“工控网络安全设备配置”课程建设研究

廖旭金　王秀英

摘  要：实践能力是应用型人才的主要能力，应用型本科尤其需要注重学生实践能力的培养。文章分析了“工控网络安全设备配置”课程的教学现状和存在的问题，基于应用型本科人才培养目标，从课程内容、教学方法、考核评价等方面介绍了相应的解决措施。实践证明，这些措施提高了学生的实践及创新能力，激发了学生的学习积极性，取得了良好的教学效果。

关键词：应用型本科;工控网络安全;课程建设;理实一体化

中图分类号：TP39;G434    文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）17-0191-05

0  引  言

近年来，随着工业4.0、中国制造2025、再工业化等战略的推出，工业控制系统从封闭走向互联，工控系统中大量的设备由于缺乏安全性设计而存在大量的中高危漏洞，越来越多的工控安全事件见诸报端，国家对工控安全越来越重视，工业控制系统信息安全已成为信息安全领域的重点研究方向，也是我院信息安全本科专业的主要方向。

“工控网络安全设备配置”课程是我校信息安全本科专业的10门核心课程之一，是专业课程平台中的一门专业综合课程，也是与菲尼克斯合作建设的理实一体化课程。本课程利用菲尼克斯电气公司的PLC、AIO/DIO模块、PROFINET交换机、安全路由器和防火墙MGUARD等设备，构建小型工业控制系统，使学生了解常见工控网络的安全防护体系，了解利用PLC进行程序开发实现简单工业控制的方法，掌握工业交换机、路由器和防火墙的安全配置方法，理解VPN、NAT的功能特点及配置。

通过本课程的学习，学生能够搭建小型工控安全网络环境，利用PLC进行程序开发实现简单的工业控制，并根据需要对工业交换机、路由器、工业防火墙、NAT、VPN进行配置、优化和故障排除。

我校作为教育部批准的国内第一所应用技术大学，致力于培养“政治过硬、技能精湛、诚实守信、理性平和”的高级技师、一线工程师、大国工匠，要求学生具备基础的理论知识、良好的实践能力和一定的创新能力。在教学过程中采用合适的教学方法，合理规划课程内容，提高教学质量，提升学生的全面素质，培养符合社会需要的应用型人才，是值得我们持续关注的问题。

1  课程教学现状

我校信息安全本科专业是新建设专业，“工控网络安全设备配置”课程也是新开设的课程，在达成人才培养目标上存在以下问题：

（1）由于工控网络安全涉及工业自动化、通信网络、信息安全等诸多领域的知识，具有其特殊性，目前市场上关于工控网络安全的书籍和资料少之又少，无法满足本专业人才培养方案和课程教学目标的需求，因此需要重新开发符合本课程要求的课程资源，保证专业教学的顺利开展。

（2）本课程只有32学时，但涉及的内容较多，而且包含了多个学科的知识点。如何在有限的时间内让学生理解各个知识点的相关原理，掌握实际配置方法并灵活应用，并且避免课程内容与企业实际需要脱节，需要精心的课程设计与规划。

（3）传统课程的教学以课堂教学为主，教学手段和方法较单一，先教后学，学生被动学习，无法充分调动学生的学习积极性，课堂参与度较低，无法及时掌握学生的学习状态，教学质量和教学效果不理想。激发学生的学习积极性，培养学生自主学习的习惯和能力，提高学习效果，是课程建设需要关注的一个重点。

（4）传统课程的考核方法较为单一，实际环节缺乏过程性的监控与反馈，考核的有效性和考核形式有待调整。

（5）众所周知，大量做题可以帮助学生快速掌握所学知识，提高专业水平。而本課程是新建设的课程，根本没有任何题库积累。

2  课程建设与实施

根据学校和学生的具体情况，本课程采取了以下措施进行课程建设与实施，从多个环节激发学生的学习积极性，提高教学质量。

2.1  立体化课程资源

成立课程团队，建设完备的立体化课程资源，解决现有课程教材、教学资源不能完全适应本专业人才培养方案和课程教学目标的问题。目前已经完成课程教材初稿（已与西安电子科技出版社签订出版合同，预计明年6月前正式出版）、教学大纲、考核方案、实践指导书、教案、教学视频和微课共26个（如图1和图2所示）、动画8个、教学PPT、题库等。

在教学设计中，对教学案例进行整体设计，将思政元素融入知识体系教学，在视频资料、课堂讲授、案例讨论、实践教学等环节引入与教学目标契合、与教学内容紧密联系、比较贴近生活的案例，让学生去思考、反思、接受、认同，不仅要让学生学习和了解前沿性、时代性的新技术、新动态，更重要的是挖掘出课程中的科技价值、文化内涵和情感元素等，引导学生在专业知识学习的过程中思考和实践责任担当、家国情怀。

2.2  线上线下混合教学

在中国大学MOOC平台建设独立SPOC。如图3所示，教师提前1周将每次课程的相关原理、重点难点、以及由于实践条件所限无法让学生亲自实践的内容，制作成视频按时发布到MOOC平台，供学生课前学习、重复观看。同时发布课前测试，布置实验项目，明确实验目的和要求，公布《实验指导书》。

在课堂教学中，采用以理论为基础、学生实践为主，再辅以提问和讨论的教学方式，让学生有机会将学到的理论知识应用于实践，发布如图4所示的实验任务单，让学生以组为单位完成实验任务，引导学生自主分析问题、解决问题，锻炼学生实践能力和分析解决问题的能力，鼓励学有余力的学生自主设计实验任务，鼓励学生之间互相帮助、互为老师，以教促学，教学相长。课后发布课后测试，并通过面对面、QQ、微信等方式进行课后答疑。

学生课前自主学习MOOC平台上的视频，明确实验目的和要求，下载并阅读《实验指导书》，完成预习和课前测试;课中进行答疑、讨论，并根据教师发放的实验任务单，学生自由分组，由组长负责统筹规划，与组员一起共同完成实验任务，培养学生的团队合作意识;课后完成实验报告和课后测试进行知识的巩固。

通过MOOC平台的独立SPOC，采用线上线下混合的教学模式，使学习资料的网络化普及，先学后教、适度翻转的深化和推广，将视频资源与课堂教学相结合，既解决了课程内容多而课堂教学课时少的问题，也促使学习方式由被动式向主动式、互动式转变，让学生参与课堂，让学生主导课程，激发学生的学习积极性，培养学生自主学习的习惯和能力。

2.3  校企合作

与菲尼克斯、安帝科技、工控网等多家企业开展校企合作，了解企业需求，并将企业需求与课程内容合理融合，培养企业真正需要的人才，解决课程内容与实际需要脱节的问题。

2.4  考核评价

建立新型的考核评价体系，加大平时成绩的比重，将过程性的实践评价与结果性考试有机融合，除了考核学生理论知识的掌握程度和实践操作能力外，还考核学生的自主学习能力。总成绩由课堂表现、自主学习和实践成绩三部分组成，其中课堂表现主要考查学生学习态度及职业规范，包括出勤、回答问题的创新性意识、为同学服务的意识，以及学生的信息安全意识和遵纪守法意识等;自主学习主要考查学生自主学习的工作量以及工作效果，学生在线完成自主学习任务、测试、报告等;实践成绩则考查学生的实践操作能力和分析解決问题的能力，测试成绩界面如图5所示。

2.5  学生出题

每个学生每次课程至少设计一道题，由教师进行审核，通过则收进题库，学生可以从题库中抽题进行答题，学生也可以对题目进行质疑和讨论，线上题库如图6所示。每一道题，都需要给出提干、答案、命题思路和考核要点;对于选择题，不但要给出正确答案，还要给出错误的干扰项，这对于学生来说有一定的难度。想出一道好题，既要有合理而不钻牛角尖的命题点，又要有正确的思路和结果，这需要学生从课前自主学习、上课听讲和实验、课后总结和反思等多个环节入手，清楚地理解命题点，理清各个知识点之间的联系，这也是对整个学习过程的一种重塑。实践证明，改变角色，让学生出题，参与到课程建设中，不但可以帮助学生更好地理解和掌握知识，还可以激发学生的学习积极性，形成良性互动。

3  课程特色与创新

与传统的课程相比，本课程的特色与创新有以下几点。

3.1  课程内容创新

校企合作建设完备的立体化教学资源，配合学校花巨资搭建的工业自动化信息安全实验室，为学生提供良好的学习资源和实训环境，帮助学生更好地了解工业控制系统的架构，熟悉工控安全设备的配置;在设计实验任务时，将强制性任务与自主性任务有机融合，培养学生的学习积极性和自主创新意识;在课堂教学中，将专业知识与思政元素有机融合，让学生在学习专业知识的同时，提高思想政治水平，培养技能精湛、政治过硬、诚实守信、理性平和的应用型人才。

3.2  教学方法创新

采用线上线下混合教学的模式，将视频资源和课堂教学有机融合，把教学内容中的相关原理、重点难点及由于实践条件所限无法让学生亲自实践的内容制作成视频;课堂教学以实验操作、提问及讨论等互动为主;实验操作分组完成，采取组长负责制，培养学生的责任心及团队合作的意识;利用微信、QQ等沟通工具加强师生间的交流;通过让学生自主命题创建题库来促进知识体系的巩固和融合。

3.3  考核方式创新

采用新型的考核评价体系，将过程性的实践评价与结果性考试有机融合，强化全方位、过程化的考核评价方式，包括课前课后测试、单元测试、自主学习、分组讨论、实践操作等。

4  结  论

“工控网络安全设备配置”作为应用型本科信息安全专业的一门核心专业综合课程，课程建设及课程效果对实现本专业的人才培养目标有较大的影响。本文提出的各项措施经过两个班级的测试，达到了良好的教学效果，但课程的优化是一个日积月累的过程，还需要持续的改进，提高教学质量，培养符合社会和企业需要的应用型人才。

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作者简介：廖旭金（1976—），女，汉族，天津人，副教授，硕士研究生，研究方向：工控安全;王秀英（1976—），女，汉族，天津人，副教授，硕士，研究方向：工控安全。