學(xué)科競賽驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)安全創(chuàng)新實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

許艷萍 仇建 葉挺聰 張樺 吳以凡 張靈均 徐明 邱洪君

1.杭州電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院

2.西湖大學(xué)通識教育中心

3.杭州電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

● 能力導(dǎo)向的網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)需求

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)邊界逐漸模糊，現(xiàn)實(shí)與虛擬世界高度融合，給社會發(fā)展提供新平臺、帶來新機(jī)遇。但受利益驅(qū)使，網(wǎng)絡(luò)安全事件頻發(fā)，網(wǎng)絡(luò)生態(tài)安全受到極大挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)安全的堅(jiān)固防御，歸根結(jié)底取決于網(wǎng)絡(luò)安全人才的能力。唯有培養(yǎng)一批知識豐富、能力全面、實(shí)踐專精的網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人才，才能及時(shí)、有效地應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)安全事件，全面維護(hù)風(fēng)清氣正的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。但當(dāng)下高質(zhì)量的人才輸出不能滿足市場持續(xù)增長的需要，而且學(xué)校人才培養(yǎng)模式與企業(yè)實(shí)際需求之間存在一定程度的脫節(jié)現(xiàn)象。尤其在本科高校的新辦網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，高學(xué)歷、理論化、論文強(qiáng)是現(xiàn)下網(wǎng)安師資能力結(jié)構(gòu)的重要標(biāo)簽，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)弱、實(shí)踐能力不足等問題也在年輕的教師隊(duì)伍中普遍存在。因此，如何發(fā)揮教師的知識和研究優(yōu)勢，填補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)的短板，成了亟待解決的教學(xué)難題。

網(wǎng)絡(luò)安全的本質(zhì)是人與人的信息對抗，網(wǎng)絡(luò)安全人才的能力體現(xiàn)在知識、技能、素養(yǎng)三個(gè)方面。知識是人才自身具備的網(wǎng)絡(luò)安全的整個(gè)知識體系，會影響其對安全場景的理解、對安全事件的判斷、對安全風(fēng)險(xiǎn)的評估和對安全防御策略的規(guī)劃。豐富的知識儲備是保障網(wǎng)絡(luò)安全工作順利開展的基礎(chǔ)。技能是人才掌握并熟練運(yùn)用專業(yè)技術(shù)開展工作的能力，直接影響其對網(wǎng)絡(luò)安全措施的部署和實(shí)施，決定網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的水平和效能。素養(yǎng)是人才在工作過程中表現(xiàn)出的綜合品質(zhì)，包括法律意識、思想品質(zhì)、工作態(tài)度、職業(yè)操守等，嚴(yán)重影響其對某些特定風(fēng)險(xiǎn)和事件的認(rèn)知、判斷和處置。因此，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)時(shí)，需要同時(shí)注重知識、技能、素養(yǎng)等方面的綜合發(fā)展。

● 網(wǎng)絡(luò)安全創(chuàng)新實(shí)踐課程模式

1.創(chuàng)新實(shí)踐課程理念

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)、5G時(shí)代來臨，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、物聯(lián)化帶動了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，網(wǎng)絡(luò)范圍不斷延伸，數(shù)字資產(chǎn)不斷升值，安全威脅的類型日漸增多，危險(xiǎn)性逐步加劇。為應(yīng)對這一形勢，筆者所在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院改革了專業(yè)實(shí)踐課程體系，主打以導(dǎo)師制、項(xiàng)目化、小班化為特色的創(chuàng)新實(shí)踐課程，給予教師自由發(fā)揮的空間，調(diào)動其主觀能動性和創(chuàng)新力，聯(lián)動科研、競賽和社會服務(wù)，堅(jiān)持以賽促學(xué)、科研反哺教學(xué)等理念。

課程堅(jiān)持“實(shí)踐為根本，創(chuàng)新為導(dǎo)向”“課程為主體，競賽為載體”“技術(shù)能力與非技術(shù)素養(yǎng)同步發(fā)展”的宗旨，通過多年的努力，形成了導(dǎo)師制、貫穿式、個(gè)性化的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式。“導(dǎo)師制”體現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)貫徹全過程育人，師生之間相處長久且緊密，形成了本科生在學(xué)業(yè)中“有人找、有人問、有人教”的新格局；“貫穿式”的課內(nèi)外實(shí)踐設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在兩三年時(shí)間內(nèi)圍繞某一項(xiàng)目或者一脈相承的系列項(xiàng)目獲得全面鍛煉；“個(gè)性化”的興趣培養(yǎng)，讓本科生擁有充分的選擇權(quán)，實(shí)現(xiàn)在某一領(lǐng)域的個(gè)人能力突破。

2.創(chuàng)新實(shí)踐課程實(shí)施

創(chuàng)新實(shí)踐作為一個(gè)貫穿式的課程群，連續(xù)分布到2～4個(gè)學(xué)期，課程大綱明確規(guī)定了導(dǎo)師制的組織架構(gòu)：一名導(dǎo)師負(fù)責(zé)指導(dǎo)15～20名學(xué)生，并連續(xù)結(jié)對指導(dǎo)2～4個(gè)學(xué)期，原則上不得中途更換導(dǎo)師。課程內(nèi)容根據(jù)導(dǎo)師要求圍繞某一方向由易到難開展，培養(yǎng)學(xué)生循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際問題的能力。課程形式采用分組式，學(xué)生輪流擔(dān)任組長、組員等不同角色，培養(yǎng)學(xué)生的組織管理能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

課程具體實(shí)施方案如下：①開放課題。在課程開始前，導(dǎo)師根據(jù)自己的研究方向，設(shè)置課題并向?qū)W生發(fā)布課題。②師生互選。學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣選擇課題以及對應(yīng)的導(dǎo)師，之后，導(dǎo)師查看選題的學(xué)生名單，對學(xué)生進(jìn)行考查和選擇，經(jīng)過多輪優(yōu)化匹配，確定選題結(jié)果。③項(xiàng)目實(shí)施。課程開展采用分組項(xiàng)目依托式，每個(gè)小組負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和完成一個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目符合復(fù)雜工程問題的普遍特性，需要學(xué)生運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得到解決。④常態(tài)考核。課程考核綜合評價(jià)學(xué)生的知識積累、實(shí)踐技能、管理素養(yǎng)等，評價(jià)點(diǎn)除了項(xiàng)目系統(tǒng)所需要的代碼編寫任務(wù)完成度外，還需包含需求分析、流程設(shè)置、進(jìn)度把控、文檔撰寫、項(xiàng)目宣講等。

3.創(chuàng)新實(shí)踐課程成效

創(chuàng)新實(shí)踐課程在校內(nèi)已經(jīng)連續(xù)開展7年，在針對畢業(yè)生的問卷調(diào)查中，畢業(yè)生對專業(yè)培養(yǎng)的滿意度大幅提升，尤其是對“創(chuàng)新實(shí)踐”系列課程給出高度評價(jià)，認(rèn)為它是整個(gè)本科學(xué)習(xí)期間對自己最有用的一門課；而用人單位則對本校學(xué)生的實(shí)踐動手能力和解決問題的綜合能力高度認(rèn)可。

● 網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)科競賽+分組項(xiàng)目驅(qū)動課程開展

1.以賽導(dǎo)向，目標(biāo)明確

近年來，網(wǎng)絡(luò)安全方向的競賽層出不窮，根據(jù)比賽形式和內(nèi)容，可將其大體分為CTF競賽、AWD對抗賽、系統(tǒng)和方案挑戰(zhàn)賽、作品賽、知識競賽等。為了激發(fā)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的熱情和動力，同時(shí)考慮到學(xué)生研發(fā)能力和水平，結(jié)合各類網(wǎng)絡(luò)安全比賽的形式、內(nèi)容和時(shí)間，筆者選擇了全國大學(xué)生信息安全賽的作品賽作為學(xué)習(xí)和參賽的目標(biāo)。在這個(gè)過程中，筆者不斷督促學(xué)生抓緊時(shí)間研發(fā)作品，完善作品功能，突出作品特色，達(dá)成參賽要求。在目標(biāo)明確的情況下，學(xué)生也更有學(xué)習(xí)和實(shí)踐的動力，并主動擴(kuò)展作品功能，積極解決困難，推動作品研發(fā)有序地進(jìn)行。

2.以賽選題，迎合熱點(diǎn)

在明確參賽目標(biāo)的情況下，針對“自主組隊(duì)，自主命題，自主設(shè)計(jì)”的參賽要求，根據(jù)學(xué)生興趣和意愿，教師牽頭開展隊(duì)伍分組。首先，每支隊(duì)伍內(nèi)部討論，確定賽題大方向，主要列舉出了惡意代碼檢測、論壇輿情、學(xué)生信息管理等幾塊。其次，結(jié)合當(dāng)前熱點(diǎn)技術(shù)，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等，在教師的指導(dǎo)下，將熱門技術(shù)與選題相融合，深入細(xì)化賽題內(nèi)容，形成基于人工智能的惡意代碼云檢測系統(tǒng)、基于深度學(xué)習(xí)的大學(xué)生論壇輿情監(jiān)督系統(tǒng)、基于區(qū)塊鏈的大學(xué)生信息流轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)等課題。最后，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)作品的架構(gòu)、功能和流程，充分凸顯出作品的原創(chuàng)性和實(shí)用性。

優(yōu)秀的選題和完整的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，一方面有助于從眾多參賽作品中突圍而出，另一方面也考驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和探索能力。在選題設(shè)計(jì)中，將傳統(tǒng)技術(shù)與前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)融合，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，也能拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域。從長遠(yuǎn)發(fā)展的角度看，緊隨時(shí)代發(fā)展的潮流，掌握先進(jìn)的技術(shù)，不僅能夠奠定學(xué)生以后工作、讀研的扎實(shí)基礎(chǔ)，還能夠使他們在競爭中占據(jù)優(yōu)勢。

3.以賽促學(xué)，積極備賽

在競賽選題確定后，進(jìn)入研發(fā)備賽階段。教師在課程中采用開放式教學(xué)，課下指導(dǎo)學(xué)生圍繞選題進(jìn)行系統(tǒng)自主研發(fā)，課上開展各小組以及小組內(nèi)部交流討論。課下的學(xué)生系統(tǒng)研發(fā)是一個(gè)學(xué)以致用的過程，由于選題融合了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)，所以要求學(xué)生不僅要扎實(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)安全知識并編程實(shí)現(xiàn)，而且要不斷深入學(xué)習(xí)人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)。在掌握新技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，將其靈活應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)安全的場景中，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與應(yīng)用結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)安全作品。在每周課上的討論中，教師一方面聽取學(xué)生匯報(bào)上一周研發(fā)工作，判斷是否符合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，解決學(xué)生研發(fā)過程中遇到的疑難問題，另一方面為學(xué)生講解技術(shù)內(nèi)涵，緩解自學(xué)壓力，同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生對下周研發(fā)工作做出合理規(guī)劃。

4.決賽培養(yǎng)綜合能力和素養(yǎng)

經(jīng)過兩個(gè)多月的努力，部分參賽系統(tǒng)研發(fā)完成，學(xué)生按期提交了作品成果。通過對初賽作品嚴(yán)格的評審和選拔，一組作品進(jìn)入決賽，初步驗(yàn)證了競賽驅(qū)動的創(chuàng)新實(shí)踐課程取得了良好的成效。決賽過程需要答辯，其中包括PPT陳述、作品演示和專家提問三個(gè)環(huán)節(jié)。如果說前期的作品研發(fā)階段是對學(xué)生知識和技能的鍛煉，那么決賽答辯更多的是對綜合素養(yǎng)的考查。

針對PPT陳述，筆者指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)了PPT的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，一方面要在有限時(shí)間內(nèi)完整介紹作品，另一方面要突出作品的創(chuàng)新和特色，吸引并打動評委。針對作品演示，為了呼應(yīng)PPT的內(nèi)容介紹，學(xué)生反復(fù)梳理了作品運(yùn)行流程，根據(jù)應(yīng)用技術(shù)的深度和難度，設(shè)計(jì)了清晰的演示路線，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)作品的原創(chuàng)點(diǎn)。針對專家提問，要求學(xué)生不斷切換角色，從專家角度拔高看問題的角度和范圍模擬專家思維，從技術(shù)人員角度充分挖掘系統(tǒng)的缺點(diǎn)做好萬全準(zhǔn)備，從學(xué)生的角度準(zhǔn)備嚴(yán)謹(jǐn)和周全的回答讓專家信服系統(tǒng)作品的先進(jìn)性和優(yōu)越性。

在整個(gè)過程中，以賽促學(xué)、以賽促練提升的絕不僅僅是網(wǎng)絡(luò)安全方面的知識和技能，還有項(xiàng)目管理、團(tuán)隊(duì)合作、溝通表達(dá)、創(chuàng)新思維等多方面的綜合素養(yǎng)。

● 總結(jié)

導(dǎo)師制、項(xiàng)目化和小班化的創(chuàng)新實(shí)踐課程，充分發(fā)揮了青年教師的學(xué)術(shù)優(yōu)勢，允許教師借助自身研究專長，科研反哺教學(xué)，彌補(bǔ)了經(jīng)驗(yàn)上的短板；對學(xué)生來說，該課程不僅拓展了專業(yè)知識面，使學(xué)生接觸了前沿領(lǐng)域，而且通過對技術(shù)的研發(fā)落地，促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的提升。但這一模式也深度依賴教師、學(xué)生的自覺性，需要有強(qiáng)大的教與學(xué)的內(nèi)在動機(jī)做支撐。