信息安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新

李秀廣，張明書

（武警工程大學(xué) 密碼工程學(xué)院，陜西 西安 710086）

0 引 言

習(xí)主席在主持召開網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作座談會(huì)時(shí)明確指出：要樹立正確的網(wǎng)絡(luò)安全觀，加快構(gòu)建關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施安全保障體系，全天候全方位感知網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防御能力和威懾能力。當(dāng)前，以增強(qiáng)信息安全實(shí)戰(zhàn)能力為導(dǎo)向，提升信息安全創(chuàng)新理論、應(yīng)用技術(shù)和專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，已成為國(guó)家和軍隊(duì)信息化建設(shè)中一項(xiàng)支撐工程和關(guān)鍵任務(wù)。院校作為專業(yè)人才培養(yǎng)的主陣地，勢(shì)必要擔(dān)當(dāng)起推進(jìn)信息安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革創(chuàng)新，提升信息安全人才實(shí)踐能力的重任。

為滿足信息技術(shù)發(fā)展對(duì)人才應(yīng)用實(shí)踐能力、崗位任職能力和應(yīng)變創(chuàng)新能力提出的更高要求，適應(yīng)信息安全專業(yè)教學(xué)改革與發(fā)展需要，必須進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)實(shí)踐教學(xué)的研究與推進(jìn)力度，教育教學(xué)改革要始終以提高學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力為導(dǎo)向，樹立加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的理念，搞好實(shí)踐教學(xué)的頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃，探索靈活有效的實(shí)踐教學(xué)模式方法，切實(shí)培養(yǎng)出適應(yīng)崗位業(yè)務(wù)和形勢(shì)任務(wù)需求的高素質(zhì)人才[1-2]。

1 以學(xué)生為中心，構(gòu)建實(shí)踐能力導(dǎo)向的“CC5E”梯次化教學(xué)目標(biāo)模型

以學(xué)生為中心，以實(shí)戰(zhàn)能力培育為主線，按照“時(shí)序得當(dāng)、知識(shí)連貫、技能銜接”的原則科學(xué)布局、統(tǒng)籌安排課程，建立“CC5E”梯次化教學(xué)目標(biāo)模型，如圖1 所示。其中，CC（Combat Capacity）代表實(shí)戰(zhàn)能力，5E 分別指學(xué)習(xí)投入能力（Engagement）、應(yīng)用實(shí)踐能力（Experiment）、探究分析能力（Exploration）、實(shí)戰(zhàn)應(yīng)變能力（Emergency）和擴(kuò)展創(chuàng)新能力（Extension）。

圖1 “CC5E”梯次化教學(xué)目標(biāo)模型

在教學(xué)實(shí)踐中，以實(shí)戰(zhàn)能力為導(dǎo)向，以5 種能力培養(yǎng)為目標(biāo)，使“CC5E”梯次化教學(xué)目標(biāo)通過教學(xué)大綱、人才培養(yǎng)方案和課程教學(xué)計(jì)劃納入每一門課程、嵌入每一本教材、滲入每一節(jié)課堂、化入學(xué)生頭腦。確立以能力為核心、以實(shí)施為重點(diǎn)、以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)理念，構(gòu)建“基礎(chǔ)訓(xùn)練專題模塊式、應(yīng)用能力項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式、創(chuàng)新技能探索研究式”的實(shí)踐教學(xué)模式，以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)用結(jié)合、分析處理、判斷決策的實(shí)踐實(shí)戰(zhàn)能力。

基礎(chǔ)知識(shí)和科學(xué)理論是能力提升的根本前提，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力必須以堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)為支撐。在基礎(chǔ)理論教學(xué)中，注重學(xué)生學(xué)習(xí)投入能力的培養(yǎng)，以此帶動(dòng)學(xué)習(xí)效率的提升和基礎(chǔ)理論的鞏固。

以突出應(yīng)用能力培養(yǎng)和專業(yè)技能訓(xùn)練為目標(biāo)完善實(shí)踐教材，專業(yè)基礎(chǔ)課普遍設(shè)置課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，加大實(shí)用性、實(shí)戰(zhàn)型教學(xué)內(nèi)容的比重，提升學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力；同時(shí)，緊跟學(xué)科技術(shù)前沿、適應(yīng)工作崗位需求構(gòu)建課程模塊化、項(xiàng)目層次化實(shí)踐內(nèi)容體系，將信息安全領(lǐng)域難點(diǎn)熱點(diǎn)問題、學(xué)術(shù)科研中的關(guān)鍵問題適時(shí)引入實(shí)踐教學(xué)中，強(qiáng)化學(xué)生的探究分析和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)變能力。

以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)建立開放式實(shí)踐教學(xué)制度，開展本科生小革新、小發(fā)明、小軟件、小制作、小論文的“五小”科技創(chuàng)新，為學(xué)生參加數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、信息安全大賽等全國(guó)性學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽提供指導(dǎo)和科研環(huán)境，吸收學(xué)生參與部隊(duì)課題研究，提升學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用與擴(kuò)展創(chuàng)新能力。

2 以崗位任職能力需求為牽引，推動(dòng)課程教學(xué)內(nèi)容體系的優(yōu)化重構(gòu)

以崗位任職能力需求為牽引，運(yùn)用自然生態(tài)理論，構(gòu)建實(shí)踐能力支撐的知識(shí)體系，推動(dòng)課程教學(xué)內(nèi)容體系的優(yōu)化重構(gòu)。一是利用“生物鏈”理論，確定主干知識(shí)技能體系。將信息安全能力定義為一個(gè)生態(tài)圈，它包含知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)群、課程、技能、能力5 個(gè)生態(tài)鏈節(jié)點(diǎn)，如圖2 所示。知識(shí)點(diǎn)位于生態(tài)圈“生物鏈”底層，形成自下而上的知識(shí)與技能層次，“生物鏈”上層高級(jí)節(jié)點(diǎn)擁有更多的衍生知識(shí)和能力。以口令認(rèn)證技能為例，口令認(rèn)證是身份認(rèn)證的一種方式，口令認(rèn)證技能包含于身份認(rèn)證能力的范疇，同時(shí)需要密碼學(xué)、數(shù)據(jù)庫、程序語言設(shè)計(jì)等實(shí)踐課程的支撐，與動(dòng)態(tài)認(rèn)證、靜態(tài)認(rèn)證、本地認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、虛擬鍵盤認(rèn)證、實(shí)體U 盤（卡片、令牌）認(rèn)證等知識(shí)群密切關(guān)聯(lián)，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)包括密碼學(xué)課程中的散列函數(shù)、偽隨機(jī)序列、置換和擴(kuò)散等，數(shù)據(jù)庫課程中的SQL 語句、數(shù)據(jù)表、主鍵、數(shù)據(jù)庫操作、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)庫加密等，程序語言設(shè)計(jì)課程中的基礎(chǔ)語言、基本語法、面向?qū)ο?、軟硬件編程平臺(tái)與接口、明密文檢索與比對(duì)、密碼算法設(shè)計(jì)與調(diào)用等。二是利用生態(tài)平衡理論，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容分配體系，使各教學(xué)環(huán)節(jié)的配比取得最佳“生態(tài)”平衡點(diǎn)?；A(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程的比例，每本教材中理論內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容的比例，每門課程中講授課時(shí)與實(shí)驗(yàn)課時(shí)的比例，教學(xué)設(shè)計(jì)中理論講授與實(shí)踐操作的比例，布置作業(yè)中理論作業(yè)與操作作業(yè)的比例，課堂學(xué)習(xí)時(shí)間與自習(xí)時(shí)間的比例……每一種比例都需要從全局出發(fā)，從學(xué)科體系和學(xué)生能力生成規(guī)律角度通盤考慮，找準(zhǔn)最佳“生態(tài)”平衡點(diǎn)，使老師和學(xué)生都處于最佳狀態(tài)，從而把學(xué)生培養(yǎng)成為理論知識(shí)厚實(shí)、實(shí)踐技能扎實(shí)的實(shí)踐型信息安全專業(yè)人才。

3 以實(shí)踐能力培育為核心，創(chuàng)新“5階5合”體系化教學(xué)實(shí)施規(guī)范

以青年學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)規(guī)律為主線，以實(shí)戰(zhàn)能力培育為核心，根據(jù)新型信息安全人才培養(yǎng)規(guī)律和崗位業(yè)務(wù)需求，創(chuàng)新實(shí)踐“5 階5 合”式實(shí)踐教學(xué)實(shí)施規(guī)范，如圖3 所示，即1 階課程實(shí)驗(yàn)，與課程知識(shí)點(diǎn)有效融合；2 階課程設(shè)計(jì)，與課程技能要求有效融合；3 階任務(wù)實(shí)訓(xùn)，與應(yīng)用能力要求有效融合；4 階對(duì)抗演練，與綜合應(yīng)變能力有效融合；5 階基地演習(xí)，與崗位任職能力有效融合。

圖2 實(shí)踐能力知識(shí)體系示意圖

圖3 “5 階5 合”體系化教學(xué)實(shí)施規(guī)范

科學(xué)制訂從課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、任務(wù)實(shí)訓(xùn)、對(duì)抗演練、基地演習(xí)，到崗位實(shí)習(xí)與實(shí)際任務(wù)歷練的體系化實(shí)踐教學(xué)實(shí)施規(guī)范，充分利用在線課程、模擬仿真系統(tǒng)、虛擬實(shí)驗(yàn)室等輔助手段，按照“前期重理論打基礎(chǔ)、中期訓(xùn)技能提素質(zhì)、后期練應(yīng)用強(qiáng)能力、崗前促綜合熟業(yè)務(wù)”的思路，科學(xué)定制知識(shí)銜接、能力連貫的實(shí)踐教學(xué)模式，從低級(jí)到高級(jí)、從單一到復(fù)合逐步培養(yǎng)學(xué)生滿足新的形勢(shì)任務(wù)需求的信息安全實(shí)戰(zhàn)能力。

新時(shí)期信息安全人才必須具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)、系統(tǒng)思維能力和實(shí)踐應(yīng)用能力，院校教學(xué)也要相應(yīng)地以滿足社會(huì)對(duì)信息安全人才的動(dòng)態(tài)需求為目標(biāo)，不斷強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，靈活實(shí)踐教學(xué)方法，增強(qiáng)人才培養(yǎng)實(shí)效。

4 以深度融合信息技術(shù)為手段，推進(jìn)基于應(yīng)用場(chǎng)景的融合式教學(xué)法改革

4.1 以任職崗位需求為牽引，按能力要求設(shè)置問題情景

以實(shí)踐教學(xué)的靶向性和有效性為目標(biāo)，把信息安全學(xué)科相關(guān)課程知識(shí)點(diǎn)支撐的能力與任職崗位任務(wù)建立映射關(guān)系，然后，按照能力要求設(shè)置問題情景，確定課程學(xué)習(xí)的知識(shí)及技能目標(biāo)。以網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)實(shí)踐課為例，任職崗位工作需要保護(hù)綜合信息網(wǎng)終端系統(tǒng)安全，那么學(xué)生將來要承擔(dān)的工作任務(wù)必然包括：①預(yù)防與清除綜合信息網(wǎng)終端計(jì)算機(jī)病毒；②查找綜合信息網(wǎng)終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)漏洞；③加固綜合信息網(wǎng)終端計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)安全。相對(duì)應(yīng)的知識(shí)技能目標(biāo)分別為：①能安裝、配置殺毒軟件，查殺病毒與木馬，修復(fù)系統(tǒng)及應(yīng)用程序漏洞；②認(rèn)知掃描器工具，能應(yīng)用掃描器工具發(fā)現(xiàn)主機(jī)系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)；③能保護(hù)系統(tǒng)賬號(hào)，防止暴力破解，能配置本地安全策略，加固系統(tǒng)安全。

4.2 采用面向教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生學(xué)習(xí)理解規(guī)律的融合式教學(xué)法

根據(jù)4.1 節(jié)能力與任職崗位任務(wù)間的映射關(guān)系，把實(shí)踐課程內(nèi)容分解成多個(gè)以技能要求為基礎(chǔ)的實(shí)踐子項(xiàng)目，然后，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式+情境沉浸式教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)法，將項(xiàng)目融入教學(xué)內(nèi)容，利用可形象感知、可即時(shí)反饋的實(shí)踐操作，促使學(xué)生掌握知識(shí)內(nèi)容，練就扎實(shí)技能。

該教學(xué)方法使學(xué)生按照發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思路開展實(shí)踐研究與方法驗(yàn)證，堅(jiān)持因?qū)W生層次制宜、因技術(shù)革新制宜、因職能拓展制宜、因任務(wù)變化制宜，通過采用研究型、專題型、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型實(shí)踐教學(xué)方法，切實(shí)提高學(xué)生的思維水平和動(dòng)手能力。

4.3 提出并實(shí)踐“微反轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式

鑒于信息安全專業(yè)課程學(xué)習(xí)難度偏大、理論與實(shí)踐性均比較強(qiáng)的特點(diǎn)，我們?cè)谛∫?guī)模在線課程SPOC（Small Private Online Course）+反轉(zhuǎn)課堂的基礎(chǔ)上優(yōu)化改進(jìn)，提出了微反轉(zhuǎn)課堂的概念。SPOC 對(duì)學(xué)生人數(shù)有著嚴(yán)格的限制，如果人數(shù)過多，無法就課程內(nèi)容充分深入討論，難以達(dá)到預(yù)期效果[3]。反轉(zhuǎn)課堂則是讓學(xué)生在課前通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或微課資源學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，課中在教師的引導(dǎo)下組織進(jìn)行專題講授、知識(shí)點(diǎn)剖析或小組討論，這種方式對(duì)于線下時(shí)間有保障、知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立、難易適度的授課內(nèi)容效果較好，但對(duì)于很難在短時(shí)間內(nèi)深刻理解的某些重難點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生往往難以講解清楚，效果并不理想[4]?！拔⒎崔D(zhuǎn)課堂”同時(shí)借鑒反轉(zhuǎn)課程和對(duì)分課堂各自的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，根據(jù)項(xiàng)目（知識(shí)點(diǎn)）劃分課堂時(shí)間安排，依然采用學(xué)生線上自學(xué)、老師線下組織的方式，只是在組織方法上根據(jù)項(xiàng)目難易程度，靈活安排反轉(zhuǎn)的內(nèi)容和時(shí)間，有效避免反轉(zhuǎn)課堂組織過程中出現(xiàn)的學(xué)生線上學(xué)不透、課上講不出，教師組織實(shí)施難的問題，取得了良好的教學(xué)效果。

5 以解決現(xiàn)實(shí)問題為重點(diǎn)，推進(jìn)“教、學(xué)、訓(xùn)、研、用”一體化改革實(shí)踐，提升實(shí)踐型人才培養(yǎng)質(zhì)量

持續(xù)推進(jìn)“以教帶研、以學(xué)導(dǎo)訓(xùn)、以戰(zhàn)促學(xué)、訓(xùn)戰(zhàn)一致”教育教學(xué)改革，聚焦部隊(duì)任職需求，強(qiáng)化知識(shí)重轉(zhuǎn)化，面向部隊(duì)增技能，靠攏實(shí)戰(zhàn)抓演訓(xùn)。

“以教帶研”就是密切跟蹤形勢(shì)任務(wù)發(fā)展和職能業(yè)務(wù)拓展中的重難點(diǎn)問題，以解決部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)難題為目標(biāo)開展科研攻關(guān)，并注重成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，解決教學(xué)、科研與部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)需求有機(jī)融合的問題；“以學(xué)導(dǎo)訓(xùn)”是指注重學(xué)以致用，以扎實(shí)的理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐訓(xùn)練，使實(shí)踐過程始終保持正確的理論方向和實(shí)踐導(dǎo)向，更加貼近部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)需求、貼近崗位業(yè)務(wù)規(guī)律、貼近形勢(shì)任務(wù)發(fā)展；“以用促學(xué)”是指教學(xué)活動(dòng)圍繞實(shí)戰(zhàn)需求展開，加強(qiáng)新理論、新戰(zhàn)法、新訓(xùn)法的研究應(yīng)用，通過案例、戰(zhàn)例剖析，推進(jìn)實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)、演練型實(shí)踐、創(chuàng)新式教育的人才培養(yǎng)模式，加強(qiáng)能力導(dǎo)向性明確、崗位指向性強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)，提高教學(xué)針對(duì)性和有效性；“訓(xùn)用一致”是指牢固確立戰(zhàn)斗力標(biāo)準(zhǔn)，基于實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練環(huán)境，加強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練實(shí)踐，強(qiáng)化實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的思路、理念，創(chuàng)新實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練模式，完善實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練機(jī)制，依據(jù)使命任務(wù)確定能力導(dǎo)向，根據(jù)實(shí)戰(zhàn)能力需求設(shè)計(jì)教學(xué)訓(xùn)練目標(biāo)，按照訓(xùn)練目標(biāo)規(guī)劃教學(xué)訓(xùn)練的組織、管理和保障，加強(qiáng)多樣化任務(wù)中的基本技能和綜合素質(zhì)訓(xùn)練，增強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)技能。

6 結(jié) 語

實(shí)踐教學(xué)是當(dāng)前高校教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容，也是關(guān)系人才培養(yǎng)質(zhì)量的一個(gè)重要方面，只有適應(yīng)信息化、智能化條件下社會(huì)和部隊(duì)對(duì)信息安全人才需求的發(fā)展，不斷改進(jìn)辦學(xué)思路，提高實(shí)踐教學(xué)水平，才能培養(yǎng)出素質(zhì)能力過硬、深受用人單位歡迎的高層次信息安全人才。