基于OBE理念的网络空间安全专业实践课程教学改革研究

曹飞　李清宝　姚伟平

［摘 要］网络空间安全技术飞速发展，相对而言，部分高校的网络空间安全专业实践类课程存在教学内容陈旧、教学模式单调、考评方式单一等问题。为了更好地促进一流课程建设和教学改革，培养创新实践能力强、综合素质高的网络空间安全专业新型人才，文章基于OBE（Outcome?based Education）理念，介绍从成果导向式教学持续改进路线、任务驱动型教学模式设计、价值产出型考核评价方法三个方面开展实践课程教学改革探索研究的情况。

［关键词］网络空间安全；实践课程；OBE理念；教学改革；人才培养

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）12-0078-04

OBE（Outcome?based Education）可译为成果导向教育、能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育，是由威廉·G. 斯派迪（William G. Spady）等人在1981年提出的，目前已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念。OBE理念强调，课程教学设计和教学实施的目标，是学生通过教育过程最后所取得的学习成果，充分体现了以学生为中心、以成果为导向的特点。在实践类课程教学中引入OBE理念，注重对学生能力导向培养，以满足未来学生职业需求为目标，对学生的考核评价更客观全面，使学生学习的主动性更强，教学效果十分明显。

一、传统网络空间安全专业实践课程教学模式问题剖析

2015年6月，教育部发布了增设网络空间安全一级学科的通知，这表明网络空间安全人才培养的重要性已上升到新高度。随后，国内一批高校设立网络空间安全学院，不断完善课程体系、优化师资队伍，这些举措对促进网络空间安全一级学科的发展无疑具有十分重要的积极作用。但是，网络空间安全作为新兴学科，距离世界一流学科有不小差距，特别是相关人才储备少、国外技术封锁等问题的存在，对网络空间安全专业实践课程教学水平的提升提出了迫切要求。

目前高校开设的网络空间安全专业典型课程主要有计算机网络、网络攻防技术、现代密码学、信息安全数学基础、大数据安全等，并且普遍设置有相关实践课程。目前部分高校在相关实践课程教学中，一定程度上还存在设施条件不完备、计划安排不科学、考核方法不合理等问题，导致不能充分调动学生的主动性和积极性，无法真正做到将理论与实践有效结合，也很难做到“教中学、学中做”，实践课程教学效果并不理想。

目前，网络空间安全专业实践课程教学模式的改革仍处于探索阶段。以教学为主、实验为辅的传统教学模式注重理论知识点的覆盖和积累，对学生动手能力、创新精神、综合素质和实战能力的培养有待加强。这种传统教学模式主要存在以下不足。

（一）实践课程教学目标与人才培养目标没有充分结合对应，缺乏动态发展性

网络空间安全是一门综合性和实践性很强的学科，知识体系庞杂、技术更新迅速、学科交叉性强。相关课程教学不能只是简单地讲授基础概念和原理，实践课程任务也不能只是为了配合理论课程的验证。应当设立成果导向、任务驱动的课程教学目标，跟紧网络安全发展趋势，让学生在实践中提升网络空间安全分析与管理能力，实现培养具有较强的专业操作能力、创新实践能力、综合实战能力的人的人才培养目标。

（二）实践课程内容体系化不足，零散概念验证和基础原理操作类实验科目太多，难以提升学生的创新能力和系统分析能力

网络空间安全专业实践课程内容安排必须紧跟技术发展潮流，不断丰富完善课程体系。部分学校开设的验证性实验和单一训练科目过多且零乱，设计性、启发性、创新性和综合性实验太少，导致学生创新能力和系统分析能力未得到充分培养和提升，特别是攻击和防御两个方面的专业技能锻炼不足，网络攻防对抗能力欠缺。

（三）实践課程考核方法单一、评价标准简单，欠缺多样化激励措施

网络空间安全专业实践课程的考核评价最常见的方式就是实验报告。仅依赖实验报告的考核方式虽然简单快捷，但存在诸多不足：一方面存在很多不可控因素，难以避免课下抄袭现象，成绩评判的公平性难以实现；另一方面，考核内容不全面，综合攻防对抗能力突出的学生难以脱颖而出。这会导致学生学习积极性下降、学习思维刻板固化，教学目标无法很好地落实。

二、成果导向式教学模式改革

基于教学过程中存在的现实问题，为了建设更加科学、全面、前沿的网络空间安全实践课程，弥补教学短板，急需对网络空间安全专业实践课程教学进行改革。将成果导向教育理念充分融合在网络空间安全专业实践课程中，具有重要的现实意义。成果导向式教学模式改革主要涵盖以下三个方面。

（一）成果导向式教学持续改进路线

针对当前网络空间安全专业实践课程体系，应打破传统工科学科建设思路，持续改进，不断更新，有效解决课程教学目标与人才培养目标脱节的问题。以成果为导向的课程建设是一个需要持续改进和更新的过程。应根据国家社会发展需要、行业职业需求、学校定位发展目标、人才素质培养目标等方面综合确立教育目标，依据教育目标持续改进课程体系、课程大纲、教学模式、教学条件、教学评价等，结合科研成果向教学内容转化、课程督导提升教学水平、科研与学术成果孵化等关键过程，最终基于人才培养质量、教育成果质量反馈，持续改进课程建设，整体上形成闭环。

（二）任务驱动型教学模式设计

重构学习目标、课程内容与教学过程。在确定网络空间安全专业实践课程的学习目标之前，应充分了解我国当前网络空间安全需求与形势，结合人才培养方案，革新教学目标。教师应通过布置任务调动学生实践的积极性，重视学生的网络攻防动手操作能力培养；不断优化实践课程教学内容，依据“互联网+”时代的网络安全需求，设计基础技能训练、创新开发设计、综合实战对抗等多样化板块，递进式设计不同难度的任务，有层次地推进实验。在教学过程中，教师应以学生为主体，以OBE理念为引导，注重为学生提供自学环境。

（三）价值产出型考核评价方法

课程考核评价是为了评估课程目标实现情况、学生学习任务完成情况。教师应基于OBE理念，综合评估学生在实践课程学习后的产出。网络空间安全专业实践课程的评估可组合设置实验报告、思考题作业、课堂实时汇报、科技创新设计、综合实战对抗等环节。其中，实验报告主要考查学生的实验完成度和质量，以及逻辑和写作能力。实验后一般设置思考题，目的是深度挖掘实验价值，拔高实验难度，考查学生的创新精神和钻研能力。部分实验科目可安排课上实时汇报，汇报形式可以包括讲授、展示、提问和讨论等，目的是考查学生对实验的理解程度，以及分享学习创新方法和思路，加强学生之间的交流与沟通。科技创新设计环节重点开展设计性、创新性实验，也可结合国内重要网络安全赛事，还可让学生独立发表论文等，综合考查学生的学习能力与科研素养，融合课外成果与课程考核评价。综合实战对抗通过整理、综合具有较强相关性和体系性的实验科目，形成网络安全综合大实验，突出攻防对抗思想，主要考查学生对基础理论知识的综合运用能力，侧重网络实战化水平考验。以上考评环节的设置，可有效避免仅依靠实验报告导致的考核方式单一、评价不准确的问题，从而给予学生科学、合理的课程评价，能够充分调动学生争优创先的学习积极性，体现了以价值产出来评定课程成绩的OBE理念的典型思路。

三、基于OBE理念的网络空间安全专业实践课程教学改革实例

随着网络攻防技术不断发展，其由“软”到“硬”的发展趋势越来越明显，软硬件协同的攻防技术需求越来越迫切，这就要求学生在具备软件攻防技术能力的同时具备硬件攻防技术能力。为此，信息工程大学网络空间安全学院率先开设硬件攻防技术课程。硬件攻防技术课程面向计算机科学与技术、网络空间安全和网络工程专业学生开设，属于专业选修课，前导课程主要包括计算机网络、计算机组成原理等。硬件攻防技术课程弥补了目前网络攻防相关课程中有“软”无“硬”的不足，解决了当前网络安全人才培养中无硬件攻防教学科目的问题。下面以硬件攻防技术课程为例，说明基于OBE理念的实践课程教学改革措施。

（一）持续改进课程体系

课程体系与大纲设置方面，为了确保教学内容的先进性和丰富性，实践课程内容主要来自三部分：首先是科研成果转化，以课程组多年的芯片逆向分析成果、固件安全分析成果以及重要项目科研成果为核心进行内容转化；其次是行业需求调研融合，基于网络安全领域所需知识与能力设置实践科目；最后是国内外前沿硬件安全领域成果的归纳吸收。以上内容都需与时俱进，不断优化。教学条件方面，开设专用硬件安全研究实训室，配置示波器、逻辑分析仪、万用表、Arduino和树莓派开发板等实验设备，支撑实验科目，并且丰富教学内容，完善课程体系。

（二）教学模式设计

基于OBE理念，优化硬件攻防技术实践课程学习目标、课程内容与教学过程。

该课程的学习目标主要针对学生在知识、技能、素质三个层面的水平提升。知识目标是引导学生加深理解、加强掌握常见硬件攻防的原理、方法以及技术实现手段等；技能目标是从系统软件、硬件和软硬件相结合的角度培养并提升学生的硬件攻防对抗能力；素质目标是完善网络攻防知识体系，增强学生的硬件攻防意识，培养综合素质过硬、学科覆盖广泛、知识能力全面的网络安全人才。整体上，体现了目标导向教育理念。

该课程内容设计思路包括三点：以硬件攻防实际案例为载体优化教学内容设计，以硬件攻防理论难点为中心推进实践内容整合，以岗位硬件攻防能力为标准牵引科研成果转化。基于此，课程组设计了五大板块实践内容，包括观察思考、验证利用、正向設计、逆向分析和综合演练。横向来看，整个内容由易到难、由浅到深、从基础到综合、从实验到实战。为了进一步挖掘实践内容、凸显“两性一度”，课程组站在体系结构角度，对实践内容进一步重构和划分，分为设备级、模块级和芯片级，让学生能够从宏观到微观理解硬件攻防原理并进行实践。

在教学实施过程中，以学生为主、教师引导为辅，采用硬件目标任务驱动法，以不同的硬件设备作为安全研究对象，提高学生兴趣，调动学生积极性，引导学生开展自主学习。采用硬件实体攻防讲解示范法，以具体设备安全案例引入，以点带面鼓励学生举一反三、创新实践。采用综合实战小组合作法，以专业需求为牵引，合理分解硬件攻防任务，着重引导学生合作探究，最终实现教中学、学中做、做中评。

（三）考核评价方法

以“USB接口脆弱性分析与验证”这次实践课为例，为有效评价学生的实验效果，课程组设计了“四维一体”的考核评价办法。

其中，实验过程评价占40%，课程目标是基于Arduino开发板设计一个USB HID攻击工具，功能自定义，例如自动关机、蓝屏、文件加密、文件隐藏等，评价维度具体细分为实验完成度、难易程度和创新程度。加强过程性考核，将理论与实践有机结合，深钻实验原理。通过难易程度考核，鼓励学生不畏困难、敢于挑战。通过创新程度考核，引导学生设计发散性实验，举一反三并自主创新。实验报告评价占20%，考查学生的逻辑思维能力与文字撰写功底。思考题作业评价占20%，考查学生分析问题、解决问题的能力，深化课上知识理解、培养技术钻研精神。成果展示评价占20%，鼓励学生交流分享自己的实验成果，通过互评促进学生争先并体现公平性。具体评价细则如表1所示。通过上述教学内容的设计以及教学实施创新，满足“两性一度”的标准要求。除此之外，课程组在其他实验科目中也设置了团队合作、论文竞赛、综合实战演练等不同考核策略，整体上，综合学生实验过程中的价值产出，评估学习任务完成情况，积极调动学生的学习热情。

四、结语

培养网络空间安全专业人才，必须要重视网络空间安全实践课程教学的前沿性、综合性、发展性，必须开展成果导向、能力导向、目标导向的课程改革和教学创新。面对网络安全形势不容乐观、强化网络安全的需求日益增强的现状，本文剖析了当前网络空间安全专业实践课程教学模式存在的问题与不足，提出了成果导向式教学模式改革思路，并以硬件攻防技术实践课程为例，探讨了教学改革的措施。在OBE理念引领下建设完善网络空间安全实践课程体系，有助于不断优化人才培养模式，为我国网络攻防领域培养更多素质全面、技术过硬的专业人才。

［ 参 考 文 献 ］

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［责任编辑：周侯辰］