“工控網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備配置”課程建設(shè)研究

廖旭金　王秀英

摘? 要：實(shí)踐能力是應(yīng)用型人才的主要能力，應(yīng)用型本科尤其需要注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。文章分析了“工控網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備配置”課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，基于應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評(píng)價(jià)等方面介紹了相應(yīng)的解決措施。實(shí)踐證明，這些措施提高了學(xué)生的實(shí)踐及創(chuàng)新能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科;工控網(wǎng)絡(luò)安全;課程建設(shè);理實(shí)一體化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39;G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）17-0191-05

0? 引? 言

近年來(lái)，隨著工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025、再工業(yè)化等戰(zhàn)略的推出，工業(yè)控制系統(tǒng)從封閉走向互聯(lián)，工控系統(tǒng)中大量的設(shè)備由于缺乏安全性設(shè)計(jì)而存在大量的中高危漏洞，越來(lái)越多的工控安全事件見(jiàn)諸報(bào)端，國(guó)家對(duì)工控安全越來(lái)越重視，工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全已成為信息安全領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向，也是我院信息安全本科專(zhuān)業(yè)的主要方向。

“工控網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備配置”課程是我校信息安全本科專(zhuān)業(yè)的10門(mén)核心課程之一，是專(zhuān)業(yè)課程平臺(tái)中的一門(mén)專(zhuān)業(yè)綜合課程，也是與菲尼克斯合作建設(shè)的理實(shí)一體化課程。本課程利用菲尼克斯電氣公司的PLC、AIO/DIO模塊、PROFINET交換機(jī)、安全路由器和防火墻MGUARD等設(shè)備，構(gòu)建小型工業(yè)控制系統(tǒng)，使學(xué)生了解常見(jiàn)工控網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)體系，了解利用PLC進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單工業(yè)控制的方法，掌握工業(yè)交換機(jī)、路由器和防火墻的安全配置方法，理解VPN、NAT的功能特點(diǎn)及配置。

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠搭建小型工控安全網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，利用PLC進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的工業(yè)控制，并根據(jù)需要對(duì)工業(yè)交換機(jī)、路由器、工業(yè)防火墻、NAT、VPN進(jìn)行配置、優(yōu)化和故障排除。

我校作為教育部批準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)第一所應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，致力于培養(yǎng)“政治過(guò)硬、技能精湛、誠(chéng)實(shí)守信、理性平和”的高級(jí)技師、一線(xiàn)工程師、大國(guó)工匠，要求學(xué)生具備基礎(chǔ)的理論知識(shí)、良好的實(shí)踐能力和一定的創(chuàng)新能力。在教學(xué)過(guò)程中采用合適的教學(xué)方法，合理規(guī)劃課程內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的全面素質(zhì)，培養(yǎng)符合社會(huì)需要的應(yīng)用型人才，是值得我們持續(xù)關(guān)注的問(wèn)題。

1? 課程教學(xué)現(xiàn)狀

我校信息安全本科專(zhuān)業(yè)是新建設(shè)專(zhuān)業(yè)，“工控網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備配置”課程也是新開(kāi)設(shè)的課程，在達(dá)成人才培養(yǎng)目標(biāo)上存在以下問(wèn)題：

（1）由于工控網(wǎng)絡(luò)安全涉及工業(yè)自動(dòng)化、通信網(wǎng)絡(luò)、信息安全等諸多領(lǐng)域的知識(shí)，具有其特殊性，目前市場(chǎng)上關(guān)于工控網(wǎng)絡(luò)安全的書(shū)籍和資料少之又少，無(wú)法滿(mǎn)足本專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)目標(biāo)的需求，因此需要重新開(kāi)發(fā)符合本課程要求的課程資源，保證專(zhuān)業(yè)教學(xué)的順利開(kāi)展。

（2）本課程只有32學(xué)時(shí)，但涉及的內(nèi)容較多，而且包含了多個(gè)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)。如何在有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生理解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)原理，掌握實(shí)際配置方法并靈活應(yīng)用，并且避免課程內(nèi)容與企業(yè)實(shí)際需要脫節(jié)，需要精心的課程設(shè)計(jì)與規(guī)劃。

（3）傳統(tǒng)課程的教學(xué)以課堂教學(xué)為主，教學(xué)手段和方法較單一，先教后學(xué)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，無(wú)法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，課堂參與度較低，無(wú)法及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果不理想。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力，提高學(xué)習(xí)效果，是課程建設(shè)需要關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。

（4）傳統(tǒng)課程的考核方法較為單一，實(shí)際環(huán)節(jié)缺乏過(guò)程性的監(jiān)控與反饋，考核的有效性和考核形式有待調(diào)整。

（5）眾所周知，大量做題可以幫助學(xué)生快速掌握所學(xué)知識(shí)，提高專(zhuān)業(yè)水平。而本課程是新建設(shè)的課程，根本沒(méi)有任何題庫(kù)積累。

2? 課程建設(shè)與實(shí)施

根據(jù)學(xué)校和學(xué)生的具體情況，本課程采取了以下措施進(jìn)行課程建設(shè)與實(shí)施，從多個(gè)環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.1? 立體化課程資源

成立課程團(tuán)隊(duì)，建設(shè)完備的立體化課程資源，解決現(xiàn)有課程教材、教學(xué)資源不能完全適應(yīng)本專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)目標(biāo)的問(wèn)題。目前已經(jīng)完成課程教材初稿（已與西安電子科技出版社簽訂出版合同，預(yù)計(jì)明年6月前正式出版）、教學(xué)大綱、考核方案、實(shí)踐指導(dǎo)書(shū)、教案、教學(xué)視頻和微課共26個(gè)（如圖1和圖2所示）、動(dòng)畫(huà)8個(gè)、教學(xué)PPT、題庫(kù)等。

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，對(duì)教學(xué)案例進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，將思政元素融入知識(shí)體系教學(xué)，在視頻資料、課堂講授、案例討論、實(shí)踐教學(xué)等環(huán)節(jié)引入與教學(xué)目標(biāo)契合、與教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系、比較貼近生活的案例，讓學(xué)生去思考、反思、接受、認(rèn)同，不僅要讓學(xué)生學(xué)習(xí)和了解前沿性、時(shí)代性的新技術(shù)、新動(dòng)態(tài)，更重要的是挖掘出課程中的科技價(jià)值、文化內(nèi)涵和情感元素等，引導(dǎo)學(xué)生在專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程中思考和實(shí)踐責(zé)任擔(dān)當(dāng)、家國(guó)情懷。

2.2? 線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)

在中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)建設(shè)獨(dú)立SPOC。如圖3所示，教師提前1周將每次課程的相關(guān)原理、重點(diǎn)難點(diǎn)、以及由于實(shí)踐條件所限無(wú)法讓學(xué)生親自實(shí)踐的內(nèi)容，制作成視頻按時(shí)發(fā)布到MOOC平臺(tái)，供學(xué)生課前學(xué)習(xí)、重復(fù)觀看。同時(shí)發(fā)布課前測(cè)試，布置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，公布《?shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》。

在課堂教學(xué)中，采用以理論為基礎(chǔ)、學(xué)生實(shí)踐為主，再輔以提問(wèn)和討論的教學(xué)方式，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)將學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，發(fā)布如圖4所示的實(shí)驗(yàn)任務(wù)單，讓學(xué)生以組為單位完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生自主分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力和分析解決問(wèn)題的能力，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生之間互相幫助、互為老師，以教促學(xué)，教學(xué)相長(zhǎng)。課后發(fā)布課后測(cè)試，并通過(guò)面對(duì)面、QQ、微信等方式進(jìn)行課后答疑。

學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)MOOC平臺(tái)上的視頻，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅螺d并閱讀《實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》，完成預(yù)習(xí)和課前測(cè)試;課中進(jìn)行答疑、討論，并根據(jù)教師發(fā)放的實(shí)驗(yàn)任務(wù)單，學(xué)生自由分組，由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)統(tǒng)籌規(guī)劃，與組員一起共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí);課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課后測(cè)試進(jìn)行知識(shí)的鞏固。

通過(guò)MOOC平臺(tái)的獨(dú)立SPOC，采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合的教學(xué)模式，使學(xué)習(xí)資料的網(wǎng)絡(luò)化普及，先學(xué)后教、適度翻轉(zhuǎn)的深化和推廣，將視頻資源與課堂教學(xué)相結(jié)合，既解決了課程內(nèi)容多而課堂教學(xué)課時(shí)少的問(wèn)題，也促使學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)式向主動(dòng)式、互動(dòng)式轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生參與課堂，讓學(xué)生主導(dǎo)課程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力。

2.3? 校企合作

與菲尼克斯、安帝科技、工控網(wǎng)等多家企業(yè)開(kāi)展校企合作，了解企業(yè)需求，并將企業(yè)需求與課程內(nèi)容合理融合，培養(yǎng)企業(yè)真正需要的人才，解決課程內(nèi)容與實(shí)際需要脫節(jié)的問(wèn)題。

2.4? 考核評(píng)價(jià)

建立新型的考核評(píng)價(jià)體系，加大平時(shí)成績(jī)的比重，將過(guò)程性的實(shí)踐評(píng)價(jià)與結(jié)果性考試有機(jī)融合，除了考核學(xué)生理論知識(shí)的掌握程度和實(shí)踐操作能力外，還考核學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力?？偝煽?jī)由課堂表現(xiàn)、自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐成績(jī)?nèi)糠纸M成，其中課堂表現(xiàn)主要考查學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度及職業(yè)規(guī)范，包括出勤、回答問(wèn)題的創(chuàng)新性意識(shí)、為同學(xué)服務(wù)的意識(shí)，以及學(xué)生的信息安全意識(shí)和遵紀(jì)守法意識(shí)等;自主學(xué)習(xí)主要考查學(xué)生自主學(xué)習(xí)的工作量以及工作效果，學(xué)生在線(xiàn)完成自主學(xué)習(xí)任務(wù)、測(cè)試、報(bào)告等;實(shí)踐成績(jī)則考查學(xué)生的實(shí)踐操作能力和分析解決問(wèn)題的能力，測(cè)試成績(jī)界面如圖5所示。

2.5? 學(xué)生出題

每個(gè)學(xué)生每次課程至少設(shè)計(jì)一道題，由教師進(jìn)行審核，通過(guò)則收進(jìn)題庫(kù)，學(xué)生可以從題庫(kù)中抽題進(jìn)行答題，學(xué)生也可以對(duì)題目進(jìn)行質(zhì)疑和討論，線(xiàn)上題庫(kù)如圖6所示。每一道題，都需要給出提干、答案、命題思路和考核要點(diǎn);對(duì)于選擇題，不但要給出正確答案，還要給出錯(cuò)誤的干擾項(xiàng)，這對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度。想出一道好題，既要有合理而不鉆牛角尖的命題點(diǎn)，又要有正確的思路和結(jié)果，這需要學(xué)生從課前自主學(xué)習(xí)、上課聽(tīng)講和實(shí)驗(yàn)、課后總結(jié)和反思等多個(gè)環(huán)節(jié)入手，清楚地理解命題點(diǎn)，理清各個(gè)知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，這也是對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的一種重塑。實(shí)踐證明，改變角色，讓學(xué)生出題，參與到課程建設(shè)中，不但可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識(shí)，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，形成良性互動(dòng)。

3? 課程特色與創(chuàng)新

與傳統(tǒng)的課程相比，本課程的特色與創(chuàng)新有以下幾點(diǎn)。

3.1? 課程內(nèi)容創(chuàng)新

校企合作建設(shè)完備的立體化教學(xué)資源，配合學(xué)校花巨資搭建的工業(yè)自動(dòng)化信息安全實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)資源和實(shí)訓(xùn)環(huán)境，幫助學(xué)生更好地了解工業(yè)控制系統(tǒng)的架構(gòu)，熟悉工控安全設(shè)備的配置;在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，將強(qiáng)制性任務(wù)與自主性任務(wù)有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和自主創(chuàng)新意識(shí);在課堂教學(xué)中，將專(zhuān)業(yè)知識(shí)與思政元素有機(jī)融合，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，提高思想政治水平，培養(yǎng)技能精湛、政治過(guò)硬、誠(chéng)實(shí)守信、理性平和的應(yīng)用型人才。

3.2? 教學(xué)方法創(chuàng)新

采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合教學(xué)的模式，將視頻資源和課堂教學(xué)有機(jī)融合，把教學(xué)內(nèi)容中的相關(guān)原理、重點(diǎn)難點(diǎn)及由于實(shí)踐條件所限無(wú)法讓學(xué)生親自實(shí)踐的內(nèi)容制作成視頻;課堂教學(xué)以實(shí)驗(yàn)操作、提問(wèn)及討論等互動(dòng)為主;實(shí)驗(yàn)操作分組完成，采取組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心及團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí);利用微信、QQ等溝通工具加強(qiáng)師生間的交流;通過(guò)讓學(xué)生自主命題創(chuàng)建題庫(kù)來(lái)促進(jìn)知識(shí)體系的鞏固和融合。

3.3? 考核方式創(chuàng)新

采用新型的考核評(píng)價(jià)體系，將過(guò)程性的實(shí)踐評(píng)價(jià)與結(jié)果性考試有機(jī)融合，強(qiáng)化全方位、過(guò)程化的考核評(píng)價(jià)方式，包括課前課后測(cè)試、單元測(cè)試、自主學(xué)習(xí)、分組討論、實(shí)踐操作等。

4? 結(jié)? 論

“工控網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備配置”作為應(yīng)用型本科信息安全專(zhuān)業(yè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)綜合課程，課程建設(shè)及課程效果對(duì)實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)有較大的影響。本文提出的各項(xiàng)措施經(jīng)過(guò)兩個(gè)班級(jí)的測(cè)試，達(dá)到了良好的教學(xué)效果，但課程的優(yōu)化是一個(gè)日積月累的過(guò)程，還需要持續(xù)的改進(jìn)，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)符合社會(huì)和企業(yè)需要的應(yīng)用型人才。

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作者簡(jiǎn)介：廖旭金（1976—），女，漢族，天津人，副教授，碩士研究生，研究方向：工控安全;王秀英（1976—），女，漢族，天津人，副教授，碩士，研究方向：工控安全。