基于創(chuàng)新教育的信息安全實踐課程建設(shè)

孟 魁， 劉功申， 李建華， 薛 質(zhì)

(上海交通大學 信息安全工程學院，上海 200240)

0 引 言

信息安全專業(yè)是一門綜合性交叉學科, 涉及計算機、通信、數(shù)學、生物、物理、法律及管理等諸多學科，是一個直接面向工程、面向應(yīng)用的專業(yè)領(lǐng)域[1]。信息安全作為一個全新的本科專業(yè)和其獨有的特殊性，對學生的實踐創(chuàng)新能力提出了更高要求[2]。

自2001年武漢大學首先在全國高校中設(shè)立信息安全專業(yè)以來，到目前為止，全國已經(jīng)有84所高校開辦了信息安全本科專業(yè)，17所高校開設(shè)了信息對抗技術(shù)專業(yè)。由于信息安全領(lǐng)域知識覆蓋面寬、知識更新快，在信息安全專業(yè)人才培養(yǎng)中, 一定要強調(diào)理論與實踐的結(jié)合，不僅要有合理完備的理論課程體系, 還需要建立良好的實踐教學環(huán)節(jié), 幫助學生在實踐中真正掌握理論知識, 掌握基本信息安全技能[3]。但由于專業(yè)建設(shè)時間短，信息安全專業(yè)在學生培養(yǎng)模式、教學模式，尤其是實踐人才培育方面還沒形成一定規(guī)范，實踐資源和實踐教學師資隊伍都存在一些問題[4]。

2011年5月16日，美國發(fā)布了“網(wǎng)絡(luò)空間國際戰(zhàn)略”[5]，7月14日又發(fā)布了“網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)戰(zhàn)略”[6]，都把加強信息安全教育和人才隊伍培養(yǎng)列為保障網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略的重點，以此來確保美國控制全球信息的絕對優(yōu)勢。據(jù)賽迪顧問預測，近兩年來我國信息安全行業(yè)保持近21%的年復合增長率，大大高于同期的IT行業(yè)的增長，產(chǎn)業(yè)人才的社會需求總量已達50萬人，預計今后5年中每年還將增加約2萬人[7]。

信息安全產(chǎn)業(yè)是保障國家信息安全的戰(zhàn)略性核心產(chǎn)業(yè)，電子政務(wù)、金融、軍工、電力等行業(yè)對信息安全都有非常迫切的需求。高素質(zhì)信息安全專業(yè)人才的培養(yǎng)成為高等教育的當務(wù)之急。

2002年，上海交通大學以承擔國家863計劃唯一一項支持人材培養(yǎng)環(huán)境建設(shè)的重大研究課題“信息安全工程實踐”平臺(國內(nèi)首創(chuàng))為契機，對信息安全學科展開深入研究，探索建設(shè)多層次、全方位、立體化的開放式多功能信息安全綜合實驗平臺，積極構(gòu)建集成化的信息安全學習、實驗和實踐的環(huán)境[8]。自2005年起，以該集成實踐平臺為依托，信息安全工程學院設(shè)立了“信息安全綜合實踐”課程，著力于學生實踐動手能力的培養(yǎng)[9]。在課程建設(shè)過程中，基于建構(gòu)主義學習理論，踐行創(chuàng)新教育理念，積極探索創(chuàng)新型信息安全實踐人才的培養(yǎng)模式。

1 完善創(chuàng)新平臺

實施創(chuàng)新教育首先要轉(zhuǎn)變教師的教學理念，改變教學模式，搭建創(chuàng)新平臺[10]。傳統(tǒng)教學模式是以傳授專業(yè)知識為中心，以培養(yǎng)理論性人才為目標的，其教學組織形式的突出特征是知識的單向傳授。基于建構(gòu)主義的建構(gòu)式培養(yǎng)模式則強調(diào)以能力培養(yǎng)為中心，以創(chuàng)新性人才培養(yǎng)為目標[11]。教師的任務(wù)不僅僅是傳授知識，更重要的是引導學生主動獲取知識，并教會學生獲取知識與創(chuàng)造知識的方法[12]。如果課程實踐的步驟、內(nèi)容及結(jié)果都是由教師預先設(shè)定好的，學生只能在規(guī)定的框架中，循規(guī)蹈矩地完成預定的實踐任務(wù)，并沒有被鼓勵去充分發(fā)揮自身的想象力和創(chuàng)造力，更沒有被引導去充分鍛煉自身的創(chuàng)新能力，無助于對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

信息技術(shù)的飛躍式發(fā)展、信息業(yè)態(tài)的不斷變化，引發(fā)了信息安全技術(shù)的日新月異，客觀上要求在信息安全的專業(yè)教學中實踐內(nèi)容要及時調(diào)整更新[13]。如果實踐內(nèi)容缺乏時代性，對學生的吸引力將大打折扣，學生缺少主動參與實踐的興趣，將導致絕大多數(shù)是“被動實踐”。

為此，在“信息安全綜合實踐”課程建設(shè)中，我們一直留意國家信息安全戰(zhàn)略需求及行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，幾乎每年都會對實驗內(nèi)容進行擴充和完善。2005年設(shè)置該課程之初，實踐內(nèi)容主要以結(jié)合理論教學的驗證性實驗為主，學生們可以利用“信息安全工程實踐平臺”，在老師指導下進行各類實驗，以加強對課堂理論教學中一些概念的理解，用感性認識補充理性認識的不足，提高理論教學的效果。2006～2007年，針對教學的需要和教學反饋，我們在防火墻、PKI、網(wǎng)絡(luò)攻防等模塊中加入了綜合性實驗內(nèi)容。2008年，進一步調(diào)整了實驗?zāi)K和界面，增加了設(shè)計性實驗內(nèi)容，鼓勵學生在設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)上申報校級PRP項目及市級創(chuàng)新實驗項目。2009年起，還指導學生利用網(wǎng)絡(luò)的開放資源以及Web應(yīng)用進行公鑰證書等實踐實驗，進一步提升學生的創(chuàng)新能力。為了適應(yīng)不斷發(fā)展的平臺環(huán)境，實驗環(huán)境也不斷升級和豐富，從最初的Windows XP平臺擴展到Windows7及ubuntu等。

從早期的驗證型實驗，到綜合型實驗、設(shè)計型實驗等不斷發(fā)展，教學團隊一直致力于對使學生通過本課程從對理論的掌握和理解走向?qū)碚摰膽?yīng)用。

2 訓練創(chuàng)新思維

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要以培養(yǎng)創(chuàng)新精神入手，以提高創(chuàng)新能力為核心，帶動學生整體素質(zhì)的自主構(gòu)建和協(xié)調(diào)發(fā)展[10]。創(chuàng)新本身的特征決定了創(chuàng)新教育的過程不是受教育者消極被動的被塑造的過程，而是充分發(fā)揮其主體性、主動性，使教學過程成為受教育者不斷認識、追求探索和完善自身的過程，亦即培養(yǎng)受教育者獨立學習、大膽探索、勇于創(chuàng)新能力的過程[14]。而創(chuàng)新精神和能力不是天生的，它雖然受遺傳因素的影響，但主要在于后天的培養(yǎng)和教育。因此，在教學過程中要致力于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力[15]。布魯納(J.S.Bruner)認為，教育的主要目的是為學生提供一個現(xiàn)實世界的模式。他強調(diào)學習是一個主動的過程，應(yīng)該通過教學使學生對學習產(chǎn)生興趣，主動地參加到學習中去[11]。

在教學中，我們通過加強實驗環(huán)節(jié)的啟發(fā)引導功能，調(diào)動學生的主觀能動性，訓練創(chuàng)新思維習慣的養(yǎng)成。在課程實驗，除課堂實驗外，還布置課下實驗、實驗思考題等，引導同學們進行實驗內(nèi)容相關(guān)的進一步擴展性問題的思考和討論，鼓勵他們在實驗中發(fā)現(xiàn)問題、思考問題并力圖解決問題。在課程考核環(huán)節(jié)，我們不僅關(guān)注實驗過程本身，也要求學生撰寫實驗報告，并著力強化學生自主分析的模塊，鼓勵他們進行自我挖掘、大膽質(zhì)疑，提升獨立思考、綜合分析的能力，訓練他們的創(chuàng)新思維。

對于學生撰寫的實驗報告，我們將考察重點從早期的實驗過程描述，轉(zhuǎn)移到實驗難點、問題分析模塊。在實驗難點分析模塊，讓同學們通過總結(jié)和分析實驗過程、實驗內(nèi)容，自主總結(jié)實驗要考察的重點內(nèi)容，自行整理和發(fā)現(xiàn)較難把握的知識點；在問題分析模塊，讓同學們通過分析實驗中遇到的問題，給出自己的思考和答案。此外，實驗中還通過思考題等實驗報告提交后，授課教師將對實驗中以及報告中存在的問題進行統(tǒng)一講解和解答，澄清同學們通過報告反映出來的一些錯誤認識。

同時，課程鼓勵同學們、尤其是實驗報告有特色的同學，走上講臺分享和討論實驗心得。通過兩年的實施，我們發(fā)現(xiàn)，同學們?yōu)榱烁玫卣故緦嶒炐牡茫鶗谥白龈浞值臏蕚洌~外收集一些與實驗內(nèi)容相關(guān)的數(shù)據(jù)、案例等信息，開拓視野的同時，更深刻地理解了信息安全技術(shù)的應(yīng)用背景。

很多同學表示為了撰寫高質(zhì)量的實驗報告，鍛煉了他們的自主學習能力，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、培養(yǎng)了實事求是的科學作風他們對實驗過程觀察和思考更加積極、主動，加強了對理論的思考，澄清了之前在理論學習中的一些模糊不清的認識，對于申報和參與學校PRP、市(校)級創(chuàng)新實驗項目、全國信息安全競賽都有很大幫助。

3 提升創(chuàng)新能力

布魯納(J.S.Bruner)是美國著名的認知教育心理學家，他反對以強化為主的程序教育，主張學習的目的在于以發(fā)現(xiàn)學習的方式，使學科的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生頭腦中的認知結(jié)構(gòu)[16]。布魯納認為，學習任何一門學科(課程)時，總是由一系列的片斷所組成，而每一片斷(或一個事件)總是涉及到獲得、轉(zhuǎn)換和評價3個過程。作為信息安全專業(yè)課程，“信息安全綜合實踐”對先修課程要求高，要求學生必須具備一些如數(shù)論、匯編語言、計算機網(wǎng)絡(luò)甚至數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等基礎(chǔ)知識。在課程建設(shè)中，我們也在不斷圍繞專業(yè)培養(yǎng)計劃在實踐模式上進行調(diào)整，將該課程內(nèi)容與前期、同期以及后期的其他專業(yè)課程有機結(jié)合，將課程實踐與項目實習相結(jié)合。在進行網(wǎng)絡(luò)實驗前，布置學生關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析的課下作業(yè)，在病毒實驗前，通過課后實驗題要求學生熟悉系統(tǒng)文件分析的工具使用，啟發(fā)學生將先修課程的內(nèi)容融會貫通，靈活使用，并引導學生對后期課程的學習興趣。

同時，我們在課程建設(shè)中引入與公司的合作，先后邀請了趨勢科技、INTEL公司等的技術(shù)支持，采取工程師進行實驗、實踐項目輔導等方法探索新形式的實踐教學。趨勢科技工程師的現(xiàn)身說法讓同學們對信息安全的專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)有了深刻的認識。我們還選派了19名同學在INTEL工程師的指導下進行如底層驅(qū)動、插件開發(fā)、Web應(yīng)用開發(fā)等項目實踐，從不一樣的視角接觸到其它一些新的知識和技術(shù)。實踐證明，通過公司合作開展課程教學，不僅讓同學們深刻地認識到了自身在知識積累、動手能力、學習能力、團隊合作等方面的不足，也更清晰地領(lǐng)會到了項目團隊、組員分工、項目風險管理等對于今后工作的重要性等，極大地提升了學生們對從事信息安全專業(yè)工作的興致。

4 結(jié) 語

創(chuàng)新教育是一個系統(tǒng)工程，也是一個需要廣大教育工作者不斷實踐、不斷探索的重要課題。經(jīng)過多年的建設(shè)和積累，“信息安全綜合實踐”課程通過課程內(nèi)容在基礎(chǔ)實踐、專業(yè)基礎(chǔ)實踐及創(chuàng)新提高實踐三層次上的合理布局，對學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培育、引導，不斷總結(jié)和探索創(chuàng)新型信息安全實踐人才的培養(yǎng)模式，激發(fā)了學生學習信息安全、投身信息安全產(chǎn)業(yè)的興趣，取得了顯著的教學效果，為信息安全實踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了一個可以借鑒的思路。

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