郭煒 徐銀霞 劉瑋
武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 武漢 430205
2015 年,中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)正式組建;2016 年,我國(guó)成為《華盛頓協(xié)議》正式成員,這是我國(guó)工程教育認(rèn)證的一個(gè)重要里程碑[1]。成果導(dǎo)向教育(Outcome-Based Education,OBE)理念成為工程教育認(rèn)證的核心理念之一。2017 年,為迎接新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革,教育部開(kāi)始積極推動(dòng)新工科建設(shè),全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式和中國(guó)經(jīng)驗(yàn)[2]。網(wǎng)絡(luò)空間安全既是一門新工科專業(yè),也是一門多學(xué)科交叉融合的專業(yè)。2018 年3 月,武漢工程大學(xué)獲教育部批準(zhǔn)新建網(wǎng)絡(luò)空間安全本科專業(yè),是湖北省首批獲建該專業(yè)的高校之一。截至2020 年2 月,全國(guó)已經(jīng)有72 所院校獲批建立網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)。可以說(shuō)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)建設(shè)剛剛起步,目前我國(guó)網(wǎng)絡(luò)空間安全人才儲(chǔ)備嚴(yán)重不足。據(jù)教育部網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)統(tǒng)計(jì),2020 年我國(guó)網(wǎng)絡(luò)空間安全人才數(shù)量缺口超過(guò)140 萬(wàn)[3]。
當(dāng)前我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)空間安全人才培養(yǎng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求仍然存在一定差距,主要表現(xiàn)為綜合實(shí)踐與實(shí)戰(zhàn)能力欠缺、創(chuàng)新實(shí)踐能力不強(qiáng)等問(wèn)題。如何以O(shè)BE 理念為核心,把網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程目標(biāo)和課程教學(xué)作為“主線”,建立面向產(chǎn)出的評(píng)價(jià)和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制,促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)建設(shè),是我國(guó)本科院校網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)建設(shè)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。
“網(wǎng)絡(luò)空間安全”作為工學(xué)門類下新增設(shè)的一級(jí)學(xué)科,至今也不過(guò)六年時(shí)間;而網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)作為一門新工科專業(yè)起步較晚,目前仍處在摸著石頭過(guò)河的階段,在人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。
1)專業(yè)課程體系有待進(jìn)一步健全。目前一些高校的網(wǎng)絡(luò)空間安全課程設(shè)置得較為分散獨(dú)立,缺乏體系。一方面,網(wǎng)絡(luò)空間安全是一門新興的交叉學(xué)科,其核心課程涉及密碼學(xué)、通信、控制、軍事、法律等多個(gè)學(xué)科門類,這些課程與信息安全、網(wǎng)絡(luò)工程、法學(xué)等專業(yè)的課程存在交叉,課程歸屬顯得比較雜亂;另一方面,隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和發(fā)展,迫使網(wǎng)絡(luò)空間安全課程需要不斷更新。實(shí)踐課程大多僅是為了驗(yàn)證和體驗(yàn)理論課程中的相關(guān)獨(dú)立知識(shí)點(diǎn),即使是獨(dú)立開(kāi)設(shè)的一些綜合設(shè)計(jì)課程,教學(xué)內(nèi)容也是由相關(guān)理論課程驅(qū)動(dòng)的,從而使各個(gè)課程之間顯得分散獨(dú)立,難以產(chǎn)生相互的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)[4],課程間難以形成體系。
2)實(shí)踐課程教學(xué)方法老舊和單一。國(guó)內(nèi)一些高校的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)培養(yǎng)模式還停留在“理論背書(shū)+實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的舊工科培養(yǎng)認(rèn)知上,實(shí)踐課程教學(xué)中采用教師講授和學(xué)生驗(yàn)證為主的教學(xué)方法。學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)很少,缺乏實(shí)戰(zhàn)能力的培養(yǎng)。
3)缺乏支撐培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)空間安全實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)作為網(wǎng)絡(luò)空間安全人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施,在人才培養(yǎng)及專業(yè)建設(shè)中起著基礎(chǔ)性支撐作用[5]。在網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域,無(wú)論是國(guó)家級(jí)、省部級(jí)的科研、教學(xué)實(shí)踐平臺(tái),還是基于項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、工程服務(wù)、技術(shù)應(yīng)用的平臺(tái),國(guó)內(nèi)一些高校大多是一片空白或者剛剛起步。缺乏綜合實(shí)踐平臺(tái),學(xué)生的工程實(shí)踐能力得不到鍛煉,實(shí)踐教學(xué)體系難以落地。
4)需進(jìn)一步建立具有專業(yè)深度的師資隊(duì)伍。網(wǎng)絡(luò)空間安全已有的專業(yè)教師大多來(lái)自其他相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域,他們雖然可能已在某些相鄰領(lǐng)域造詣?lì)H豐,但在網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域還需進(jìn)一步深入;另一方面,網(wǎng)絡(luò)安全高層次專業(yè)人才目前本身就十分稀少,該領(lǐng)域愿意留在高校從教的高層次專業(yè)人才則更加稀缺。
5)教學(xué)活動(dòng)缺乏科學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制。目前在高校中普遍實(shí)行的是以教師為中心的教學(xué)和評(píng)教機(jī)制,教師教什么學(xué)生學(xué)什么;評(píng)教也以教師為目標(biāo),主要評(píng)教師是否授課認(rèn)真等。這些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)既沒(méi)有體現(xiàn)不同專業(yè)對(duì)人才的差異化培養(yǎng)需求,又沒(méi)有課程目標(biāo)達(dá)成效果的評(píng)定,更缺乏行業(yè)專家和企業(yè)的參與,導(dǎo)致課堂內(nèi)容與社會(huì)實(shí)際用人需求的脫節(jié)[6]。
OBE 教育理念作為一種先進(jìn)教育理念,最早于1981 年提出,并且在美國(guó)、加拿大等教育發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛接受和普遍采用,至今已形成了一套比較完整的理論體系和實(shí)施模式,而且已被證明是高等工程教育改革的正確方向[7]。網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)要解決上述在傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式下存在的問(wèn)題,必須引入OBE 理念。即以成果為導(dǎo)向,以學(xué)生的最終學(xué)習(xí)成果為目標(biāo),反向推導(dǎo)出能夠達(dá)成這些目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計(jì)。要實(shí)現(xiàn)這些,需要進(jìn)行以下建設(shè)和改革。
OBE 強(qiáng)調(diào)以社會(huì)對(duì)專業(yè)人才的需求為導(dǎo)向,社會(huì)需求決定了專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo);同時(shí),專業(yè)根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)制定相應(yīng)畢業(yè)要求,用以評(píng)定經(jīng)過(guò)本科階段數(shù)年的培養(yǎng),在學(xué)生畢業(yè)時(shí)是否達(dá)到了這些要求條件。網(wǎng)絡(luò)空間安全各門實(shí)踐課程應(yīng)該反向制定出課程的教學(xué)目標(biāo),用以支撐畢業(yè)要求中的相關(guān)指標(biāo)點(diǎn);并圍繞課程教學(xué)目標(biāo),逆向設(shè)計(jì)和調(diào)整各門實(shí)踐課程的教學(xué)內(nèi)容,用以實(shí)現(xiàn)課程的教學(xué)目標(biāo);并明確各門課程對(duì)畢業(yè)要求相應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)間的支撐關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)目標(biāo)建立的邏輯關(guān)系如圖1 所示。
符合OBE 理念的實(shí)踐課程教學(xué)目標(biāo)制定后,實(shí)踐課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過(guò)程由實(shí)踐課程教學(xué)目標(biāo)決定,由傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中教師教什么學(xué)生學(xué)什么,轉(zhuǎn)變成依據(jù)產(chǎn)出(Outcome)目標(biāo),進(jìn)行相應(yīng)知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)和培養(yǎng);將傳統(tǒng)的以教師為中心轉(zhuǎn)變成以學(xué)生為中心的教學(xué)過(guò)程。
畢業(yè)要求是在學(xué)生畢業(yè)時(shí)就應(yīng)當(dāng)達(dá)到和具備的標(biāo)準(zhǔn)或能力,目的是實(shí)現(xiàn)學(xué)生畢業(yè)工作五年后能夠達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)。我校網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)規(guī)定通過(guò)實(shí)踐課程教學(xué)活動(dòng),應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生在畢業(yè)時(shí)獲得以下方面的能力和素養(yǎng)。
1)操作能力:能夠依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)或任務(wù),合理選擇并熟練使用恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)安全工具、信息與自動(dòng)化工具等現(xiàn)代工具;能夠針對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題,對(duì)單元部件進(jìn)行系統(tǒng)集成,設(shè)計(jì)滿足多種技術(shù)因素制約條件的系統(tǒng)。
2)專業(yè)技術(shù)實(shí)踐能力:能夠融合數(shù)學(xué)、物理等自然科學(xué)知識(shí)與網(wǎng)絡(luò)空間安全基礎(chǔ)知識(shí),識(shí)別和判斷網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù);能夠針對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題中的指標(biāo)要求,提出解決的技術(shù)手段;能夠通過(guò)建模與仿真進(jìn)行參數(shù)計(jì)算、需求及功能分析,設(shè)計(jì)滿足特定需求的功能模塊。
3)綜合工程能力:能夠綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)以及網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)等方面的工具,發(fā)現(xiàn)與表述網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題;能夠依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)或任務(wù),運(yùn)用適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)安全技術(shù),模擬與預(yù)測(cè)該領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)安全防御系統(tǒng),并能夠理解其局限性;能夠針對(duì)某一過(guò)程、裝置或系統(tǒng)的工程問(wèn)題,綜合利用工程知識(shí)、科學(xué)原理,設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟,對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間安全復(fù)雜系統(tǒng)或者過(guò)程進(jìn)行仿真與驗(yàn)證;理解并掌握工程項(xiàng)目管理的基本原理與經(jīng)濟(jì)決策的整體框架、方法,理解工程項(xiàng)目的時(shí)間及成本管理、質(zhì)量、安全及風(fēng)險(xiǎn)管理以及人力資源管理。
4)行業(yè)創(chuàng)新實(shí)戰(zhàn)能力:經(jīng)過(guò)合理的簡(jiǎn)化、推理與分析,綜合應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)多方面的知識(shí),建立網(wǎng)絡(luò)空間安全系統(tǒng)或過(guò)程的數(shù)學(xué)模型并求解;能夠了解網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的發(fā)展方向和新技術(shù),并在工程實(shí)踐和設(shè)計(jì)中有意識(shí)地進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新;能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合與分析,與理論模型比較,運(yùn)用工程理論和科學(xué)原理分析差異,做出合理解釋,并反饋到工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐中;能夠針對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題中的指標(biāo)要求,提出解決的技術(shù)手段;能夠利用工程相關(guān)知識(shí),分析與評(píng)價(jià)專業(yè)工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問(wèn)題解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響。
5)溝通協(xié)同能力:能夠熟練地掌握一門外語(yǔ),以講座、報(bào)告、實(shí)地考察等多種形式,拓展自身的國(guó)內(nèi)與國(guó)際的社會(huì)與專業(yè)視野,開(kāi)展跨文化背景下的溝通與交流;能勝任團(tuán)隊(duì)中個(gè)體與成員的角色,在有限的時(shí)間與資源條件下,獨(dú)立或協(xié)作完成團(tuán)隊(duì)分配的工作。
6)人文素養(yǎng):能夠在實(shí)習(xí)、專業(yè)實(shí)踐以及社會(huì)實(shí)踐中,理解使用與網(wǎng)絡(luò)空間安全及其它行業(yè)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)業(yè)規(guī)范,尊重相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和法律法規(guī);理解環(huán)境保護(hù)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵和意義,理解網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響;能夠認(rèn)識(shí)不斷探索和學(xué)習(xí)的必要性,具有終身學(xué)習(xí)的意識(shí),具有跟蹤本專業(yè)學(xué)科前沿、發(fā)展趨勢(shì)的能力;樹(shù)立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀,具有良好的人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感;能主動(dòng)與本學(xué)科和跨學(xué)科的成員合作,共同組建團(tuán)隊(duì),順利開(kāi)展工作,并通過(guò)相互溝通、協(xié)調(diào)與妥協(xié),傾聽(tīng)其他團(tuán)隊(duì)成員的意見(jiàn)。
這些要求前四項(xiàng)屬于專業(yè)技能要求,后兩項(xiàng)屬于綜合素養(yǎng)要求。上述目標(biāo)能力對(duì)我校網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系矩陣如表1 所示。

表1 實(shí)踐目標(biāo)能力對(duì)畢業(yè)要求的支撐矩陣
實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)在人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)中起著重要作用,它是開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)、實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)的重要保證。我校建設(shè)了以O(shè)BE 理念為核心,集網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)訓(xùn)、網(wǎng)絡(luò)攻防實(shí)訓(xùn)、CTF 競(jìng)賽訓(xùn)練、網(wǎng)絡(luò)攻防靶場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)、紅藍(lán)對(duì)抗、NISP 認(rèn)證培訓(xùn)與在線考核等功能于一體的網(wǎng)絡(luò)空間安全綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),其架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)空間安全綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)架構(gòu)
該平臺(tái)以云計(jì)算和虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ),建立了基礎(chǔ)訓(xùn)練子平臺(tái)、專業(yè)課程類實(shí)踐子平臺(tái)、綜合實(shí)訓(xùn)子平臺(tái),以及網(wǎng)安行業(yè)認(rèn)證實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練子平臺(tái),培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手操作能力、專業(yè)技術(shù)實(shí)踐能力、綜合工程能力,以及網(wǎng)安行業(yè)創(chuàng)新實(shí)戰(zhàn)能力,這些能力與之前列出的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生目標(biāo)能力點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。由此可以看出,綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是網(wǎng)絡(luò)空間安全實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施,它對(duì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間安全實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)起到了基礎(chǔ)支撐作用。
學(xué)校不僅建設(shè)了網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),還與金信潤(rùn)天、天融信、綠盟、永信至誠(chéng)、盛邦安全等網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)企業(yè)開(kāi)展了廣泛的校企合作,建立了校企實(shí)訓(xùn)基地。依托上述基礎(chǔ)設(shè)施,我們開(kāi)展了基于OBE 理念的一系列實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革,如圖3 所示。

圖3 符合OBE 理念的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革
以實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施為支撐,教學(xué)團(tuán)隊(duì)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改革創(chuàng)新。
1)改革教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐能力。把工程項(xiàng)目拆分帶入課堂,將工程能力培養(yǎng)引入教學(xué)實(shí)踐,培養(yǎng)學(xué)生解決網(wǎng)絡(luò)空間安全復(fù)雜工程問(wèn)題能力。
2)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革,優(yōu)化和完善網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)課程體系。利用網(wǎng)絡(luò)空間安全綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),把課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)、科研訓(xùn)練、專業(yè)實(shí)習(xí)、工程實(shí)訓(xùn)、學(xué)科競(jìng)賽等有機(jī)融合,構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研校”相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系。
3)以賽促學(xué),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)科學(xué)使用與學(xué)科競(jìng)賽相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
4)開(kāi)展教學(xué)團(tuán)隊(duì)改革,促進(jìn)教師隊(duì)伍建設(shè)與教師教學(xué)能力提升。建立產(chǎn)學(xué)研校相結(jié)合的“雙師型”教師團(tuán)隊(duì),企業(yè)工程師與學(xué)校專業(yè)教師共同開(kāi)發(fā)教學(xué)案例,促進(jìn)了教師隊(duì)伍建設(shè)與教學(xué)能力提升。
在以O(shè)BE 理念為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)體系改革中,評(píng)價(jià)是至關(guān)重要的一環(huán),是確定實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)達(dá)成、實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)的重要依據(jù)[8]。學(xué)校采用了包含內(nèi)部評(píng)價(jià)和外部評(píng)價(jià)相結(jié)合的實(shí)踐課程質(zhì)量評(píng)價(jià)機(jī)制。以網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實(shí)習(xí)為例,該門課程包含了實(shí)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)、實(shí)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)、實(shí)習(xí)單位評(píng)價(jià)、學(xué)生自我評(píng)價(jià)等評(píng)價(jià)方式,如表2 所示。

表2 網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法
網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)是一個(gè)對(duì)綜合性和實(shí)踐性要求很高的專業(yè),網(wǎng)絡(luò)空間安全人才培養(yǎng)是維護(hù)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全的根本基礎(chǔ)。本文列舉了網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)在傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式下存在的一些問(wèn)題,提出了在OBE 理念下,通過(guò)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)空間安全實(shí)踐課程教學(xué)目標(biāo),明確實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)能力培養(yǎng),建設(shè)綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),改革實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),完善實(shí)踐課程教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等措施,來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)新體系。同時(shí)我們應(yīng)該清楚認(rèn)識(shí)到,基于OBE理念的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作,需要在實(shí)踐應(yīng)用中不斷持續(xù)改進(jìn)和完善。