網(wǎng)絡空間安全人才培養(yǎng)課程研究—以長安大學“信息隱藏技術”課程教學優(yōu)化為例

任帥 范傲雄 張弢

摘 ? 要：當前，國內(nèi)外對網(wǎng)絡空間安全人才的需求日益擴大，國內(nèi)外高校相繼開設網(wǎng)絡空間安全專業(yè)，同時將“信息隱藏技術”作為專業(yè)的必修課程。文章主要對長安大學研究生“信息隱藏技術”課程的教育教學改革進行介紹，包括課程改革建設目標、課程改革中亟待解決的問題和課程改革創(chuàng)新方式，通過夯實教授基礎，優(yōu)化教學方式;更新教學內(nèi)容，注重能力培養(yǎng);完善評價體系，強化學用結(jié)合等措施對課程進行改革創(chuàng)新，以此打造屬于長安大學研究生教育教學的“金課”。

關鍵詞：網(wǎng)絡空間安全;研究生;教學改革;信息隱藏技術

1 ? ?“網(wǎng)絡空間安全”課程介紹

當前，國家對于網(wǎng)絡與信息安全空前的重視。2018年4月20日，全國網(wǎng)絡安全和信息化工作會議召開，習近平總書記強調(diào)，沒有網(wǎng)絡安全就沒有國家安全，就沒有經(jīng)濟社會穩(wěn)定運行，廣大人民群眾利益也難以得到保障。要樹立正確的網(wǎng)絡安全觀，加強信息基礎設施網(wǎng)絡安全防護。積極發(fā)展網(wǎng)絡安全產(chǎn)業(yè)，做到關口前移，防患于未然。但是，我國網(wǎng)絡空間安全人才在數(shù)量和質(zhì)量上都嚴重不足，截至2017年年底，我國信息系統(tǒng)和信息基礎設施等重要行業(yè)需要網(wǎng)絡空間安全人才是70萬，到2020年這一需求量將急劇增加到140萬，并且預計以后將以每年1.5萬人的速度遞增。而近3年來，各高?？瓢喈厴I(yè)的網(wǎng)絡安全類人才只有近3萬，人才缺口高達95%。遠遠不能滿足網(wǎng)絡空間安全的需要。因此，亟需擴充網(wǎng)絡空間安全人才培養(yǎng)、儲備具有競爭力的網(wǎng)絡空間安全專業(yè)隊伍。隨著網(wǎng)絡空間安全問題成為全世界關注的熱點，網(wǎng)絡安全已經(jīng)成為國家安全的一部分，而提升國家網(wǎng)絡空間安全的整體實力，則需要推動信息安全高等教育水平。

為順應時代需求，2015年6月18日，“網(wǎng)絡空間安全”獲批為工學門類下的一級學科，代碼0839，標準英文為Cyber Security。長安大學在2016年積極響應國家需要，新增自主設立“網(wǎng)絡與信息安全”二級學科，2017年9月正式招生培養(yǎng)。在長安大學“網(wǎng)絡與信息安全”二級學科設置初期，配套建設網(wǎng)絡空間安全相關的研究生高水平課程可以顯著提升學校信息安全學科建設效果。

“信息隱藏技術”在長安大學《網(wǎng)絡與信息安全碩士培養(yǎng)計劃》中是一門必修的專業(yè)學位課（32個學時）。之所以開設這門課程，是因為信息隱藏技術涉及的內(nèi)容可全面覆蓋“網(wǎng)絡空間安全”一級學科下的所有二級學科涉及的內(nèi)容（二級學科涉及網(wǎng)絡空間安全基礎理論、密碼學、系統(tǒng)安全、網(wǎng)絡安全和應用安全），是網(wǎng)絡空間安全學科的主課和大課?！靶畔㈦[藏技術”主要講授如何以傳輸?shù)拇嬖谛院托畔⒌碾[蔽性為信息安全傳輸提供可靠的技術手段，是目前信息安全領域的研究熱點。國家自然科學基金是學術和科研的國家風向標，申報目錄對信息隱藏技術有專門的研究方向編號（F020703），近5年來針對信息隱藏的研究立項高達67項，足以證明信息隱藏技術的學術位置，將“信息隱藏技術”建設成為研究生高水平課程是提升長安大學研究生學術水平的重要途徑。

2 ? ?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

教育部2001年批準武漢大學正式招收信息安全本科專業(yè);2002年，北京郵電大學等18所高校啟動了信息安全專業(yè)本科生的培養(yǎng)工作。2003年，中央辦公廳27號文件《國家信息化領導小組關于加強信息安全保障工作的意見》明確強調(diào)要加強信息安全人才培養(yǎng)。2005年，教育部7號文件《關于進一步加強信息安全學科、專業(yè)建設和人才培養(yǎng)工作的意見》從信息安全學科體系研究、博碩士點建設等10個方面提出了指導性意見。2007年，“教育部信息安全類專業(yè)教學指導委員會”成立，并下達了“信息安全專業(yè)指導性專業(yè)規(guī)范制定”和“信息安全專業(yè)評估”兩個教學科研項目。2012年，國發(fā)23號文件《國務院關于大力推進信息化發(fā)展和切實保障信息安全的若干意見》大力支持信息安全學科師資隊伍、學科體系、專業(yè)院系建設，為高校信息安全學科專業(yè)建設提供政策支持。2015年，國務院學位委員會、教育部決定在“工學”門類下增設“網(wǎng)絡空間安全”一級學科。目前全國約有103所高校設立了信息安全類本科專業(yè)，已有36所高校獲準建立該學科的一級學科博士點，包括長安大學在內(nèi)的25所高?；蜓芯克言O立了信息安全一級學科的碩士點，作為必修課開設了“信息隱藏技術”課程。

國際上，西方發(fā)達國家十分重視信息安全人才培養(yǎng)。2009年，奧巴馬政府發(fā)布的報告《信息空間政策評估—保障可信和強健的信息與通信基礎設施》中，把信息安全教育和人才培養(yǎng)列為重點之一。2011年，奧巴馬政府又發(fā)布了《國家網(wǎng)絡空間安全教育戰(zhàn)略計劃》，進一步強調(diào)加強信息安全人才培養(yǎng)工作。目前，美國有50多所教育機構(gòu)被美國國家安全局認定為卡內(nèi)基梅隆大學信息安全學術人才中心，包括44所高等院校和4所國防院校，4所學校設立信息安全專業(yè)本科專業(yè)，13所學校設立以信息安全為主的本科專業(yè)，10所學校設立信息安全碩士專業(yè)，30所學校設立信息安全研究方向，90%以上的學校開設了“信息隱藏技術”課程。

3 ? ?課程改革建設目標

2018年8月27日，教育部印發(fā)《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》，要求全面整頓本科教育教學秩序，嚴格過程管理。通知要求，各高校要認真查找課堂建設和管理中存在的突出問題和薄弱環(huán)節(jié)，嚴管、嚴抓教學秩序，制定整改措施，明確時間節(jié)點，落實責任到人，把從嚴管理的規(guī)矩立起來、把課堂教學建設強起來、把課堂教學質(zhì)量提起來。同時，要全面梳理各門課程的教學內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”，合理提升學業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質(zhì)量。要切實加強學習過程考核，加大過程考核成績在課程總成績中的比重。通知雖然僅對高等學校本科教育提出要求，但是研究生教育作為高等教育的最高層次，擔負著培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才、創(chuàng)造高水平科研成果、提供一流社會服務的重任，在建設高等教育強國和創(chuàng)新型國家的進程中肩負著其他任何組織都不能替代也無法替代的使命和責任。據(jù)此，在研究生階段的課程教育教學更應注重課程的改革，打造符合研究生教育特點的“金課”。

“信息隱藏技術”研究生高水平課程建設，主要目標是將信息隱藏技術課程建設成精品專業(yè)學位課程。從學校層面講，在研究生教學體系中，通過此門課程使學生建立網(wǎng)絡空間安全的基本素質(zhì)，成為整個“網(wǎng)絡與信息安全”碩士培養(yǎng)的“基石”課程。從學科全局講，建設成在全國具有一定知名度和影響力的“網(wǎng)絡空間安全”專業(yè)課程。具體到本門課程的知識教學，講授信息隱藏技術的概念、信息隱藏系統(tǒng)構(gòu)成、信息隱藏系統(tǒng)安全性分析，使學生掌握數(shù)字圖像和三維模型的信息隱藏區(qū)域以及隱藏規(guī)則的設計與實現(xiàn)方法。 學生可以根據(jù)數(shù)字圖像和三維模型信息隱藏區(qū)域的生成原則以及信息隱藏規(guī)則，按照空間域和變換域的分類方法進行信息隱藏算法的設計，提出性能較為全面的信息隱藏算法。使學生能夠按照系統(tǒng)的思想對算法進行剖析，學習基于數(shù)字圖像及三維模型的信息隱藏系統(tǒng)，并可以根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能劃分對信息隱藏系統(tǒng)進行安全性分析和研究。

4 ? ?課程改革中亟待解決的問題

實現(xiàn)高質(zhì)量課程教學的基礎是教材，所以教材建設是關鍵。

4.1 ?重點研究教材的撰寫

要根據(jù)研究的年齡特點和學習規(guī)律，撰寫合適的“信息隱藏技術”教材，既要體現(xiàn)信息隱藏技術作為網(wǎng)絡空間安全專業(yè)基礎課程的深度，又要緊跟技術發(fā)展前沿結(jié)合信息隱藏技術的最新研究成果體現(xiàn)課程的廣度，還要緊扣高等學校“立德樹人”根本任務，在課程教學中實現(xiàn)全程育人，展現(xiàn)為網(wǎng)絡空間安全培養(yǎng)高素質(zhì)人才的高度。

4.2 ?部署線上線下的互動教學體系

“信息隱藏技術”課程的教學除了線下教師課堂的教學，學生在課下的學習也至關重要，需要有學生實踐設計信息隱藏區(qū)域、信息隱藏規(guī)則、信息隱藏算法等學習環(huán)節(jié)。同時針對學生課后需要繼續(xù)對信息隱藏理論知識學習的需求，“信息隱藏技術”課程在“學堂在線”配套以慕課（Massive Open Online Courses，MOOC）為代表的大規(guī)模開放在線平臺上運行，即配套視頻、課后習題和答疑互動，從上線使用效果看，具有良好的學習效果。慕課建設的關鍵是視頻的線上部署、關鍵知識點的選取以及對知識點講授時間和深度的把握需要認真研究，慕課視頻的表現(xiàn)形式也至關重要。

4.3 ?完善課程考核形式

本課程更加注重對學生思維能力和實踐能力的培養(yǎng)，所以在課程結(jié)束后，考核形式應不限于課堂的試卷考試，還應利用線上進行考核，學生需要自主完成信息隱藏算法設計和實現(xiàn)，達到真正的學用結(jié)合是課程效果的重要驗證標準。

5 ? ?課程改革創(chuàng)新方式

5.1 ?夯實教授基礎，優(yōu)化教學方式

撰寫符合“信息隱藏技術”高水平課程建設的研究生培養(yǎng)教材，目前“信息隱藏技術”教材偏向基礎理論，大多是介紹概念、原理以及相對基礎的信息隱藏算法，理論深度和難度都難以滿足高水平研究生培養(yǎng)的要求，更不能適應“網(wǎng)絡與信息安全”專業(yè)的碩士研究生培養(yǎng)。建設高水平課程的基礎是撰寫適合培養(yǎng)目標的教材，所以課程改革創(chuàng)新的主要內(nèi)容之一是撰寫教材，教材將增加理論深度，提升教材的理論水平。其中，重點增加對基于數(shù)字圖像和三維模型的信息隱藏技術的兩個關鍵問題—信息隱藏區(qū)域以及隱藏規(guī)則進行講解。根據(jù)信息隱藏區(qū)域的生成原則以及信息隱藏規(guī)則，按照空間域和變換域的分類方法對信息隱藏算法進行研究，講授性能較為全面的信息隱藏算法。將算法按照功能進行細節(jié)分解，以系統(tǒng)的思想對算法進行剖析，講授基于數(shù)字圖像和三維模型的信息隱藏系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能劃分對其進行安全性分析講授。圖1為已出版的“信息隱藏技術”教材封面。

打造線上線下的全空間學習體系，即MOOC建設，“信息隱藏技術”研究生高水平課程建設需要積極探索教學改革模式，利用在線教育資源促進混合式教學模式創(chuàng)新，積極建設MOOC（見圖2），通過更有效率、更為彈性的學習方式，充分利用并結(jié)合線上與線下學習的不同特點，提升學習效果。滿足學生在課后繼續(xù)學習理論知識和與授課教師交流答疑的需求。目前已經(jīng)在國家教育部MOOC研究中心官方合作的大規(guī)模免費開放在線課程平臺—“學堂在線”運行的“信息隱藏技術”課程，從運行數(shù)據(jù)可以看出，信息隱藏技術學習需求較大。

5.2 ?更新教學內(nèi)容，注重能力培養(yǎng)

目前，國內(nèi)各高?！靶畔㈦[藏技術”課程多以理論授課為主，教學模式單一，學生的主動性、積極性和實踐能力的培養(yǎng)往往被忽視，必然導致學生學習興趣的降低和創(chuàng)造能力的欠缺。因此，如何開展靈活多樣的教學方式，通過對信息隱藏載體和算法的實際分析應用，呈現(xiàn)不同隱藏算法處理實際載體的能力，使學生養(yǎng)成良好的思維習慣，學會科學的思維方法，同時，幫助學生在實踐中更好地領會和掌握使用的理論與方法，是本課程建設的又一個關鍵而重大的問題。

在當前的信息隱藏技術研究領域，以往的基于數(shù)字圖像的信息隱藏技術已經(jīng)不能滿足大容量、強魯棒性和高抗分析性等信息隱藏技術特性的要求。相比于單載體的數(shù)字圖像信息隱藏載體，基于三維模型的信息隱藏載體以大容量、強魯棒性和高抗分析性等優(yōu)勢更加能滿足信息隱藏技術的要求，所以當前的信息隱藏技術研究逐漸轉(zhuǎn)向以三維模型為信息隱藏載體的多載體融合態(tài)為主的信息隱藏技術研究（見圖3）。在課程教學中，需要緊跟信息隱藏技術研究領域的最新成果，注重與現(xiàn)有技術的交叉結(jié)合，幫助學生對前沿技術的學習，以提升教學質(zhì)量。在教學過程中，應不僅局限于教師的講解，同時要引導學生自主地進行信息隱藏模型和算法的設計，在這個過程中加強學生對理論知識的掌握，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和探索能力。

5.3 ?完善評價體系，強化學用結(jié)合

研究生教學過程中，一個普遍存在的問題是考核方法不能適應研究生教學的目的和培養(yǎng)目標。目前，研究生課程在考核過程中的考核形式和存在的問題有：（1）試卷形式。論文形式雖然能對學生掌握知識的多少進行一個量化的考核，但是試卷形式對“信息隱藏技術”這門應用性較強的課程可能不是十分適合，因為試卷形式不能反映學生對知識在實際生活中的應用水平。（2）大作業(yè)形式。大作業(yè)形式是教師給出題目，由學生在課下完成后上交，題目往往較少，導致學生存在突擊完成的現(xiàn)象，同時大作業(yè)中會出現(xiàn)嚴重抄襲的情況。（3）提交論文形式。提交論文形式是教師給出題目，學生進行論文選題和寫作，這樣雖然能夠避免學生相互抄襲現(xiàn)象的產(chǎn)生，僅一學期的課程學習時間，每個學生具有不同的專業(yè)背景，難以在短時間寫出高質(zhì)量的有關信息隱藏技術論文，導致論文水平較低且無法后續(xù)跟蹤提升質(zhì)量。所以，“信息隱藏技術”研究生高水平課程建設需要建立一套較為適合課程的考核機制。

在本課程目前的教學過程中，已經(jīng)初步建立了一套符合本課程教學目標的考核機制?？己酥凶⒅貙W生學習過程和學生對信息隱藏算法思考的考核評價。達到學生在日后的學習科研中能將所學知識應用于實踐中，學用結(jié)合的教學目標。具體分為：（1）理論的學習。理論學習包括課堂上教師的理論講授和學生課下在MOOC上的自主學習，通過線上線下的理論學習，能夠讓學生對信息隱藏技術的理論知識有一個很好地掌握。（2）學習過程中的實踐。在學生對信息隱藏技術理論知識進行學習的過程中，需要學生對知識進行初步的應用，包括信息隱藏模型和信息隱藏算法的簡單設計，包括由學生分享自己的想法和小組討論等環(huán)節(jié)。（3）學期結(jié)束的期終考核。期終考核是對整個學習過程的綜合考量，包括對學習過程的評價、實際應用的考核和學期結(jié)束的試卷考核。學習過程的評價包括課堂的出勤和課堂表現(xiàn)情況以對線上MOOC的學習情況。實際應用的考核包括學生對信息隱藏模型和算法的分享和實現(xiàn)情況，最終需要以報告的形式呈現(xiàn)，這樣也能夠避免抄襲現(xiàn)象的產(chǎn)生。學期結(jié)束的試卷考核是對學生理論知識掌握程度的考核。通過構(gòu)建多維度、全方位考核體系，能夠?qū)W生的學習情況進行更科學、更全面的考核，真正實現(xiàn)為網(wǎng)絡空間安全專業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目標。