基于OBE理念的網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程教學改革研究

曹飛　李清寶　姚偉平

［摘 要］網(wǎng)絡空間安全技術(shù)飛速發(fā)展，相對而言，部分高校的網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐類課程存在教學內(nèi)容陳舊、教學模式單調(diào)、考評方式單一等問題。為了更好地促進一流課程建設和教學改革，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力強、綜合素質(zhì)高的網(wǎng)絡空間安全專業(yè)新型人才，文章基于OBE（Outcome?based Education）理念，介紹從成果導向式教學持續(xù)改進路線、任務驅(qū)動型教學模式設計、價值產(chǎn)出型考核評價方法三個方面開展實踐課程教學改革探索研究的情況。

［關(guān)鍵詞］網(wǎng)絡空間安全；實踐課程；OBE理念；教學改革；人才培養(yǎng)

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）12-0078-04

OBE（Outcome?based Education）可譯為成果導向教育、能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育，是由威廉·G. 斯派迪（William G. Spady）等人在1981年提出的，目前已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。OBE理念強調(diào)，課程教學設計和教學實施的目標，是學生通過教育過程最后所取得的學習成果，充分體現(xiàn)了以學生為中心、以成果為導向的特點。在實踐類課程教學中引入OBE理念，注重對學生能力導向培養(yǎng)，以滿足未來學生職業(yè)需求為目標，對學生的考核評價更客觀全面，使學生學習的主動性更強，教學效果十分明顯。

一、傳統(tǒng)網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程教學模式問題剖析

2015年6月，教育部發(fā)布了增設網(wǎng)絡空間安全一級學科的通知，這表明網(wǎng)絡空間安全人才培養(yǎng)的重要性已上升到新高度。隨后，國內(nèi)一批高校設立網(wǎng)絡空間安全學院，不斷完善課程體系、優(yōu)化師資隊伍，這些舉措對促進網(wǎng)絡空間安全一級學科的發(fā)展無疑具有十分重要的積極作用。但是，網(wǎng)絡空間安全作為新興學科，距離世界一流學科有不小差距，特別是相關(guān)人才儲備少、國外技術(shù)封鎖等問題的存在，對網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程教學水平的提升提出了迫切要求。

目前高校開設的網(wǎng)絡空間安全專業(yè)典型課程主要有計算機網(wǎng)絡、網(wǎng)絡攻防技術(shù)、現(xiàn)代密碼學、信息安全數(shù)學基礎、大數(shù)據(jù)安全等，并且普遍設置有相關(guān)實踐課程。目前部分高校在相關(guān)實踐課程教學中，一定程度上還存在設施條件不完備、計劃安排不科學、考核方法不合理等問題，導致不能充分調(diào)動學生的主動性和積極性，無法真正做到將理論與實踐有效結(jié)合，也很難做到“教中學、學中做”，實踐課程教學效果并不理想。

目前，網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程教學模式的改革仍處于探索階段。以教學為主、實驗為輔的傳統(tǒng)教學模式注重理論知識點的覆蓋和積累，對學生動手能力、創(chuàng)新精神、綜合素質(zhì)和實戰(zhàn)能力的培養(yǎng)有待加強。這種傳統(tǒng)教學模式主要存在以下不足。

（一）實踐課程教學目標與人才培養(yǎng)目標沒有充分結(jié)合對應，缺乏動態(tài)發(fā)展性

網(wǎng)絡空間安全是一門綜合性和實踐性很強的學科，知識體系龐雜、技術(shù)更新迅速、學科交叉性強。相關(guān)課程教學不能只是簡單地講授基礎概念和原理，實踐課程任務也不能只是為了配合理論課程的驗證。應當設立成果導向、任務驅(qū)動的課程教學目標，跟緊網(wǎng)絡安全發(fā)展趨勢，讓學生在實踐中提升網(wǎng)絡空間安全分析與管理能力，實現(xiàn)培養(yǎng)具有較強的專業(yè)操作能力、創(chuàng)新實踐能力、綜合實戰(zhàn)能力的人的人才培養(yǎng)目標。

（二）實踐課程內(nèi)容體系化不足，零散概念驗證和基礎原理操作類實驗科目太多，難以提升學生的創(chuàng)新能力和系統(tǒng)分析能力

網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程內(nèi)容安排必須緊跟技術(shù)發(fā)展潮流，不斷豐富完善課程體系。部分學校開設的驗證性實驗和單一訓練科目過多且零亂，設計性、啟發(fā)性、創(chuàng)新性和綜合性實驗太少，導致學生創(chuàng)新能力和系統(tǒng)分析能力未得到充分培養(yǎng)和提升，特別是攻擊和防御兩個方面的專業(yè)技能鍛煉不足，網(wǎng)絡攻防對抗能力欠缺。

（三）實踐課程考核方法單一、評價標準簡單，欠缺多樣化激勵措施

網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程的考核評價最常見的方式就是實驗報告。僅依賴實驗報告的考核方式雖然簡單快捷，但存在諸多不足：一方面存在很多不可控因素，難以避免課下抄襲現(xiàn)象，成績評判的公平性難以實現(xiàn)；另一方面，考核內(nèi)容不全面，綜合攻防對抗能力突出的學生難以脫穎而出。這會導致學生學習積極性下降、學習思維刻板固化，教學目標無法很好地落實。

二、成果導向式教學模式改革

基于教學過程中存在的現(xiàn)實問題，為了建設更加科學、全面、前沿的網(wǎng)絡空間安全實踐課程，彌補教學短板，急需對網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程教學進行改革。將成果導向教育理念充分融合在網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程中，具有重要的現(xiàn)實意義。成果導向式教學模式改革主要涵蓋以下三個方面。

（一）成果導向式教學持續(xù)改進路線

針對當前網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程體系，應打破傳統(tǒng)工科學科建設思路，持續(xù)改進，不斷更新，有效解決課程教學目標與人才培養(yǎng)目標脫節(jié)的問題。以成果為導向的課程建設是一個需要持續(xù)改進和更新的過程。應根據(jù)國家社會發(fā)展需要、行業(yè)職業(yè)需求、學校定位發(fā)展目標、人才素質(zhì)培養(yǎng)目標等方面綜合確立教育目標，依據(jù)教育目標持續(xù)改進課程體系、課程大綱、教學模式、教學條件、教學評價等，結(jié)合科研成果向教學內(nèi)容轉(zhuǎn)化、課程督導提升教學水平、科研與學術(shù)成果孵化等關(guān)鍵過程，最終基于人才培養(yǎng)質(zhì)量、教育成果質(zhì)量反饋，持續(xù)改進課程建設，整體上形成閉環(huán)。

（二）任務驅(qū)動型教學模式設計

重構(gòu)學習目標、課程內(nèi)容與教學過程。在確定網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程的學習目標之前，應充分了解我國當前網(wǎng)絡空間安全需求與形勢，結(jié)合人才培養(yǎng)方案，革新教學目標。教師應通過布置任務調(diào)動學生實踐的積極性，重視學生的網(wǎng)絡攻防動手操作能力培養(yǎng)；不斷優(yōu)化實踐課程教學內(nèi)容，依據(jù)“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的網(wǎng)絡安全需求，設計基礎技能訓練、創(chuàng)新開發(fā)設計、綜合實戰(zhàn)對抗等多樣化板塊，遞進式設計不同難度的任務，有層次地推進實驗。在教學過程中，教師應以學生為主體，以OBE理念為引導，注重為學生提供自學環(huán)境。

（三）價值產(chǎn)出型考核評價方法

課程考核評價是為了評估課程目標實現(xiàn)情況、學生學習任務完成情況。教師應基于OBE理念，綜合評估學生在實踐課程學習后的產(chǎn)出。網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程的評估可組合設置實驗報告、思考題作業(yè)、課堂實時匯報、科技創(chuàng)新設計、綜合實戰(zhàn)對抗等環(huán)節(jié)。其中，實驗報告主要考查學生的實驗完成度和質(zhì)量，以及邏輯和寫作能力。實驗后一般設置思考題，目的是深度挖掘?qū)嶒瀮r值，拔高實驗難度，考查學生的創(chuàng)新精神和鉆研能力。部分實驗科目可安排課上實時匯報，匯報形式可以包括講授、展示、提問和討論等，目的是考查學生對實驗的理解程度，以及分享學習創(chuàng)新方法和思路，加強學生之間的交流與溝通?？萍紕?chuàng)新設計環(huán)節(jié)重點開展設計性、創(chuàng)新性實驗，也可結(jié)合國內(nèi)重要網(wǎng)絡安全賽事，還可讓學生獨立發(fā)表論文等，綜合考查學生的學習能力與科研素養(yǎng)，融合課外成果與課程考核評價。綜合實戰(zhàn)對抗通過整理、綜合具有較強相關(guān)性和體系性的實驗科目，形成網(wǎng)絡安全綜合大實驗，突出攻防對抗思想，主要考查學生對基礎理論知識的綜合運用能力，側(cè)重網(wǎng)絡實戰(zhàn)化水平考驗。以上考評環(huán)節(jié)的設置，可有效避免僅依靠實驗報告導致的考核方式單一、評價不準確的問題，從而給予學生科學、合理的課程評價，能夠充分調(diào)動學生爭優(yōu)創(chuàng)先的學習積極性，體現(xiàn)了以價值產(chǎn)出來評定課程成績的OBE理念的典型思路。

三、基于OBE理念的網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程教學改革實例

隨著網(wǎng)絡攻防技術(shù)不斷發(fā)展，其由“軟”到“硬”的發(fā)展趨勢越來越明顯，軟硬件協(xié)同的攻防技術(shù)需求越來越迫切，這就要求學生在具備軟件攻防技術(shù)能力的同時具備硬件攻防技術(shù)能力。為此，信息工程大學網(wǎng)絡空間安全學院率先開設硬件攻防技術(shù)課程。硬件攻防技術(shù)課程面向計算機科學與技術(shù)、網(wǎng)絡空間安全和網(wǎng)絡工程專業(yè)學生開設，屬于專業(yè)選修課，前導課程主要包括計算機網(wǎng)絡、計算機組成原理等。硬件攻防技術(shù)課程彌補了目前網(wǎng)絡攻防相關(guān)課程中有“軟”無“硬”的不足，解決了當前網(wǎng)絡安全人才培養(yǎng)中無硬件攻防教學科目的問題。下面以硬件攻防技術(shù)課程為例，說明基于OBE理念的實踐課程教學改革措施。

（一）持續(xù)改進課程體系

課程體系與大綱設置方面，為了確保教學內(nèi)容的先進性和豐富性，實踐課程內(nèi)容主要來自三部分：首先是科研成果轉(zhuǎn)化，以課程組多年的芯片逆向分析成果、固件安全分析成果以及重要項目科研成果為核心進行內(nèi)容轉(zhuǎn)化；其次是行業(yè)需求調(diào)研融合，基于網(wǎng)絡安全領(lǐng)域所需知識與能力設置實踐科目；最后是國內(nèi)外前沿硬件安全領(lǐng)域成果的歸納吸收。以上內(nèi)容都需與時俱進，不斷優(yōu)化。教學條件方面，開設專用硬件安全研究實訓室，配置示波器、邏輯分析儀、萬用表、Arduino和樹莓派開發(fā)板等實驗設備，支撐實驗科目，并且豐富教學內(nèi)容，完善課程體系。

（二）教學模式設計

基于OBE理念，優(yōu)化硬件攻防技術(shù)實踐課程學習目標、課程內(nèi)容與教學過程。

該課程的學習目標主要針對學生在知識、技能、素質(zhì)三個層面的水平提升。知識目標是引導學生加深理解、加強掌握常見硬件攻防的原理、方法以及技術(shù)實現(xiàn)手段等；技能目標是從系統(tǒng)軟件、硬件和軟硬件相結(jié)合的角度培養(yǎng)并提升學生的硬件攻防對抗能力；素質(zhì)目標是完善網(wǎng)絡攻防知識體系，增強學生的硬件攻防意識，培養(yǎng)綜合素質(zhì)過硬、學科覆蓋廣泛、知識能力全面的網(wǎng)絡安全人才。整體上，體現(xiàn)了目標導向教育理念。

該課程內(nèi)容設計思路包括三點：以硬件攻防實際案例為載體優(yōu)化教學內(nèi)容設計，以硬件攻防理論難點為中心推進實踐內(nèi)容整合，以崗位硬件攻防能力為標準牽引科研成果轉(zhuǎn)化?；诖?，課程組設計了五大板塊實踐內(nèi)容，包括觀察思考、驗證利用、正向設計、逆向分析和綜合演練。橫向來看，整個內(nèi)容由易到難、由淺到深、從基礎到綜合、從實驗到實戰(zhàn)。為了進一步挖掘?qū)嵺`內(nèi)容、凸顯“兩性一度”，課程組站在體系結(jié)構(gòu)角度，對實踐內(nèi)容進一步重構(gòu)和劃分，分為設備級、模塊級和芯片級，讓學生能夠從宏觀到微觀理解硬件攻防原理并進行實踐。

在教學實施過程中，以學生為主、教師引導為輔，采用硬件目標任務驅(qū)動法，以不同的硬件設備作為安全研究對象，提高學生興趣，調(diào)動學生積極性，引導學生開展自主學習。采用硬件實體攻防講解示范法，以具體設備安全案例引入，以點帶面鼓勵學生舉一反三、創(chuàng)新實踐。采用綜合實戰(zhàn)小組合作法，以專業(yè)需求為牽引，合理分解硬件攻防任務，著重引導學生合作探究，最終實現(xiàn)教中學、學中做、做中評。

（三）考核評價方法

以“USB接口脆弱性分析與驗證”這次實踐課為例，為有效評價學生的實驗效果，課程組設計了“四維一體”的考核評價辦法。

其中，實驗過程評價占40%，課程目標是基于Arduino開發(fā)板設計一個USB HID攻擊工具，功能自定義，例如自動關(guān)機、藍屏、文件加密、文件隱藏等，評價維度具體細分為實驗完成度、難易程度和創(chuàng)新程度。加強過程性考核，將理論與實踐有機結(jié)合，深鉆實驗原理。通過難易程度考核，鼓勵學生不畏困難、敢于挑戰(zhàn)。通過創(chuàng)新程度考核，引導學生設計發(fā)散性實驗，舉一反三并自主創(chuàng)新。實驗報告評價占20%，考查學生的邏輯思維能力與文字撰寫功底。思考題作業(yè)評價占20%，考查學生分析問題、解決問題的能力，深化課上知識理解、培養(yǎng)技術(shù)鉆研精神。成果展示評價占20%，鼓勵學生交流分享自己的實驗成果，通過互評促進學生爭先并體現(xiàn)公平性。具體評價細則如表1所示。通過上述教學內(nèi)容的設計以及教學實施創(chuàng)新，滿足“兩性一度”的標準要求。除此之外，課程組在其他實驗科目中也設置了團隊合作、論文競賽、綜合實戰(zhàn)演練等不同考核策略，整體上，綜合學生實驗過程中的價值產(chǎn)出，評估學習任務完成情況，積極調(diào)動學生的學習熱情。

四、結(jié)語

培養(yǎng)網(wǎng)絡空間安全專業(yè)人才，必須要重視網(wǎng)絡空間安全實踐課程教學的前沿性、綜合性、發(fā)展性，必須開展成果導向、能力導向、目標導向的課程改革和教學創(chuàng)新。面對網(wǎng)絡安全形勢不容樂觀、強化網(wǎng)絡安全的需求日益增強的現(xiàn)狀，本文剖析了當前網(wǎng)絡空間安全專業(yè)實踐課程教學模式存在的問題與不足，提出了成果導向式教學模式改革思路，并以硬件攻防技術(shù)實踐課程為例，探討了教學改革的措施。在OBE理念引領(lǐng)下建設完善網(wǎng)絡空間安全實踐課程體系，有助于不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，為我國網(wǎng)絡攻防領(lǐng)域培養(yǎng)更多素質(zhì)全面、技術(shù)過硬的專業(yè)人才。

［ 參 考 文 獻 ］

［1］ 新工科下人才培養(yǎng)“OBE”模式[EB/OL].（2021-07-28）[2023-02-01].https：//www.csdp.edu.cn/

article/2767.html.

［2］ 劉衛(wèi)東，黃蕾，馮若雯.基于OBE人才培養(yǎng)模式的本科教學質(zhì)量管理體系重構(gòu)[J].國家教育行政學院學報，2021（10）：19-30.

［3］ 劉杰，趙永強，劉晉鋼.基于OBE理念的“C程序設計”課程教學改革與探索[J].教育理論與實踐，2022，42（3）：61-63.

［4］ 徐超，佟瑞鵬，朱紅青，等.成果導向教育的安全工程人才培養(yǎng)模式與實踐[J].中國安全科學學報，2021，31（5）：113-119.

［5］ 胡曦月.新形勢下的網(wǎng)絡空間安全學科建設[J].教書育人（高教論壇），2021（15）：12-13.

［6］ 唐成華，汪華登.項目驅(qū)動模式下網(wǎng)絡空間安全教學改革與實踐[J].科教導刊（中旬刊），2018（2）：55-57.

［7］ 胡向東.新工科背景下以OBE為導向的課程持續(xù)改進模式探索[J].教育教學論壇，2018（29）：134-137.

［責任編輯：周侯辰］