新工科背景下網絡安全態勢感知技術課程教學探索

孫佳佳 馬駿 常德顯

摘 ?要 新工科教育是為了更好地適應新經濟、新產業提出的人才需求而產生的一種新型工程教育模式。作為信息對抗技術專業一門重要的專業方向課，如何在新工科背景下提高網絡安全態勢感知技術課程的教學質量，培養以學生為主體的創新能力顯得尤為重要。針對現存的課程內容偏難、學生學習積極性不高等問題，從新工科對教學內容變革的要求出發，對教學內容、教學方法和考核方式進行探索和改進，以期達到提高課程教學質量的目的。

關鍵詞 新工科;網絡安全態勢感知;教學改革;翻轉課堂

中圖分類號：G642.3 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）12-0088-03

Research on Teaching of Network Security Situation Awareness under New Engineering Background//SUN Jiajia， MA Jun， CHANG

Dexian

Abstract New engineering education is a new kind of education mode to better meet the demand of talents in new industry and eco-

nomy. As an important specialized course， it is crucial to improve the

teaching quality of the course and to cultivate students innovation capability under new engineering background. In view of the diffi-

culty of the existing curriculum and the low enthusiasm of students， starting from the requirements of the new engineering for the change

of teaching content， improvement and exploration of teaching con-

tent， teaching methods and assessment methods are made to improve

the teaching quality.

Key words new engineering; network security situation awareness; teaching reform; flipped classroom

1 引言

網絡安全態勢感知技術課程是戰略支援部隊信息工程大學信息對抗技術專業的專業特色選修課。通過本課程的學習，要求學生掌握網絡安全態勢感知的基本流程;理解掌握網絡安全態勢數據采集、網絡安全態勢分析、網絡安全態勢評估以及網絡安全態勢預測等關鍵環節的基本原理和典型方法;具備運用態勢感知技術分析解決網絡空間信息防御中實際問題的能力。

新工科是在國家應對戰略需求和支撐產業轉型的前提下應運而生的，其目的不僅是培養在工程領域從事規劃、設計、施工、勘探、維護和管理等方面工作，具有高級工程技術和實際應用能力的人才，而且要培養在新形勢、新環境、新需求等情況下，適應高新技術發展需要且具有新型技術和綜合應用能力的專門人才，即為滿足國家戰略和新興產業的市場發展需求以及多學科交叉融合的新型工程技術的需求，培養工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才[1-3]。

因此，在這樣的背景下，特別是在習主席4·19講話以及《網絡安全法》和《國家網絡空間安全戰略》相繼出臺、網絡安全態勢感知被提升到戰略高度的背景下，作為一門重要的專業課程，網絡安全態勢感知技術課程需要思考如何結合新工科的思維來調整優化現有課程教學模式，以滿足新時代、新的使命任務對信息對抗技術專業的人才培養需求。

2 網絡安全態勢感知技術課程教學現狀分析

網絡安全態勢感知技術教學內容寬泛，涉及的基礎知識較多，主要內容包括網絡安全數據采集、網絡安全數據預處理、網絡安全態勢分析與評估以及網絡安全態勢預測等方面。課程內容包括繁多抽象的概念、模型以及算法，講授過程中又不可避免地要向學生介紹涉及的各種模型和算法，而受限于有限的課時，很多內容教員并不能充分展開，講課速度也較快，有時還需要學生課下對所學內容進行進一步的學習，因而對學習主動性不強的學生來說學起來可能會感到吃力。此外，網絡安全態勢感知技術涉及的知識相對零散，已有的內容多是研究者個人的研究成果，知識體系不夠嚴謹，使得學生無法進行標準化學習，在學習時很難快速形成完整的知識體系和宏觀認識，學習過程容易感到困惑。

以往教學過程中側重于向學生灌輸事實性知識，多偏重理論和技術的講解，而對其實際應用介紹相對較少，導致部分學生在初接觸這門課時提出“學這門課有什么用”的疑問，形成不好的第一印象，進而影響教學效果。而且教員基本采取課堂講授為主的傳統教學模式，課堂氣氛比較沉悶枯燥，又缺乏實踐環境，學生提不起興趣，教學效果事半功倍。此外，雖然網絡安全態勢感知技術作為一種實踐性很強的技術發展非常迅速，市場上已經有很多相關的產品面世，但其理論研究相對滯后，目前公開出版的適合本科生學習的教材鮮有耳聞。以往選用的教材也存在內容陳舊、重難點不突出、邏輯層次不夠清晰等問題，致使學生沒有合適稱手的教材作為學習的基本遵循。

考慮到網絡安全態勢感知技術涉及的諸多內容以及本門課選修課的定位，以往選擇以大作業的方式作為課程考核方式。但這種方式不僅無法體現學生平時學習的情況，給出過程性評價，而且從上交的作業來看，部分學生對所學內容只限于膚淺了解，更不用說靈活運用所學知識解決實際的網絡安全問題。

3 新工科模式在網絡安全態勢感知技術課程教學中的應用

新工科背景下，傳統學科的界限越來越模糊，現代工程問題往往要求不同學科協同合作來解決復雜問題;再加上網絡安全態勢感知技術本就是一個交叉性極強的研究范疇，內容涉及計算機科學、信息科學、工程學、行為科學、密碼學、統計學以及認知科學等諸多學科領域，因此需要在教學過程中充分考慮網絡安全態勢感知技術所涉及的交叉學科領域以改進傳統教學模式。

適度調整擴充教學內容 ?近年來，以人工智能、大數據技術為代表的新技術的成熟、應用與推廣，為大規模網絡安全態勢感知的關鍵技術創造了突破的機遇，其相互之間的結合也越來越緊密。因此，本學期在制訂課程教學計劃時，適時增加了有關大數據平臺和技術的內容，包括大數據主流平臺框架、大數據采集與預處理技術以及大數據的存儲和管理技術等;并在后續實例展示部分結合國內著名網絡安全廠商天融信的態勢感知系統加以講解，不僅使學生明白所學理論和技術很有用，而且向他們展示了如何將理論與實踐相結合，同時向學生傳達了要重視學科交叉、跨越人為劃分的學科界限廣泛深入學習的思想。

此外還調整增加了包括完整內容數據、提取內容數據、會話數據、統計數據、元數據、日志數據以及告警數據在內的網絡安全數據范圍部分的內容，旨在使學生從源頭開始，對網絡安全態勢感知關注的數據范圍有一個清晰準確的認識。而且提供給學生Wireshark、Snort等常用的安全分析軟件和相關資料供其在課外學習之用，從而一定程度上緩解了本課程純理論講授而缺乏實踐環節的不利影響。

豐富教學方法和手段 ?針對學生反映的課程內容偏難、聽不懂的問題，本學期在備課過程中，特別是在課堂設計時，充分利用動畫、圖片等方式，并結合生活中的實例，由淺入深、循序漸進，力爭將復雜抽象的算法模型具體化、形象化，從而加深學生對知識點的理解。如在講解態勢分析部分的信息融合技術時，從學生熟悉的盲人摸象的例子出發，引入信息融合的思想，進而引導學生自己得出在計算機領域信息融合的定義，然后類比人體中信息融合的過程，給出著名的JDL信息融合模型。考慮到該模型中包括目標評估、態勢評估、影響評估和過程評估在內的這四個關鍵環節比較抽象難懂，又結合中印洞朗對峙事件的整個過程對這四個環節加以類比說明以幫助其加深理解。

最后，從信息融合的諸多技術中選取原理相對簡單、應用比較廣泛、學生有一定基礎的貝葉斯網絡技術進行重點講解，并以對報警信息進行融合處理從而發現攻擊行為為例，對所學的貝葉斯網絡信息融合技術進行應用總結。從授課情況來看，學生參與度較高，課堂氣氛比較活躍，比較好地完成了預定的教學任務。

為了彌補傳統的以教師為主的講授方法無法滿足新工科注重提高學生的學習興趣、學習參與度、學習質量和能力培養要求的不足，本學期嘗試采用翻轉課堂的模式對部分章節內容進行設計，并結合考核評價方式以激勵學生充分參與課堂。如本學期授課時選取網絡資源比較豐富、內容相對簡單的態勢關聯分析技術這部分內容進行翻轉課堂的實踐。具體實施時，由學生以4～5人自由組合成為一個小組，并由組員推舉產生小組長，由小組長負責統籌安排本組的資料收集、PPT制作以及PPT宣講等事宜。以小組為單位進行討論，確定內容提綱并完成本章節的教學內容，然后通過小組互評的方式促使學生將本章節內容中的重難點討論清楚、掌握牢固。其間，教員適時進行指導、點評、總結提高。

在授課過程中，學生角色的轉變促使其學習態度發生改變，從而提高了學習效率和授課質量。與此同時，團隊分工協作的模式也使學生在吸收知識—課堂講授的過程中提升了自學能力、歸納總結能力和表達能力。

此外，為了進一步提高授課質量，筆者結合自身體會和對教學過程的反思，本學期在部分章節的授課過程中摒棄了以往因教學內容過多過難而采取的“撒胡椒面兒”式的教學方法，而采取案例式教學以達到既降低教學難度又增加內容深度的效果。如在講解網絡安全態勢評估部分的內容時，選取難度適中又非常有代表性的學者陳秀真的研究成果作為案例進行講解。在課前，先讓學生對課上要用的案例論文《層次化網絡安全威脅態勢量化評估方法》進行自學，課上再圍繞這個案例進行知識點的深入學習。從反饋的結果看，學生對這樣的教學方式接受度較高，講授內容也能較好掌握。

與此同時，將國內一些知名安全廠商如奇虎360、天融信以及安恒信息等的官方網址、最新信息動態以及官方微信公眾號等分享給學生，使其了解網絡安全態勢感知技術的最新進展和最新產品。此外，組建課程微信群，方便學生及時溝通課程學習過程中的問題和疑惑，通過即時溝通實現課后學習效果最優化[4]。

創新教學評價形式 ?教學評價是提高教學質量和促進學生發展的重要手段。因此，圍繞提高教學質量的最終目的，本學期加大了平時成績在總成績中的比重，并記錄學生課堂聽講情況、回答問題情況以及翻轉課堂的準備情況等作為平時成績的重要依據。此外，筆者還采用師生、生生多向問答的評價方式[5]。每個知識模塊的內容學習完成后會進行一次15分鐘左右的多向問答環節，并對深入思考過的、有創新性的提問或回答給予獎勵，以激勵學生積極參與問答環節。與傳統的教師提問、學生回答的方式不同，學生之間問答的氣氛更顯平等，更容易激發其參與的熱情并進而提高問答的質量。

4 結語

“沒有網絡安全就沒有國家安全。”網絡安全態勢感知技術作為提高國家信息安全保障能力的一種重要手段，正受到越來越多的關注。為了適應新工科的發展要求，提高課程教學質量，通過將新工科的思維與網絡安全態勢感知技術的課堂教學相結合進行教學改革探索，調整了教學內容，綜合運用了多種教學手段，并采用比較全面的考核方式以促使學生發揮自主學習的能動性，提高學生跨學科學習、綜合解決問題的能力，為新工科建設和維護國家網絡安全培養合格的應用型人才。

參考文獻

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[2]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017（2）：26-35.

[3]陳月明，高天昀，楊潤懷.新工科下人才培養體系建設的探索與實踐：以生物醫學工程學科為例[J].教育觀察，2018，7（21）：8-11.

[4]辛斌杰，劉巖，鄭元生，等.新工科視角下的《紡織測試新技術》課程教學思考[J].時尚設計與工程，2018（3）：40-42.

[5]趙嫚，應向賢，闞顯照.“新工科”背景下植物生物技術課程教學方法的探索和實踐[J].大學教育，2018（10）：62-64.