課程建設(shè)評測模型研究

王薇 林欣欣 陳鑫 王凱楠

摘? 要：為解決目前網(wǎng)絡(luò)空間安全新工科課程設(shè)置及產(chǎn)出評測缺乏量化分析的問題，文章提出采用機器學習中的線性模型計算方法，構(gòu)建基于SCP的課程設(shè)置評測模型及基于OBE的課程產(chǎn)出評測模型，可量化分析課程設(shè)置的合理性。利用模型對“網(wǎng)絡(luò)文化安全”課程進行評測，實驗結(jié)果表明，評測模型有效降低人工經(jīng)驗存在的誤差，提高網(wǎng)絡(luò)空間安全新工科課程的建設(shè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)空間安全;課程建設(shè)評測;課程產(chǎn)出評測

中圖分類號：G622.3? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）16-0180-04

Research on Evaluation Model of Course Construction

——Example of New Engineering Course of Cyberspace Security

WANG Wei1，LIN Xinxin2，CHEN Xin2，WANG Kainan2

（1.College of Computer Science and Technology，Changchun University，Changchun? 130022，China;

2.College of Cyberspace Security，Changchun University，Changchun? 130022，China）

Abstract：At present，there is a lack of quantitative analysis on curriculum setting and output evaluation of new engineering in cyberspace security. In order to solve this problem，a linear model calculation method in machine learning is proposed to construct curriculum setting evaluation model based on SCP and curriculum output evaluation model based on OBE. The model can be used to quantitatively analyze the rationality of curriculum setting. The model is used to evaluate the course of “Network Cultural Security”. The experimental results show that the evaluation model can effectively reduce the error of artificial experience and improve the quality of new engineering course construction of network space security.

Keywords：cyberspace security;evaluation of curriculum system;evaluation of course output

0? 引? 言

伴隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)滲透到各個領(lǐng)域之中，互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)空間所包含的內(nèi)容日益擴充，網(wǎng)絡(luò)空間問題已經(jīng)不再僅僅局限于傳統(tǒng)的技術(shù)安全，更應(yīng)把握網(wǎng)絡(luò)空間環(huán)境中的意識形態(tài)安全、文化內(nèi)容安全。根據(jù)2017年教育部指出的新工科建設(shè)的新思路，結(jié)合時下國家對網(wǎng)絡(luò)空間安全的新型人才需求，長春大學網(wǎng)絡(luò)空間安全學院提出建設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)安全與網(wǎng)絡(luò)空間文化安全相融合的新工科方向，注重人才技術(shù)與人文素質(zhì)綜合能力培養(yǎng)，實現(xiàn)工科互建、文理共建的新專業(yè)構(gòu)建模式，解決網(wǎng)絡(luò)空間技術(shù)安全與網(wǎng)絡(luò)空間文化安全間的斷層問題。

針對新興學科的課程體系建設(shè)，國內(nèi)外許多學者進行了研究并取得了相應(yīng)的成果。朱艷萍等[1]提出基于人工智能的網(wǎng)絡(luò)空間安全課程體系建設(shè)，強調(diào)在網(wǎng)絡(luò)空間安全學科內(nèi)構(gòu)建面向人工智能的網(wǎng)絡(luò)安全課程體系，再以機器學習促進網(wǎng)絡(luò)空間安全。曹鵬飛等[2]構(gòu)建了以通識基礎(chǔ)、專業(yè)方向、實習實踐、競賽創(chuàng)新為4階段的課程體系，并通過OBE理論對學生畢業(yè)后的綜合能力進行評價。這種基于產(chǎn)出的教育理念只有標準，缺乏計算方法。文獻[3]針對學生興趣不足的特點提出采用啟發(fā)式教學并用案例和任務(wù)加以驅(qū)動，缺點在于不能更好地選擇適合學生的課程。文獻[4]針對課程內(nèi)容獨立采用自頂向下的方式構(gòu)建課程體系，并提出綜合實踐分級培訓模式。

以上方法從不同的方向針對網(wǎng)絡(luò)空間安全新工科課程體系建設(shè)進行了研究，但都缺乏量化的標準進行評估，構(gòu)建課程量化評測模型具有一定的意義。本文為吉林省高等教育教學改革課題“應(yīng)用型網(wǎng)絡(luò)空間安全新工科建設(shè)研究”，吉林省職教課題“新時代校企融合背景下技術(shù)技能人才培養(yǎng)模式實踐研究”的重要研究內(nèi)容，力求通過模型構(gòu)建，為課程體系設(shè)置及技術(shù)技能人才培養(yǎng)提供量化的評價依據(jù)。

1? 網(wǎng)絡(luò)空間安全的背景及發(fā)展

1.1? 網(wǎng)絡(luò)空間的產(chǎn)生與發(fā)展

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)給人們提供了交往的新方式，網(wǎng)絡(luò)主體通過搭載互聯(lián)網(wǎng)的各類載體進行各種操作完成信息資源的交流，網(wǎng)絡(luò)空間是人類利用計算機和通信設(shè)備所構(gòu)建的由信息所組成的空間，其中包括互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)中所傳輸、處理和存儲的一切信息[5]。方濱興院士將網(wǎng)絡(luò)空間定義為“構(gòu)建在信息通信技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施之上的人造空間，用以支撐人們在該空間中開展各類與信息通信技術(shù)相關(guān)的活動”[6]。面對網(wǎng)絡(luò)空間安全問題的存在及新興交叉學科的興起，網(wǎng)絡(luò)空間安全學科及專業(yè)應(yīng)運而生，國家對于網(wǎng)絡(luò)空間安全的重視度和人才隊伍建設(shè)的重視度提升到了一個更高的水平，但目前全球網(wǎng)絡(luò)安全人才依然存在大量的缺口，網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)系到國家安全、社會穩(wěn)定等諸多方面，只有建設(shè)合理的課程體系才能為社會輸出更多合格的專業(yè)人才，保障國家網(wǎng)絡(luò)空間安全。

1.2? 網(wǎng)絡(luò)空間安全新工科

2014年2月，中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化領(lǐng)導小組及其辦公室宣告成立。2015年6月，國務(wù)院學位委員會與教育部批示決定在“工學”門類下增設(shè)“網(wǎng)絡(luò)空間安全”一級學科并開設(shè)一級博士點，推動網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域人才培養(yǎng)。2016年1月，共29所院校增列網(wǎng)絡(luò)空間安全一級學科博士學位授權(quán)點。2017年9月中央網(wǎng)信辦、教育部確定7所高校作為首批網(wǎng)絡(luò)空間安全示范項目，截至2020年全國開設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間安全本科專業(yè)院校數(shù)量增至62所。網(wǎng)絡(luò)空間安全作為新興的交叉學科，傳統(tǒng)的工科建設(shè)模式已然不適合其發(fā)展目標，新工科建設(shè)才是這一專業(yè)的出口。網(wǎng)絡(luò)空間安全新工科在建設(shè)過程中要積極加強其內(nèi)容建設(shè)，強調(diào)學科交叉融合，人才培養(yǎng)。只有正確進行課程體系建設(shè)和人才能力評估才能實現(xiàn)專業(yè)人才缺口的填充，進而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間的安全運行，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+文化”“互聯(lián)網(wǎng)+社會”“互聯(lián)網(wǎng)+管理”等多學科交叉，實現(xiàn)技術(shù)、文化、管理的有機融合。

3? 網(wǎng)絡(luò)空間安全新工科的課程與能力評測

3.1? 基于SCP的課程建設(shè)評測模型

目前普通高校的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)課程主要以傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)為主，網(wǎng)絡(luò)空間安全本身便需要各類學科知識進行支撐，課程的開設(shè)應(yīng)有一個具體的量化標準，本文將機器學習中的線性模型計算方法應(yīng)用于此，線性模型簡單、易于建模，將學生、企業(yè)和專家的意見作為屬性描述，通過3個屬性的線性組合進行課程評價總分的計算，通過不同的閾值規(guī)劃等級，并通過Python使用Matplotlib庫將具體的模型實例進行表現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)空間安全新工科的課程體系在制定過程中應(yīng)考慮多方因素，包括學生意見、社會企業(yè)意見以及專家意見等等，針對每一門課程是否需要開設(shè)，可構(gòu)建基于SCP（Student、Company、Exoert）3標志值的課程建設(shè)評測模型。

在此模型中將課程評價分為不滿意、基本滿意以及非常滿意三部分，其次設(shè)置課程開設(shè)標準的標志值1～5分別代表必須取消課程、推薦取消課程、推薦設(shè)置為選修課程、推薦設(shè)為必修課程以及必須開設(shè)課程。統(tǒng)計參與課程開設(shè)評測的學生、企業(yè)以及專家數(shù)目，將其求和標記為n，再統(tǒng)計不同參與者中對于該課程不滿意、基本滿意以及非常滿意的數(shù)目，分別標記為a、b、c，參照表1記錄不同參與類型的標志值。

將上述方法所計算的各類標志值進行計算p=0.1q+0.5w+ 0.4e，其中q，w，e是根據(jù)上表計算公式所獲得的學生、企業(yè)和專家的標記值。將p的值參照表2即可得到該課程開設(shè)的評測標準。該參考模型的課程評測周期為1年，記錄課程評測值，當連續(xù)3年都是推薦取消時，便將其標志值設(shè)為1。

該模型對于新開設(shè)課程以及傳統(tǒng)課程中存在的問題提供了一個數(shù)值標準，有助于對新課程的評價以及對課程體系的更新。根據(jù)該模型編寫程序以學生為參與者，對“網(wǎng)絡(luò)文化安全”課程針對50名學生進行評測，結(jié)果如圖1所示，圖2為課程最終標志值的變化圖。

專家以及企業(yè)對課程的評價標志值變化類型與學生相同，以三維坐標中點的顏色深度為衡量標準，由顏色深度變換表示該課程的評價標準，五種顏色深度表示五種開設(shè)標準，其中最深顏色表示必須取消，最淺顏色表示必須開設(shè)，其余依此類推，這樣課程設(shè)置的就有明確的量化值。

3.2? 基于OBE的課程產(chǎn)出評測模型

新工科建設(shè)的核心在于人才的培養(yǎng)，人才的能力是課程產(chǎn)出的結(jié)果，課程產(chǎn)出的效益同樣需要量化。

一門課程開設(shè)的目的是對學生的某一種或某幾種能力進行培養(yǎng)，同時學生某一能力的培養(yǎng)是多門課程作用的結(jié)果。在開設(shè)課程時將該課程對學生的某一種或某幾種能力的培養(yǎng)力度按照總和100%做定量分配，將支撐學生一種能力的所有課程考核分數(shù)的加權(quán)總和記為SA，所有學生在該能力上的課程分綜合SA的平均數(shù)記為MA，將學生在單項能力的達成度記為DA。為避免學生在不同占比的課程中得分的差距過大，當SA/MA≥1.2時將DA標記為高，當SA/MA≥0.8時且SA/MA<1.2時將DA標記為合格，當SA/MA<0.8時將DA標記為不合格。

將某一學生各項能力相加標記為ST，所有學生各項能力值總和取平均記為MT，將學生總能力達成度記為DT。為避免學生在各項能力上的差距過大，當ST/MT≥1.2時將DT標記為高，當ST/MT≥0.8時且ST/MT<1.2時將DT標記為合格，當ST/MT<0.8時將DT標記為不合格。

該課程產(chǎn)出效益的評測周期為一年，針對學生每年的能力變化及時調(diào)整課程體系及培養(yǎng)方案，使新工科的課程體系更為合理。

“網(wǎng)絡(luò)文化安全”是長春大學網(wǎng)絡(luò)安全學院開設(shè)的一門專業(yè)特色課程，是以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)安全為基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)文化安全為特色的一門課程，是重點建設(shè)課程。應(yīng)用該模型對“網(wǎng)絡(luò)文化安全”課程進行評測，其中“網(wǎng)絡(luò)文化安全”課程支撐專業(yè)人才培養(yǎng)方案中畢業(yè)要求指標點為5項，不同考核環(huán)節(jié)考核得分為4項，分別記為t1、t2、t3、t4，評測結(jié)果如表3所示。

在該案例中以SA/MA為計算方法將學生的各項能力指標做分析，學生能力分布如圖3所示，以0.2的冗余作為調(diào)整，全面展現(xiàn)學生能力分布情況。

4? 結(jié)? 論

基于SCP的課程體系建設(shè)評測模型結(jié)合學生、企業(yè)以及專家三方的意見使用機器學習中的線性模型計算方法給出量化標準，有助于解決新工科建設(shè)中的課程建設(shè)的盲目性問題，也為課程體系的調(diào)整提供參考依據(jù)?；贠BE的課程產(chǎn)出評測模型將課程能力培養(yǎng)在學生測試中進行量化，方便及時更新培養(yǎng)計劃，有效解決課程設(shè)置不符合學生能力培養(yǎng)需求的問題，更有助于優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)。

參考文獻：

[1] 朱艷萍，張云春，林英，等.面向人工智能的網(wǎng)絡(luò)空間安全課程體系建設(shè) [J].計算機教育，2019（9）：120-124.

[2] 曹鵬飛，楊望，葉傳標，等.新工科背景下應(yīng)用型大學網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)課程體系構(gòu)建研究 [J].計算機教育，2019（11）：54-57+63.

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[6] 龔征，溫雅敏.網(wǎng)絡(luò)空間安全人才培養(yǎng)的實踐教學探索 [J].計算機教育，2016（2）：113-117.

作者簡介：王薇（1975—），女，漢族，吉林延吉人，副院長，教授，碩士生導師，碩士，研究方向：機器學習與智能數(shù)據(jù)分析;林欣欣（1997—），男，漢族，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)文化治理、人工智能、霧計算;陳鑫（1999—），女，漢族，山東長清人，碩士研究生，研究方向：邊緣計算;王凱楠（1996—），男，漢族，山西長治人，碩士研究生，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全、大數(shù)據(jù)分析。