信息安全专业实践教学改革与创新

2020-04-03李秀广张明书

计算机教育 2020年3期

李秀广，张明书

（武警工程大学密码工程学院，陕西西安 710086）

0 引言

习主席在主持召开网络安全和信息化工作座谈会时明确指出：要树立正确的网络安全观，加快构建关键信息基础设施安全保障体系，全天候全方位感知网络安全态势，增强网络安全防御能力和威慑能力。当前，以增强信息安全实战能力为导向，提升信息安全创新理论、应用技术和专业人才培养质量，已成为国家和军队信息化建设中一项支撑工程和关键任务。院校作为专业人才培养的主阵地，势必要担当起推进信息安全专业实践教学改革创新，提升信息安全人才实践能力的重任。

为满足信息技术发展对人才应用实践能力、岗位任职能力和应变创新能力提出的更高要求，适应信息安全专业教学改革与发展需要，必须进一步加强对实践教学的研究与推进力度，教育教学改革要始终以提高学生的应用实践能力为导向，树立加强实践教学的理念，搞好实践教学的顶层设计与规划，探索灵活有效的实践教学模式方法，切实培养出适应岗位业务和形势任务需求的高素质人才[1-2]。

1 以学生为中心，构建实践能力导向的“CC5E”梯次化教学目标模型

以学生为中心，以实战能力培育为主线，按照“时序得当、知识连贯、技能衔接”的原则科学布局、统筹安排课程，建立“CC5E”梯次化教学目标模型，如图1 所示。其中，CC（Combat Capacity）代表实战能力，5E 分别指学习投入能力（Engagement）、应用实践能力（Experiment）、探究分析能力（Exploration）、实战应变能力（Emergency）和扩展创新能力（Extension）。

图1 “CC5E”梯次化教学目标模型

在教学实践中，以实战能力为导向，以5 种能力培养为目标，使“CC5E”梯次化教学目标通过教学大纲、人才培养方案和课程教学计划纳入每一门课程、嵌入每一本教材、渗入每一节课堂、化入学生头脑。确立以能力为核心、以实施为重点、以创新为驱动的教学理念，构建“基础训练专题模块式、应用能力项目驱动式、创新技能探索研究式”的实践教学模式，以增强学生学用结合、分析处理、判断决策的实践实战能力。

基础知识和科学理论是能力提升的根本前提，强化学生的实践能力必须以坚实的基础知识为支撑。在基础理论教学中，注重学生学习投入能力的培养，以此带动学习效率的提升和基础理论的巩固。

以突出应用能力培养和专业技能训练为目标完善实践教材，专业基础课普遍设置课程设计内容，加强实践环节，加大实用性、实战型教学内容的比重，提升学生的应用实践能力；同时，紧跟学科技术前沿、适应工作岗位需求构建课程模块化、项目层次化实践内容体系，将信息安全领域难点热点问题、学术科研中的关键问题适时引入实践教学中，强化学生的探究分析和实战应变能力。

以提高学生创新能力为目标建立开放式实践教学制度，开展本科生小革新、小发明、小软件、小制作、小论文的“五小”科技创新，为学生参加数学建模竞赛、信息安全大赛等全国性学科专业竞赛提供指导和科研环境，吸收学生参与部队课题研究，提升学生的知识应用与扩展创新能力。

2 以岗位任职能力需求为牵引，推动课程教学内容体系的优化重构

以岗位任职能力需求为牵引，运用自然生态理论，构建实践能力支撑的知识体系，推动课程教学内容体系的优化重构。一是利用“生物链”理论，确定主干知识技能体系。将信息安全能力定义为一个生态圈，它包含知识点、知识群、课程、技能、能力5 个生态链节点，如图2 所示。知识点位于生态圈“生物链”底层，形成自下而上的知识与技能层次，“生物链”上层高级节点拥有更多的衍生知识和能力。以口令认证技能为例，口令认证是身份认证的一种方式，口令认证技能包含于身份认证能力的范畴，同时需要密码学、数据库、程序语言设计等实践课程的支撑，与动态认证、静态认证、本地认证、网络认证、虚拟键盘认证、实体U 盘（卡片、令牌）认证等知识群密切关联，相关知识点包括密码学课程中的散列函数、伪随机序列、置换和扩散等，数据库课程中的SQL 语句、数据表、主键、数据库操作、计算机数据表示、数据库加密等，程序语言设计课程中的基础语言、基本语法、面向对象、软硬件编程平台与接口、明密文检索与比对、密码算法设计与调用等。二是利用生态平衡理论，优化教学内容分配体系，使各教学环节的配比取得最佳“生态”平衡点。基础课程、专业基础课程、专业课程的比例，每本教材中理论内容与实践内容的比例，每门课程中讲授课时与实验课时的比例，教学设计中理论讲授与实践操作的比例，布置作业中理论作业与操作作业的比例，课堂学习时间与自习时间的比例……每一种比例都需要从全局出发，从学科体系和学生能力生成规律角度通盘考虑，找准最佳“生态”平衡点，使老师和学生都处于最佳状态，从而把学生培养成为理论知识厚实、实践技能扎实的实践型信息安全专业人才。

3 以实践能力培育为核心，创新“5阶5合”体系化教学实施规范

以青年学生的学习认识规律为主线，以实战能力培育为核心，根据新型信息安全人才培养规律和岗位业务需求，创新实践“5 阶5 合”式实践教学实施规范，如图3 所示，即1 阶课程实验，与课程知识点有效融合；2 阶课程设计，与课程技能要求有效融合；3 阶任务实训，与应用能力要求有效融合；4 阶对抗演练，与综合应变能力有效融合；5 阶基地演习，与岗位任职能力有效融合。

图2 实践能力知识体系示意图

图3 “5 阶5 合”体系化教学实施规范

科学制订从课程实验、课程设计、任务实训、对抗演练、基地演习，到岗位实习与实际任务历练的体系化实践教学实施规范，充分利用在线课程、模拟仿真系统、虚拟实验室等辅助手段，按照“前期重理论打基础、中期训技能提素质、后期练应用强能力、岗前促综合熟业务”的思路，科学定制知识衔接、能力连贯的实践教学模式，从低级到高级、从单一到复合逐步培养学生满足新的形势任务需求的信息安全实战能力。

新时期信息安全人才必须具有较强的创新意识、系统思维能力和实践应用能力，院校教学也要相应地以满足社会对信息安全人才的动态需求为目标，不断强化实践教学环节，灵活实践教学方法，增强人才培养实效。

4 以深度融合信息技术为手段，推进基于应用场景的融合式教学法改革

4.1 以任职岗位需求为牵引，按能力要求设置问题情景

以实践教学的靶向性和有效性为目标，把信息安全学科相关课程知识点支撑的能力与任职岗位任务建立映射关系，然后，按照能力要求设置问题情景，确定课程学习的知识及技能目标。以网络安全技术实践课为例，任职岗位工作需要保护综合信息网终端系统安全，那么学生将来要承担的工作任务必然包括：①预防与清除综合信息网终端计算机病毒；②查找综合信息网终端计算机系统漏洞；③加固综合信息网终端计算机主机系统安全。相对应的知识技能目标分别为：①能安装、配置杀毒软件，查杀病毒与木马，修复系统及应用程序漏洞；②认知扫描器工具，能应用扫描器工具发现主机系统安全风险；③能保护系统账号，防止暴力破解，能配置本地安全策略，加固系统安全。

4.2 采用面向教学内容与学生学习理解规律的融合式教学法

根据4.1 节能力与任职岗位任务间的映射关系，把实践课程内容分解成多个以技能要求为基础的实践子项目，然后，采用项目驱动式+情境沉浸式教学相结合的教学法，将项目融入教学内容，利用可形象感知、可即时反馈的实践操作，促使学生掌握知识内容，练就扎实技能。

该教学方法使学生按照发现问题、分析问题、解决问题的思路开展实践研究与方法验证，坚持因学生层次制宜、因技术革新制宜、因职能拓展制宜、因任务变化制宜，通过采用研究型、专题型、项目驱动型实践教学方法，切实提高学生的思维水平和动手能力。

4.3 提出并实践“微反转课堂”的教学模式

鉴于信息安全专业课程学习难度偏大、理论与实践性均比较强的特点，我们在小规模在线课程SPOC（Small Private Online Course）+反转课堂的基础上优化改进，提出了微反转课堂的概念。SPOC 对学生人数有着严格的限制，如果人数过多，无法就课程内容充分深入讨论，难以达到预期效果[3]。反转课堂则是让学生在课前通过网络平台或微课资源学习课程内容，课中在教师的引导下组织进行专题讲授、知识点剖析或小组讨论，这种方式对于线下时间有保障、知识点相对独立、难易适度的授课内容效果较好，但对于很难在短时间内深刻理解的某些重难点内容，学生往往难以讲解清楚，效果并不理想[4]。“微反转课堂”同时借鉴反转课程和对分课堂各自的优势特点，根据项目（知识点）划分课堂时间安排，依然采用学生线上自学、老师线下组织的方式，只是在组织方法上根据项目难易程度，灵活安排反转的内容和时间，有效避免反转课堂组织过程中出现的学生线上学不透、课上讲不出，教师组织实施难的问题，取得了良好的教学效果。

5 以解决现实问题为重点，推进“教、学、训、研、用”一体化改革实践，提升实践型人才培养质量

持续推进“以教带研、以学导训、以战促学、训战一致”教育教学改革，聚焦部队任职需求，强化知识重转化，面向部队增技能，靠拢实战抓演训。

“以教带研”就是密切跟踪形势任务发展和职能业务拓展中的重难点问题，以解决部队实战难题为目标开展科研攻关，并注重成果的应用转化，解决教学、科研与部队实战需求有机融合的问题；“以学导训”是指注重学以致用，以扎实的理论知识指导实践训练，使实践过程始终保持正确的理论方向和实践导向，更加贴近部队实战需求、贴近岗位业务规律、贴近形势任务发展；“以用促学”是指教学活动围绕实战需求展开，加强新理论、新战法、新训法的研究应用，通过案例、战例剖析，推进实战化教学、演练型实践、创新式教育的人才培养模式，加强能力导向性明确、岗位指向性强的课程设计，提高教学针对性和有效性；“训用一致”是指牢固确立战斗力标准，基于实战化训练环境，加强实战化训练实践，强化实战化训练的思路、理念，创新实战化训练模式，完善实战化训练机制，依据使命任务确定能力导向，根据实战能力需求设计教学训练目标，按照训练目标规划教学训练的组织、管理和保障，加强多样化任务中的基本技能和综合素质训练，增强实战技能。