實際案例的裁剪，且題目數量較少，更新不夠及時，不利于學生形成自己的獨立思維。高校教師在擴充題目時也較難準確理解和把握復雜工程問題的特征，不能充分體現出現實的工程實踐問題。因此，需要校企協同合作對實際的復雜工程問題進行梳理和指導，才能有的放矢地進行課程改革。

1.2 教學內容依舊是面向學科的

新工科要求打破固有學科領域界限，形成體現多學科交叉融合特征的工程人才培養模式[6]。目前高校的學科門類還是壁壘森嚴，學術架構總體上來說還是面向學科的，研究型大學的教師還是以學術研究為主。然而網絡安全涉及數學、物聯網、人工智能、自動化、通訊等多個科學領域和技術門類，呈現多學科的交叉性和邊緣性。學科細分不應該是本科的范疇，在本科的教學內容上必須注重學科交叉與融合，課程的教學內容應面向產業、面向行業，甚至面向崗位，以培養行業急需的交叉復合型網絡安全人才。

1.3 學生評價未真正體現多元化

學生在大學期間的學習時間是有限的，但是新技術、新問題的出現一定會伴隨人的一生。學生離開高校后需要在實際工作中運用所學的知識和能力解決遇到的工程問題和復雜工程問題，但不要求他們能在同一時間、用相同的方式達成。傳統模式的課程評價體系采用統一標準的考核評價，缺乏學生能力指標的細化分解，因此無法采用多元的標準對學生進行“個性化”評價，無法促進學生的個性化發展。

2 課程教學改革內容

2.1 校企協同界定網絡安全復雜工程問題

由行業聯盟和高校互動合作，基于職業場景進行復雜工程問題界定，職業場景劃分為7個大類：安全產品銷售、網絡安全工程師、安全產品研發、網絡安全測評、信息安全監管、安全分析師和安全研究員，據此制訂每個職業場景的典型任務以及應具備的知識、技能和能力。各職業場景解決的復雜工程問題訓練遵照工程能力培養目標，由易到難分為3個層次，即初級復雜工程問題、中級復雜工程問題和高級復雜工程問題。在每一類職業場景的不同層次中，配套相應的課程內容單元、實踐練習、科技競賽、科研項目、企業實習等。以網絡安全工程師職業場景為例，復雜工程問題實例見圖1。

校企合作在課程教學環節構造認知沖突，為解決復雜工程問題形成一個較為合理的思維意向，使學生能以網絡安全知識為主，綜合利用所學交叉學科知識、經驗“同化”和“索引”出當前工程問題的解決方案，從而針對新的、更復雜的問題，建構新的解決方法，最終確保學生在畢業后具備“解決復雜工程問題”所需的能力和素質。

2.2 面向行業設計教學內容

課程教學內容主線為“分解知識點學習—綜合訓練—微創新引導”，綜合運用所學知識解決復雜工程問題，滿足學生個性化發展需求，注重激發學生的創新能力。部分課程教學內容舉例見表1。

在網絡安全綜合課程設計中為學生提供一個實踐實訓平臺，平臺的題目由企業和高校教師根據2.1中構建的復雜工程體系設計。在題目的設計過程中著重研究不同類別題目的前后時序關系和結合方式等，明確每個題目的職責、指標達成度。實踐實訓平臺的題目切實地注重學科交叉與融合，有針對性地培養行業急需的交叉復合型網絡安全人才。另一方面，學生個體存在差異性，行業崗位具有復雜性，教師可以根據學生的情況，從平臺中選擇不同的教學內容供不同能力水平的學生選擇。學生根據自己的情況和能力期望選取相應的、適合自己的課程單元，不再用固定的教材和內容等限制教師和學生。

在課程學習基礎上，學校引導學生完成科研型作品，參加全國大學生信息安全競賽和全國大學生計算機大賽。針對個性化的發展要求，做到讓不同發展需求、不同職業規劃、不同能力特點的學生能夠各取所需，找到提升自身能力的途徑，順利銜接隨后的工作實習。

圖1 復雜工程問題實例

表1 部分課程教學內容舉例

2.3 建立面向個性化的多元化考核評價系統

教育的核心工作之一是善于“發現”，一要精確發現學生能力與培養目標之間存在的差異，修正培養模式中相應的課程單元環節；二是要發現每位學生的稟賦，因材施教，并進一步激發專長、支持成長，滿足個性化發展需求。“發現”即是力求確保培養目標的達成度、穩定性、可持續性。

建立學生能力評價系統，見圖2。一方面可以發現學生的優勢能力，為學生提供豐富、多元、可選擇的課程單元，促進該項能力個性化、精細化提升；另一方面可以對比不同年度相同年級的各項評價指標，深入分析影響因素，找出課程中存在的問題，反饋修正教學內容。保證人才培養質量的可控和穩定，實現工程實踐與創新能力提升的精準性和高效性。

3 結 語

圖2 學生能力評價系統

北京工業大學信息安全專業2011年入選卓越計劃后，優化了課程體系，加強了教師的工程培訓，在提高學生工程實踐和創新能力等方面不斷進行改革探索，培養了一批企業和社會認可的卓越工程師，取得了良好的效果[7-10]。在課程的教學改革中，注重新工科的標準和新產業的要求，培養學生找到問題、學習問題、分析問題、解決問題的方法和思路，最終具備復雜工程問題解決能力。充分了解學生發展中的需求，關注個別差異，為學生提供一個可以自主選擇課程內容的空間，使每個學生都能找到自己的興趣點和深入學習。通過網絡安全綜合課程設計的學習和培養，學生可以逐漸適應未來網絡安全技術不斷發展變化的需求。