信息安全專業“應用安全方向”CDIO實踐探索

　　摘要：為了滿足信息安全產業對高素質人才培養質量的要求，為了進一步探索以“做中學”為中心的方法改革，強化實踐能力培養，本文以云南大學軟件學院信息安全專業為背景，以CDIO先進教育理念為指導，選擇本專業“應用安全”方向進行CDIO理念教學實踐。并進一步探討在適當的條件下，把該CDIO工程教育模式推廣應用到本專業其他三個發展方向，以培養具有創新精神和實踐能力的信息安全學科的優秀創新型人才。
　　關鍵詞：CDIO；信息安全；應用安全；工程實踐
　　
　　云南大學軟件學院信息安全專業秉承學院“培養國際化、工程型、應用型的高水平軟件工程人才”的辦學定位，把培養具有良好科學技術與工程素養，系統掌握信息安全的基本理論、專業知識、基本方法與基本技能，受到嚴格工程訓練和思維訓練，具有本學科及跨學科的應用系統開發與應用基本能力和較強知識更新能力，能在網絡與信息安全及相關領域從事信息安全系統設計、安全產品開發、系統集成的高素質專門人才，作為本專業的人才培養目標。
　　目前，云南大學軟件學院信息安全專業為了配合教育部高等學校質量工程項目“基于CDIO的國際化、工程化軟件人才培養創新實驗區”的建設，為了更好地滿足信息安全產業對高素質人才培養質量的要求，也為了進一步探索以“做中學”為中心的方法改革，強化實踐能力培養，修訂和完善了該專業09版的人才培養方案，將信息系統安全、網絡安全、應用安全和密碼學作為該專業有特色的四個發展方向，并在此基礎上，以CDIO教學理念為指導，設計教學大綱和課程體系，建立更加面向需求的課程體系。
　　CDIO(Conceiving-Designing-Implementation-Operation)，即構思，設計，實現，運作，是國際工程教育與人才培養的創新模式，也是培養創新型工程人才的有效途徑。為了有效探索該工程教育模式，本專業首先選擇“應用安全”作為發展方向，并探索采用CDIO理念進行教學實踐，在適當的條件下，將CDIO工程教育模式推廣應用到其他三個方向，以培養具有創新精神和實踐能力的信息安全學科的優秀創新型人才。
　　
　　1　信息安全專業“應用安全方向”CDIO實踐
　　
　　以CDIO教學理念指導信息安全專業“應用安全”方向建設是為了強調教育與產業相結合、理論與實踐相結合，并以該方向課程體系、實踐教學、畢業實習等環節作為改革的核心內容，著重培養學生技術創新能力、工程實踐能力、團隊協作能力及溝通能力，以達到培養基礎理論知識扎實，具有較強分析解決問題能力、主動獲取知識能力以及綜合應用能力的高素質信息安全創新人才。
　　根據CDIO大綱的要求，我們以12項CDIO標準作為CDIO改革的評價和實施指南，并分別從以下幾個方面進行CDIO工程教育實踐。
　　
　　1.1　營造求知背景與環境
　　在云南大學軟件學院的環境中全面開展CDIO教育，項目的參加者除了需要直接投入到專項實踐項目之中，還需要項目參加者本人自始至終對CDIO的整個教育觀念和體系有一個逐步深入理解和反饋優化的處理過程。因此，營造符合信息安全專業方向CDIO的求知背景與環境，是為了能在信息安全專業推廣CDIO教育體系的初期，針對信息安全方向的專業建設的實際需要，在學生和教師兩個層次深入地探索如何才能更加有效地建立起相關的前期教育培訓體系以滿足信息安全工程化教育中人才培養的具體模式和方法的系列問題。
　　營造符合信息安全專業方向CDIO的求知背景與環境，具體來說，也就是首先要在信息安全專業教師和學生兩個層面弄清楚我們為什么需要CDIO和CDIO是什么的問題。回答為什么需要CDIO，首先需要我們回答兩個問題，一是工程師需要具備哪些知識、能力和素質；二是工程教育應如何使學生具備這些知識、能力和素質。
　　我們通過開設相關課程，開設一系列講座和論壇，組織教師和學生學習CDIO理念，轉變教師和學生的觀念以更好地實現工程教育改革目標。通過對參與教師灌輸CDIO理念，讓每個教師都了解自己的課程在整個專業培養體系中的作用，包括知識能力培養中的貢獻，在構建學生的知識體系中有什么作用，每門課程涉及哪些能力和知識，每門課程中應有20～30％時間用于互動、啟發式、探究式的學習，引導學生提出問題，找到解決問題的方法，提取概念和有規律性的方法；通過對學生灌輸CDIO理念，強調“做中學”和“基于項目的學習”，能讓學生理解和接受CDIO，提高學生的學習主動性。
　　
　　1.2　實行課程體系的一體化建設，加強課程群的CDIO實踐
　　實行“應用安全”方向課程體系的一體化，是基于該方向的課程群來進行建造和完善的，即把相關聯的課程知識有機地結合起來，使學生認識到有機和關聯的知識群而不是孤立的知識點，并把該方向課程群的建設與實踐結合起來，避免內容的重復。通過實行“應用安全”方向課程體系的一體化，使學生獲得一體化的學習經驗，使學生在學習學科知識的同時獲得個人和人際交往能力，產品、過程和系統構建能力。
　　學院信息安全專業的課程設置包括公共必修課、素質教育課、學科基礎課、專業核心課、專業方向課和實踐能力六個模塊。“應用安全”方向公共必修課、素質教育課、學科基礎課、專業核心課和實踐能力五個模塊的課程與信息安全專業其他三個方向相同，而不同之處主要體現在專業方向課上。目前，該方向的專業選修課包括安全電子政務與電子商務、安全電子支付與電子貨幣、信息隱藏、PKI體系與CA技術、嵌入式系統概論、網絡犯罪偵查技術、信息技術與數據隱私、應用安全實踐和應用安全前沿專題等。
　　實行“應用安全”方向課程體系的一體化，建立面向需求的一體化課程體系，要求我們必須在信息安全專業實現“應用安全”方向一體化的教學計劃，整合能力和項目的要求，以相互支撐該方向的課程來設計培養計劃，將個人能力、人際交往能力以及產品、過程和系統構建能力的培養整合在同一個培養計劃中，將相應的知識和學習目標聯系起來，并且以明確的方式將工程能力和多學科合作能力聯系起來。
　　具體建設措施有以下幾方面：
　　(1)調整和優化該方向專業課，減少課程中交叉重復的內容，突出課程教學重點和特色，實行精品教學；
　　(2)增加該方向多元化專業選修課程，特別是以就業方向為主的專業選修課程；
　　(3)加強實踐課，增加模擬操作課程、社會調查課程與社會實踐課程；
　　(4)開展教學內容專題與創新研究，使教學內容反映學科與實踐的最新發展。
　　在課程教學方法方面，要增加主動學習和動手實踐，強調分析問題和解決問題的能力，增強概念方面的學習，加強學習反饋機制，我們以以下的步驟來實施：首先，我們引導學生系統了解課程的主要內容，并合理使用多種教學方法，通過探索以問題為中心的學習模式，以互動的方式引導學生進行主動性的學習；建立習題及資料庫，建設課程網站，通過網絡課程達到師生互動、學生之間互動和教學相長的目的，通過網絡資源共享，為學生創造一個豐富多彩的自主學習的空間；對于與課程相對應的實驗教學，除了要求學生做綜合性實驗之外，我們還鼓勵教師進行探索性的實驗教學，由學生在教師指導下自行選題，并寫出實驗設計和開題報告，進行自選課題的實驗研究，并寫出研究論文或實驗報告。
　　
　　1.3　加強實踐場所建設，創新實踐教學方法
　　CDIO強調實踐場所的建設，我們非常重視專業實驗室和實習基地的建設，通過依托本學院得天獨厚的教學條件，來支撐實踐場所的建設。CDIO教育理念強化學生實踐能力的培養，創新基于實踐的教學方法，要求教師在教學理念、內容、方法和管理等方面的改革上與時俱進，不斷發展創新。培養高素質的信息安全“應用安全”方向人才，必須探索出好的實踐教學模式，并勇于創新。通過完善和構建一套完整的實踐教學模式，解決現階段課程實踐教學中存在的不足，提高實踐教學質量，達到培養基礎理論知識扎實，分析解決問題的能力和主動獲取知識的能力強，以及綜合應用能力和創新意識強的高質量的人才的目的。
　　目前，我們主要從以下幾個方面構建該方向多元化的實驗(踐)教學體系。
　　(1)課程實驗。課程實驗由基礎課實驗、專業基礎課實驗、專業課實驗、選修課實驗4個層次構成。所有實驗項目都在實驗教學大綱中予以規定，并分為必做項目和可選項目。基礎課實驗、專業基礎課實驗主要在一二年級完成，專業課實驗、選修課實驗在二三四年級開出。
　　在實驗教學中，及時更新實驗內容是非常必要的。實驗內容的更新應當緊密結合當前信息安全應用和科研實踐，利用先進的實驗平臺提供的軟硬件環境，設計和安排實驗內容。
　　實驗內容可以分成三個類型來安排，驗證型實驗、設計型實驗和綜合型實驗，循序漸進地培養學生的實際動手能力，為學生開展自主創新活動提供條件。驗證型實驗——主要是提高學生對應用安全的理解；設計型實驗——鞏固學生所學的各種應用安全技術的原理和擴展方法：綜合型實驗——要求學生綜合應用所學知識，設計一個應用安全綜合解決方案，提高學生的系統設計能力和解決實際問題的能力。
　　(2)CDIO項目。要求專業教師精心策劃并建立與該方向密切相關的能體現和貫徹CDIO構思、設計、實現、運作過程的綜合性實踐項目。該實踐項目將該方向課程知識關聯，以項目為載體，培養學生綜合應用相關知識的能力，尤其是創新思維能力與終生學習能力。通過項目設計將整個方向的課程體系有機的、系統的結合起來，所有需要學習和掌握的內容都圍繞項目設計這個核心，并與這個核心融合在一起，形成一個整體。引導學生對該方向專業課程的學習興趣和能力培養，并對該應用安全方向形成較清醒的總體認識。
　　教師將學生分成小組，并做一兩個系統的、跨越該方向多門課程的課程設計，這種方式拓寬了學生的專業方向視野，加強了學生溝通協作能力，激發了學生動手實踐的興趣，達到主動學習的目的，團隊協作的模式也使學生能夠完成較為復雜的實踐題目，加深了學生對信息安全專業，特別是應用安全方向的理解。
　　所有的項目均為團隊合作項目，學生在項目進行的過程中學習探索、綜合應用知識，鍛煉團隊精神、學習基本項目組織、管理，培養CDIO能力。
　　(3)畢業實習。學生的畢業實習d831319a333d521dc47e71c6dece3d78，分為校內和校外實習，學院通過積極尋求與企業的多種形式合作，畢業班學生2／3以上都送到校外實習，確保學生了解企業最新技術動向，提供企業實踐機會。校外實習學生一般都能接觸到實習單位的實際工程項目，得到實際的鍛煉，但對于校內實習的學生，指導教師就需要考慮一個問題，即如何以實際的工程項目來指導學生的開發。
　　
　　1.4　建立完善學生學習評估體系
　　傳統的學生學習評估體系，是通過學生的期末考核來體現的，而CDIO教育理念的實施，對學生學習的評估應不同于傳統的方法。信息安全專業作為實踐性很強的工程學科，考察的重點不應是純粹的理論，而是學生能否真正具備運用所學知識進行項目開發的能力，必須加大實踐能力考核的力度，因此，建立一套完整的信息安全專業應用安全方向學生學習的評估體系，合理利用考試成績評定體系也是值得探討的問題。
　　目前，我們在CDIO實踐教學過程中，允許教師采用不同的有效方法衡量學生的專業知識、個人自身能力、團隊合作能力、建造產品和系統的能力，例如除了采用傳統的筆試方法之外，允許教師采用口試、學生表現考察、評分、學生反映、論文、學生互評和自評等方式和方法來評價學生學習。
　　我們主張不同的能力用不同的方式進行考核，專業知識可用試卷或口頭測驗，而CDIO相關的能力則可采用記錄、報告、自評、互評等形式進行。例如對設計型實驗的考核包括設計方案、實驗報告、實驗日志以及演示實驗：對于綜合應用型實驗，考核的內容包括需求分析，設計方案，實驗報告，實驗日志以及演示實驗結果等。
　　考核方式的多樣化促使學習方式廣泛化，并能建立更完整可靠的評價系統。由于學生的實踐項目大多應該從工業界獲得，學生也應有一定的產業實踐機會，因此，對學生能力的評價不僅要來自學校教師和學生群體，也要來自工業界。特別是對學生工程實踐能力和產業經驗的評價，產業工程師應更有發言權。
　　
　　1.5　提升教師工程實踐能力
　　學院很多教師在自己專業知識和科研方面都是專家，但在實際工程和產業中的經驗非常有限。為了更好地推進CDIO在本專業的教育實踐，學院要求教師必須加強工程知識和能力，以便在教學中為學生提供恰當的工程實例，并能同時成為學生心目中的當干弋工程師榜樣。
　　為了保證師資隊伍建設工作的有效推進，學院實施了“師資隊伍建設工程”，并制定了《云南大學軟件學院“師資隊伍建設工程”實施方案》。信息安全專業正按照學校和學院的有關規定，建設一支具有“雙師型”特長、學歷結構、職稱結構、學緣結構、年齡結構合理，能滿足教學和學科建設需要的高水平教師隊伍。
　　具體措施包括幾個方面：(1)實行青年教師導師制度，指導青年教師自學與學科或課程教學相關的若干課程和教學案例；(2)制訂青年教師提高學歷層次計劃，鼓勵和安排青年教師攻讀碩士、博士學位；(3)與實際工作部門聯系，有計劃安排青年教師到業務部門進行業務實習、調研；(4)請校內外知名專家、教授和業務骨干來校進行教學與科研學術講座；(5)選派青年教師到國內外知名大學作訪問學者，有計劃地安排青年教師參加各種高級研討班的學習。
　　目前，信息安全專業的教師通過積極參加一些著名企業的短期培訓項目，參加學院橫向科研項目，參加實際工程項目開發，來積極提升自己的工程實踐經驗。
　　
　　2　結語
　　
　　云南大學軟件學院信息安全系通過在本專業的一個方向課程體系建設上來實踐CDIO教育理念，具有示范性效應。如果該CDIO教育實踐完成質量效果較好，就可以推廣和指導該專業其他方向的課程體系CDIO建設。
　　在該專業方向CDIO教學實踐過程中，我們以CDIO教育理念為指導思想，以課程體系、實踐教學、畢業實習等環節作為改革的核心內容，積極探索，著重培養學生技術創新能力、工程實踐能力、團隊協作能力及溝通能力，以達到培養基礎理論知識扎實，具有較強分析解決問題能力、主動獲取知識能力以及綜合應用能力的高素質信息安全創新人才。
　　教學質量的保證，也帶來很好的學習效果。信息安全專業的學生在專業教師的指導下，專業基礎知識扎實，整體素質較高。通過四年的學習，學生能夠在在校內外的實習基地完成教學計劃規定的畢業設計。在嚴格的教學質量控制體系之下，本專業學生畢業論文選題符合專業培養目標，論文指導、撰寫、答辯等環節規范。學生通過實習鍛煉，其專業能力、團隊精神與職業道德水平都得到了進一步地提升。除了極少數學生因能力問題被企業退回外，絕大部分學生都得到了企業的好評，有的學生在實習期間得到了企業的認可，畢業后留在實習企業工作。前本專業畢業生適應期明顯縮短，不少學生已經成為所在單位技術骨干，已形成數量上供不應求，質量上得到用人單位認可的態勢，社會評價高。
　　總之，以CDIO教學理念指導該專業方向的教學活動，取得了良好的教學效