基于OBE理念的無線網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)模式探索

關(guān)鍵詞： 無線網(wǎng)絡(luò)安全; OBE理念;教學(xué)模式;課程目標(biāo)；考核方式

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）28-0156-04

0 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們生活和工作中不可或缺的一部分。然而，與之相伴而生的安全威脅也日益增加，無線網(wǎng)絡(luò)安全已經(jīng)成為信息安全領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題，引起了廣泛關(guān)注和重視。目前一些高校已經(jīng)把無線網(wǎng)絡(luò)安全課程列入了本科生或研究生的培養(yǎng)計(jì)劃。

無線網(wǎng)絡(luò)安全是一門融合無線通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的新興課程，是信息安全專業(yè)課程體系的重要組成部分。隨著新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，以及網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制在協(xié)議、認(rèn)證、防護(hù)等方面的變化，無線網(wǎng)絡(luò)安全課程的教學(xué)內(nèi)容理論性強(qiáng)、各單元獨(dú)立性強(qiáng)、前期知識(shí)儲(chǔ)備量大的特點(diǎn)更加突出。然而，傳統(tǒng)的教學(xué)過程以課程理論知識(shí)講解為主，輔以課堂實(shí)驗(yàn)應(yīng)用理論知識(shí)，并通過期末考試評(píng)估學(xué)生對(duì)理論的理解和解答能力。這種教學(xué)模式既無法將各知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通成一個(gè)完整的體系，也難以有效地將課程理論應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目實(shí)踐，從而無法建立各技術(shù)參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)性能影響之間的關(guān)聯(lián)。

OBE（Outcome-Based Education） 理念是一種以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念[1]。其核心思想是將學(xué)習(xí)的焦點(diǎn)從教學(xué)過程轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)成果上，強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)該掌握的知識(shí)、技能和態(tài)度，以實(shí)現(xiàn)明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。OBE理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)際能力培養(yǎng)，以達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)成果，而不僅僅是傳授知識(shí)。隨著我國(guó)工程教育改革的不斷推進(jìn)，OBE 理念正在融入我國(guó)的教育理念[2-3]。

為了更好地提升信息安全專業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)安全課程的教學(xué)質(zhì)量，并順應(yīng)“新工科”建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，我們結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)安全課程多年教學(xué)實(shí)踐，提出基于OBE理念的無線網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)模式，并以此確立課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)資源和考核方式，旨在從根本上提升無線網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)水平，提升學(xué)生運(yùn)用無線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。

1 無線網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置問題

1） 不同高校開設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)安全課程所使用的教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)側(cè)重點(diǎn)存在偏差。北京郵電大學(xué)使用李暉主編的《無線通信安全理論與技術(shù)》[ 4]作為教材。課程內(nèi)容包括無線通信概念、密碼學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、無線近場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、移動(dòng)可信計(jì)算、移動(dòng)電子商務(wù)和移動(dòng)數(shù)字版權(quán)保護(hù)等。該課程側(cè)重?zé)o線通信安全理論的講解。南京郵電大學(xué)使用陳磊等人編著的《無線網(wǎng)絡(luò)安全——理論與應(yīng)用（英文版）》[5]作為教材。課程內(nèi)容包括移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)安全、無線局域網(wǎng)安全、無線城域網(wǎng)安全、藍(lán)牙通信安全、車聯(lián)網(wǎng)安全、無線傳感網(wǎng)安全、無線RFID網(wǎng)絡(luò)安全等。該課程既包含理論講述，也注重實(shí)踐技術(shù)應(yīng)用。還有一些學(xué)校把無線網(wǎng)絡(luò)安全作為網(wǎng)絡(luò)安全課程中的一個(gè)章節(jié)進(jìn)行介紹。

2） 在新技術(shù)日新月異的背景下，無線網(wǎng)絡(luò)安全課程內(nèi)容與實(shí)際技術(shù)發(fā)展存在偏差。新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（物聯(lián)網(wǎng)、5G/6G通信網(wǎng)、AI賦能網(wǎng)絡(luò)等）的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，以及其中的安全機(jī)制在協(xié)議、認(rèn)證、防護(hù)等方面的變化，對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)提出了新的要求。例如，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及增加了無線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和攻擊面；物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備收集的大量數(shù)據(jù)（個(gè)人健康信息、家庭活動(dòng)數(shù)據(jù)等）若不經(jīng)合理保護(hù)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的隱私泄露?，F(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)內(nèi)容不能很好地適應(yīng)最新技術(shù)的發(fā)展。

1.2 教學(xué)設(shè)計(jì)問題

1） 實(shí)踐教學(xué)薄弱。無線網(wǎng)絡(luò)安全課程重理論而輕實(shí)踐。因?yàn)槭艿綄?shí)驗(yàn)平臺(tái)的制約，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為無線局域網(wǎng)組建、無線局域網(wǎng)安全接入等，難以勝任不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議、安全測(cè)試方面的教學(xué)與研究。此外，實(shí)驗(yàn)類型設(shè)置單一，大多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2） 考核機(jī)制不完善。目前，無線網(wǎng)絡(luò)安全課程主要通過考試進(jìn)行考核。該方式無法滿足以下課程目標(biāo)：判斷無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的安全問題，以從理論角度提出基本對(duì)策；能夠選擇和使用恰當(dāng)?shù)钠脚_(tái)和現(xiàn)代工具對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行分析。即使將知識(shí)體系拆分為小知識(shí)點(diǎn)考核，也難以設(shè)計(jì)可匹配的且與無線網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的設(shè)計(jì)與分析題。另外，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為平時(shí)成績(jī)的重要組成部分，其評(píng)分方式不夠科學(xué)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)分主要來自對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改，而以小組為單位的實(shí)驗(yàn)報(bào)告往往不能反映實(shí)驗(yàn)小組中每位同學(xué)的真實(shí)表現(xiàn)，這會(huì)給課程的評(píng)估和反饋帶來偏差。

2 基于OBE 理念的無線網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)模式設(shè)計(jì)

2.1 OBE理念

OBE理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和自主發(fā)展，倡導(dǎo)學(xué)生參與課堂討論、實(shí)踐活動(dòng)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)，以培養(yǎng)他們的綜合運(yùn)用能力和解決問題的能力。通過設(shè)定明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)、提供多樣化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和科學(xué)評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，能有效提高教育的效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而培養(yǎng)出更具實(shí)際應(yīng)用能力的畢業(yè)生。

將OBE理念應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)有助于實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

① 突出實(shí)踐能力：強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)際工作中所需的技能，培養(yǎng)其解決實(shí)際安全問題的能力。

② 重視自主學(xué)習(xí)：鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程，提供多樣化的學(xué)習(xí)資源和機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。

③ 強(qiáng)調(diào)評(píng)估和反饋：建立多樣化的評(píng)估機(jī)制，及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助其發(fā)現(xiàn)和解決問題，不斷改進(jìn)學(xué)習(xí)方法和策略。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)模式設(shè)計(jì)

針對(duì)第1小節(jié)中的教學(xué)現(xiàn)狀，我們提出基于OBE 理念的無線網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)模式，如圖1所示。

首先，根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，讓學(xué)生對(duì)本課程需要掌握的知識(shí)結(jié)構(gòu)和技能有清晰的認(rèn)知。其次，在課程目標(biāo)的指導(dǎo)下，精心選擇教學(xué)內(nèi)容和完成教學(xué)活動(dòng)。其中，教學(xué)活動(dòng)分為課前、課中和課后三個(gè)不同時(shí)段。多樣化的學(xué)習(xí)資源用于豐富和滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。然后，以成果為導(dǎo)向的評(píng)價(jià)對(duì)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行綜合考核。最后，通過計(jì)算課程目標(biāo)完成情況，生成課程目標(biāo)達(dá)成度報(bào)告，進(jìn)而進(jìn)行閉環(huán)反饋，指導(dǎo)下一學(xué)年的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)的持續(xù)改進(jìn)，推動(dòng)課程目標(biāo)的不斷完善。

3 基于OBE理念的無線網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)實(shí)踐

3.1 課程目標(biāo)

根據(jù)本?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，無線網(wǎng)絡(luò)安全課程與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

根據(jù)上述畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，無線網(wǎng)絡(luò)安全課程目標(biāo)設(shè)定為以下三方面：

① 能夠運(yùn)用無線網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)理論和基本方法，判斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的安全問題，能從理論角度提出基本對(duì)策（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3） 。

② 能夠分析不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，分析不同網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，能夠設(shè)計(jì)針對(duì)不同場(chǎng)景的無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)及安全模型（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1） 。

③ 能夠熟練操作網(wǎng)絡(luò)模擬器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，并能運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行分析（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5.2） 。

3.2 教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)培養(yǎng)方案和課程目標(biāo)，選用了姚琳等人編著的《無線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)》[6]作為教材，并精選教學(xué)內(nèi)容，使之更具有系統(tǒng)性和科學(xué)性。以下是每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容安排。

① 無線網(wǎng)絡(luò)概述

介紹無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史、無線網(wǎng)絡(luò)的分類、無線設(shè)備、天線輻射模型和無線網(wǎng)絡(luò)的安全威脅。

② 無線局域網(wǎng)及其安全

介紹射頻基礎(chǔ)知識(shí)、無線局域網(wǎng)發(fā)展史、無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.11） 、無線局域網(wǎng)的安全威脅和無線局域網(wǎng)的安全機(jī)制（WEP、WPA/WPA-2 和IEEE802.1X） 。

③ 無線城域網(wǎng)及其安全

介紹無線城域網(wǎng)概念、無線城域網(wǎng)的協(xié)議體系和標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.16） 和無線城域網(wǎng)的安全機(jī)制。

④ 移動(dòng)通信網(wǎng)及其安全

介紹無線廣域網(wǎng)概念、移動(dòng)通信發(fā)展史、移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)（2G、3G、4G和5G） 和移動(dòng)通信安全機(jī)制。

⑤ 無線傳感網(wǎng)及其安全

介紹無線傳感網(wǎng)概念、無線傳感網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、無線傳感網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.15.4） 和無線傳感網(wǎng)的安全機(jī)制。

3.3 學(xué)習(xí)資源

以“智慧樹”網(wǎng)站為平臺(tái)，本課程共享了教學(xué)資料（講義和微視頻），供學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)和查閱使用，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生的課前調(diào)研、課后小作業(yè)也發(fā)布于該平臺(tái)。此外，還通過手機(jī)、郵件和聊天工具提供多種線上溝通途徑，為學(xué)生的持續(xù)學(xué)習(xí)構(gòu)建全方位的支持。

3.4 考核方式

無線網(wǎng)絡(luò)安全的考核方式包括期末考試、課后作業(yè)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)踐。期末考試和課后作業(yè)是對(duì)理論知識(shí)的考核?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)踐內(nèi)容如表2所示，是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析能力的考核。其中，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程的不同單元相對(duì)應(yīng)，而綜合實(shí)踐則是開放式的，來源于科研課題或企業(yè)的具體應(yīng)用需求。

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)主要依靠對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改，而實(shí)驗(yàn)報(bào)告往往不能反映實(shí)驗(yàn)小組中每位同學(xué)的實(shí)際表現(xiàn)。針對(duì)該問題，我們將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)分項(xiàng)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三部分納入課程實(shí)踐能力評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備的工作量；實(shí)驗(yàn)分項(xiàng)操作對(duì)小組成員進(jìn)行任務(wù)劃分，并給每個(gè)任務(wù)分配權(quán)重，成績(jī)也按該權(quán)重評(píng)定；實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)估學(xué)生的總結(jié)能力和文檔組織能力。

3.5 教學(xué)效果

表3匯總了近三年無線網(wǎng)絡(luò)安全課程成績(jī)。其中，2021—2022學(xué)年無線網(wǎng)絡(luò)安全課程采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，2022—2023學(xué)年和2023—2024學(xué)年則采用本文提出的融合OBE理念的教學(xué)模式。從表中可看出，課程平均成績(jī)提高了5分左右。表4中的課程目標(biāo)達(dá)成結(jié)果表明，近兩年的課程目標(biāo)達(dá)成度均超過了0.75，其中課程目標(biāo)1和2相對(duì)于課程目標(biāo)3的達(dá)成情況更好。這表明學(xué)生能夠理解無線網(wǎng)絡(luò)安全課程的理論知識(shí)，并能夠合理分析無線網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議方面的問題，但在利用工具解決實(shí)際問題方面略顯不足。后續(xù)將加強(qiáng)理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的相互促進(jìn)，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決無線網(wǎng)絡(luò)安全中的復(fù)雜問題。

學(xué)生的研學(xué)、分析、管理等多重能力得到了全面培養(yǎng)。越來越多的學(xué)生投入到“ 中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”等項(xiàng)目中。表5是最近一年本課程組教師指導(dǎo)的雙創(chuàng)教育實(shí)踐類課程項(xiàng)目情況?？梢?，采用本文提出的教學(xué)模式有助于提升學(xué)生的綜合能力，并促進(jìn)課程理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用。

4 結(jié)束語

本文在分析無線網(wǎng)絡(luò)安全課程教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了基于OBE理念的無線網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)模式，并以此確立了課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源和考核方式。通過教學(xué)效果分析，提出的教學(xué)模式能夠顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提升學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。