基于OBE理念的網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程教學(xué)設(shè)計(jì)

王敏　吳震　杜之波

關(guān)鍵詞： OBE理念；ADDIE模型；網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程；教學(xué)設(shè)計(jì)；課程改革

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）21-0155-04

0 引言

隨著信息安全的日趨重要，每年針對(duì)信息安全專業(yè)畢業(yè)生的需求也日漸增加，包括政府部門、各企事業(yè)單位等均開(kāi)設(shè)了信息安全崗位[1]。而針對(duì)信息安全專業(yè)本科生，全國(guó)各大高校對(duì)于開(kāi)設(shè)“網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御”課程也越來(lái)越重視。就我校而言，“網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御”課程是信息安全專業(yè)的專業(yè)核心必修課，但由于課程知識(shí)面廣，有一定難度，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)存在一定的困難度，導(dǎo)致一部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低。從我校信息安全專業(yè)學(xué)生就業(yè)崗位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，50%以上的學(xué)生都會(huì)選擇非信息安全崗位就業(yè)，針對(duì)社會(huì)需求高和學(xué)生避開(kāi)本專業(yè)崗位就業(yè)之間的矛盾，“網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御”課程的教學(xué)改革迫在眉睫。

1 基于OBE 理念的網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程設(shè)計(jì)

OBE（Outcomes-based Education，基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育）理念作為一種支撐實(shí)踐的教學(xué)理念能夠指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程的教學(xué)[2-3]。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)深入闡述網(wǎng)絡(luò)攻防的技術(shù)原理，通過(guò)大量實(shí)例對(duì)Web攻防的技術(shù)原理進(jìn)行佐證，使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用信息收集、網(wǎng)絡(luò)掃描等工具；使學(xué)生具備初級(jí)代碼審計(jì)及漏洞分析的能力；使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用主流滲透工具，并了解主流技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)；在思政教育方面，著力于培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國(guó)工匠精神[4-5]，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)，鼓勵(lì)學(xué)生突破陳規(guī)，大膽探索和創(chuàng)新。OBE理念作為以行業(yè)需求為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)職業(yè)技能發(fā)展和技能培養(yǎng)的教育模式，能有效促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程的教學(xué)，使學(xué)生在校學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容符合社會(huì)企業(yè)崗位的需求，能夠在學(xué)校進(jìn)行與企事業(yè)單位實(shí)際項(xiàng)目和相關(guān)崗位技能的實(shí)訓(xùn)及能力發(fā)展。

ADDIE是一種經(jīng)典的教學(xué)設(shè)計(jì)模型，主要關(guān)注課程開(kāi)發(fā)的過(guò)程，其基本思路是：分析（Analysis） -->設(shè)計(jì)（Design） -->開(kāi)發(fā)（Develop） -->實(shí)施（Implement） --> 評(píng)估（Evaluate） 五個(gè)步驟[6-7]。ADDIE教學(xué)模型可以為OBE教學(xué)提供設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)，幫助教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，制定合理的課程目標(biāo)和教學(xué)計(jì)劃，同時(shí)也能夠幫助教師評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，進(jìn)而優(yōu)化教學(xué)過(guò)程和結(jié)果。實(shí)踐表明，網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程的教學(xué)采用基于OBE理念的ADDIE課程模式，可以幫助教師更好地規(guī)劃課程，更好地實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)的目標(biāo)。基于此，本文重點(diǎn)研究將ADDIE教學(xué)模型應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中。

2 ADDIE 教學(xué)設(shè)計(jì)模型

下面詳細(xì)介紹一個(gè)基于ADDIE模型設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程教學(xué)的簡(jiǎn)要指南。

1） Analysis：分析階段

在分析階段，教師需要收集和分析課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、目標(biāo)學(xué)員、學(xué)員前期知識(shí)水平、教學(xué)資源和教學(xué)環(huán)境等信息。具體步驟包括：

①確定課程目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果：本課程的目標(biāo)是什么？是提高學(xué)生的實(shí)踐能力、解決問(wèn)題能力還是提高團(tuán)隊(duì)合作能力？

②定義目標(biāo)學(xué)員：本課程的目標(biāo)受眾是誰(shuí)？是本科生還是研究生？是信息安全專業(yè)學(xué)生還是非信息安全專業(yè)學(xué)生？

③確定學(xué)員前期知識(shí)水平：是否已完成前驅(qū)課程的學(xué)習(xí)？

④確定教學(xué)資源和教學(xué)環(huán)境：本課程的教學(xué)內(nèi)容包括哪些方面？是網(wǎng)絡(luò)安全原理、網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)防御技術(shù)還是實(shí)驗(yàn)操作等？本課程的教學(xué)環(huán)境是什么？是實(shí)驗(yàn)室還是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境？需要什么設(shè)備和軟件支持？

通過(guò)對(duì)以上問(wèn)題的分析，教師可以明確課程的目標(biāo)和方向，從而為后續(xù)的教學(xué)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

2） Design：設(shè)計(jì)階段

在設(shè)計(jì)階段，教師需要根據(jù)分析階段的結(jié)果，制定教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)材料和教學(xué)方法。具體步驟包括：

①制定詳細(xì)的課程大綱和學(xué)習(xí)目標(biāo)：教師需要制定詳細(xì)的教學(xué)計(jì)劃，包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)進(jìn)度等。教學(xué)計(jì)劃應(yīng)該充分考慮目標(biāo)受眾的特點(diǎn)和需求，以確保教學(xué)效果的最大化。

②設(shè)計(jì)教學(xué)和教學(xué)方法：教師需要準(zhǔn)備教學(xué)材料，包括課件、教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)等。教學(xué)材料應(yīng)該符合教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容要求，能夠幫助學(xué)生理解和掌握所學(xué)知識(shí)和技能。

③開(kāi)發(fā)教學(xué)材料和課程作業(yè)：教師需要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)受眾的特點(diǎn)選擇合適的教學(xué)方法。常見(jiàn)的教學(xué)方法包括課堂講授、案例分析、實(shí)驗(yàn)操作、團(tuán)隊(duì)合作等。教師應(yīng)該根據(jù)具體情況，靈活運(yùn)用不同的教學(xué)方法，以提高教學(xué)效果。

④設(shè)計(jì)測(cè)驗(yàn)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：教師需要設(shè)計(jì)評(píng)估方式，以評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。常見(jiàn)的評(píng)估方式包括考試、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。評(píng)估方式應(yīng)該與教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容相匹配，能夠客觀地反映學(xué)生的實(shí)際水平。

3） Develop：開(kāi)發(fā)階段

在開(kāi)發(fā)階段，教師需要根據(jù)設(shè)計(jì)階段的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)材料和教學(xué)方法，制定具體的課程內(nèi)容，并準(zhǔn)備所需的教學(xué)工具和設(shè)備。具體步驟包括：

①編寫教學(xué)材料：教師需要編寫課件、教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)等教學(xué)材料，并對(duì)其進(jìn)行審校和修訂，以確保其準(zhǔn)確性和完整性。

②準(zhǔn)備教學(xué)設(shè)備：教師需要準(zhǔn)備所需的教學(xué)設(shè)備和軟件，包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、虛擬機(jī)等。教學(xué)設(shè)備應(yīng)該能夠支持教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的實(shí)現(xiàn)。

③測(cè)試教學(xué)材料和設(shè)備：教師需要測(cè)試教學(xué)材料和設(shè)備，以確保其能夠正常使用，并進(jìn)行必要的調(diào)整和修正。

4） Implement：實(shí)施階段

在實(shí)施階段，教師需要按照教學(xué)計(jì)劃，利用教學(xué)材料和教學(xué)設(shè)備進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。具體步驟包括：

①講授課程內(nèi)容：教師需要按照教學(xué)計(jì)劃，講授課程內(nèi)容，并運(yùn)用不同的教學(xué)方法，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

②開(kāi)展實(shí)驗(yàn)操作：教師需要組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，以幫助學(xué)生深入理解所學(xué)知識(shí)和技能，并提高實(shí)踐能力。

③開(kāi)展案例分析：教師需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行案例分析，以幫助學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)踐。

5） Evaluate：評(píng)估階段

在評(píng)估階段，教師需要根據(jù)設(shè)計(jì)階段的評(píng)估方式，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)估，并進(jìn)行必要的反思和改進(jìn)。具體步驟包括：①考試評(píng)估：教師需要組織學(xué)生進(jìn)行考試，以評(píng)估學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻防知識(shí)和技能的掌握程度。

②作業(yè)評(píng)估：教師需要對(duì)學(xué)生提交的作業(yè)進(jìn)行評(píng)估，以評(píng)估學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻防知識(shí)的應(yīng)用和理解能力。

③實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)估：教師需要對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)估，以評(píng)估學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)操作的質(zhì)量。

④教學(xué)反思和改進(jìn)：教師需要根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行反思和改進(jìn)，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和效果。

3 教學(xué)實(shí)施

結(jié)合我校針對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院本科生網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程教學(xué)實(shí)施情況，簡(jiǎn)要敘述一下基于ADDIE教學(xué)模型的教學(xué)改革措施，以及取得的教學(xué)效果。

3.1 Analysis：分析階段

基于 OBE 教育理念的課程目標(biāo)設(shè)定，應(yīng)該滿足社會(huì)市場(chǎng)的需求培養(yǎng)學(xué)生的一系列就業(yè)能力，在ADDIE教學(xué)模型的分析階段，教師需從課程目標(biāo)、目標(biāo)學(xué)員、學(xué)員先前知識(shí)水平、教學(xué)資源和教學(xué)環(huán)境4個(gè)方面進(jìn)行分析，網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程分析見(jiàn)表1。

3.2 Design：設(shè)計(jì)階段

基于 OBE 教學(xué)理念的教學(xué)內(nèi)容是依據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)對(duì)應(yīng)的企業(yè)人才需求的課程目標(biāo)完成教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。OBE 理念的網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程的教學(xué)內(nèi)容主要以項(xiàng)目任務(wù)確定培養(yǎng)目標(biāo)，以O(shè)WASP Top 10 的常見(jiàn)攻擊技術(shù)為主線貫穿整個(gè)教學(xué)，項(xiàng)目共分解為7個(gè)模塊，每個(gè)教學(xué)模塊的項(xiàng)目任務(wù)對(duì)應(yīng)不同的知識(shí)點(diǎn)。具體每個(gè)模塊的項(xiàng)目任務(wù)和對(duì)應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)安排見(jiàn)表2。

3.3 Develop：開(kāi)發(fā)階段

結(jié)合設(shè)計(jì)階段的教學(xué)內(nèi)容制定出詳細(xì)的教學(xué)方案，從教學(xué)材料、教學(xué)設(shè)備、教學(xué)環(huán)境三方面進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)劃。

1） 教學(xué)材料

本學(xué)院選取自編教材《網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御》，并參選了幾本行業(yè)內(nèi)經(jīng)典的書(shū)籍作為輔助參考教材，比如電子工業(yè)出版社徐炎主編的《Web安全攻防：滲透測(cè)試實(shí)戰(zhàn)指南》、電子工業(yè)出版社吳翰清主編的《白帽子講Web安全》等。

2） 教學(xué)設(shè)備

由于課程偏重于實(shí)踐，為提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，課程選擇在機(jī)房授課，學(xué)生每人使用一臺(tái)電腦，方便學(xué)生可以跟隨教師的授課節(jié)奏同步練習(xí)。

3） 教學(xué)環(huán)境

根據(jù)大綱中的實(shí)驗(yàn)安排，教師使用Docker在服務(wù)器上部署實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并利用一些開(kāi)源的靶機(jī)環(huán)境作為授課時(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如DVWA等。

3.4 Implement：實(shí)施階段

網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程主要采用項(xiàng)目教學(xué)法，項(xiàng)目教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)在于利用模擬真實(shí)項(xiàng)目，將需求與知識(shí)點(diǎn)講授相結(jié)合。教師結(jié)合知識(shí)點(diǎn)將項(xiàng)目分解，學(xué)生在特定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，通過(guò)逐個(gè)學(xué)習(xí)創(chuàng)建的教學(xué)項(xiàng)目，共同努力完成一個(gè)完整項(xiàng)目，最終獲得相關(guān)的能力。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程實(shí)踐要求高，課堂力求每位學(xué)生都能獲得滲透測(cè)試工程師崗位要求的某些職業(yè)技能。課堂組織采取學(xué)、做、教、改一體化的形式。

1） 授課前準(zhǔn)備，教師向?qū)W生發(fā)布調(diào)查問(wèn)卷，重點(diǎn)了解每個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程期望達(dá)到的目標(biāo)，每個(gè)學(xué)生目前的知識(shí)儲(chǔ)備和能力如何，以及學(xué)生對(duì)課程的了解程度如何。

2） 課前，教師將學(xué)生分成4-5人的學(xué)習(xí)小組，學(xué)生也可以自行組合。教師提前發(fā)布課前教學(xué)任務(wù)，學(xué)生提前下載觀看學(xué)習(xí)。教師需提前準(zhǔn)備好相關(guān)教學(xué)素材，包括教學(xué)PPT、教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、教學(xué)視頻等。學(xué)生需提前準(zhǔn)備好所要求的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，自主消化PPT上的課前學(xué)習(xí)內(nèi)容。

3） 課中，“以學(xué)生為中心”，為了豐富課堂氣氛，采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度指定某小組把課前學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行課前分享，全班同學(xué)可針對(duì)該小組分享進(jìn)行提問(wèn)，此舉可激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，并達(dá)到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的目的。教師根據(jù)學(xué)生分享的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充講解，并結(jié)合配套實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入分析。學(xué)生再根據(jù)老師的具體講解，同步實(shí)踐操作，解決課前學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題。

4） 課后，通過(guò)雨課堂等教學(xué)平臺(tái)，教師可以發(fā)布課后學(xué)習(xí)任務(wù)和課外資源。學(xué)生可在教學(xué)平臺(tái)討論區(qū)或課程QQ群中實(shí)時(shí)交流，教師針對(duì)這些問(wèn)題，掌握學(xué)生的大體學(xué)習(xí)情況，預(yù)判教學(xué)重難點(diǎn)問(wèn)題，并可以實(shí)時(shí)回答問(wèn)題和指導(dǎo)學(xué)生，增強(qiáng)師生間的交流，提高學(xué)生的參與度。

3.5 Evaluate：評(píng)估階段

基于OBE教學(xué)理念的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制建設(shè)以達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，構(gòu)建多元化、動(dòng)態(tài)化的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程的評(píng)價(jià)體系主張?jiān)u價(jià)主體多元化、評(píng)價(jià)方式多樣化，評(píng)價(jià)范圍涵蓋教學(xué)各環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)院針對(duì)信息安全人才培養(yǎng)方案、企事業(yè)需求、行業(yè)崗位等方面的緊密聯(lián)系構(gòu)建了“雙層次，多元化”的考核評(píng)價(jià)模式。雙層次評(píng)價(jià)包含了過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)，多元化評(píng)價(jià)涵蓋了不同角度的評(píng)價(jià)，包括自我評(píng)價(jià)、團(tuán)隊(duì)互評(píng)、教師評(píng)價(jià)等3個(gè)維度。自我評(píng)價(jià)是學(xué)生根據(jù)課程學(xué)習(xí)結(jié)束后是否達(dá)到授課前的自我期望來(lái)評(píng)定。團(tuán)隊(duì)互評(píng)是學(xué)習(xí)小組內(nèi)的學(xué)生根據(jù)表現(xiàn)來(lái)相互評(píng)價(jià)。教師評(píng)價(jià)貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，可以從考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、測(cè)試、平時(shí)表現(xiàn)等多方面評(píng)價(jià)學(xué)生?？傊?，本課程基于OBE理念的考核與評(píng)價(jià)主要過(guò)程性評(píng)價(jià)主要包括40%的過(guò)程性考核和60%的總結(jié)性考核。課程的考核方式與評(píng)價(jià)內(nèi)容見(jiàn)表3。

4 實(shí)施效果

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，把基于OBE理念的ADDIE教學(xué)模型應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師可以有效地規(guī)劃、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施和評(píng)估網(wǎng)絡(luò)攻防課程，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。“以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向”的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)模式能極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，教師作為引導(dǎo)者貫穿到整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)習(xí)小組模式能提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，互幫互助、共同提高。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)日新月異，知識(shí)迭代更新非?？焖?，在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注前沿技術(shù)，與時(shí)俱進(jìn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

OBE 是一種以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念，ADDIE教學(xué)模型則是一種常用的教學(xué)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)模型，雖然OBE和ADDIE教學(xué)模型是不同的理念和模型，但是ADDIE教學(xué)模型可以為OBE教學(xué)提供設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)，幫助教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，制定合理的課程目標(biāo)和教學(xué)計(jì)劃，同時(shí)也能夠幫助教師評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，進(jìn)而優(yōu)化教學(xué)過(guò)程和結(jié)果。

因此，OBE和ADDIE教學(xué)模型是相互補(bǔ)充和促進(jìn)的關(guān)系，它們可以在教學(xué)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中相互參考和借鑒，從而更好地實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)的目標(biāo)。

基于OBE理念的ADDIE模式的網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御教學(xué)設(shè)計(jì)是一種教學(xué)改革的創(chuàng)新，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，能促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，值得實(shí)踐和推廣。