網絡空間安全教師工程實踐能力培養研究

張 帆

（武漢輕工大學 數學與計算機學院，湖北 武漢 430048）

0 引 言

網絡空間安全是目前信息發達國家競相爭奪的戰略制高點。2015年，“網絡空間安全”一級學科正式獲批，表明了國家對網絡空間安全人才培養的高度重視。要培養卓越的網絡空間安全人才，離不開優秀的教師。然而，培養網絡空間安全優秀教師并不容易：除了要具備大學教師的基本素質之外，還要具備網絡空間安全專業較為深厚的專業能力，以及基本的網絡空間安全行業企業工程師專業素質[1]。由于網絡空間安全一級學科成立的時間很短，教師培訓標準出現晚，使得當前相當數量的網絡空間安全教師自身的工程實踐能力與上述標準之間存在差距，從而制約了網絡空間安全卓越工程師的培養質量。缺少高水平的網絡空間安全卓越工程師隊伍，不僅影響國家向工業和信息化強國的轉型，而且影響國家網絡空間技術的快速發展。因此，提升網絡空間安全教師的工程實踐和創新能力具有重要意義。為此，筆者從網絡空間安全教師工程實踐能力培養的內涵和能力素質要求、工程實踐能力培養的必要性和緊迫性、工程實踐能力培養方法等3個方面進行了研究。

1 工程實踐能力培養的內涵和工程能力素質要求

網絡空間安全卓越工程師培養要求可以分為內涵要求和工程能力素質要求兩部分[1]。

內涵要求包括[1]：①廣博的知識面，除了掌握網絡空間安全專業領域的專業知識和學科、技術標準、政策法律法規之外，與卓越工程師能力素質培養相關領域的知識亦要有所了解[2]。特別是與本學科專業領域戰略相關新興產業的興起和發展，需要特別關注。例如，2018年，教育部印發《高等學校人工智能創新行動計劃》，提出“人工智能AI（Arti fi cial Intelligence）+X”的復合專業培養模式，這代表著“新工科”建設的重要趨勢。因此，教師必須要對AI與網絡空間安全的結合引起高度重視；②豐富的工程實踐經歷，這要求教師熟悉工程現場的運作和管理模式，了解先進工程設備和技術的使用，掌握應用實際工程問題的有效方式，積累豐富的解決工程問題的經驗，并與工業企業保持密切的合作關系；③卓越的工程教育教學能力，這要求教師具備先進的工程教育理念、具備良好的工程教育研究能力、具備突出的工程教學學術水平和工程實踐教學能力；④崇高的敬業精神和職業道德，教師要對卓越工程師培養具有高度的責任心，要將敬業精神和職業道德言傳身教給學生。

工程能力素質要求的內涵包括[1]：①扎實的網絡空間安全工程設計開發能力，教師應在網絡空間安全領域具備豐富的工程實踐經歷，掌握現代的網絡空間安全工程技術手段，具有獨立主持或者承擔復雜網絡空間安全工程項目的研發能力；②高超的網絡空間安全工程技術創新能力，教師需要了解網絡空間安全領域的工程實踐難題，追蹤掌握網絡空間安全科技的前沿領域和發展方向，具備深厚的網絡空間領域專業知識和交叉、新興與邊緣學科的知識，在此基礎上，培養自己的創新意識和創新能力，提出各種創新的方法解決網絡空間安全工程實踐難題；③突出的網絡空間安全工程科學研究能力，現代工程科學具有系統科學、復雜科學、交叉學科和綜合學科的“大工程”特征，網絡空間安全也不例外，這要求教師經歷過系統的網絡空間安全科學研究訓練，具有多學科專業領域廣博的知識，并取得過同行認可的成果。

從以上基本要求和工程能力素質要求可見，國家對網絡空間安全卓越工程師教師的要求是相當高的[1]。

2 工程實踐能力培養的必要性和緊迫性

為了培養網絡空間安全卓越工程師，高校必須配備一支知識淵博、工程經驗豐富、工程創新能力強、教學水平高、綜合素質好的網絡空間安全教師（以下簡稱“教師”）隊伍。然而，目前高校的相關政策和現狀導致現有的教師隊伍距離培養卓越的網絡空間安全工程師之間存在著較大差距：①從工程實踐經驗和工程創新層面來看，教師普遍重視科研項目和論文，輕視教學，尤其是輕視本科教學；重視理論掌握和推演，缺乏工程實踐經歷。許多教師，特別是從本科一直攻讀到博士學位的教師，缺乏實際企業工作經歷，再加上我國高等教育與國外高校在工程教育方面存在較大差距（本碩博階段均如此），使得教師自身的工程能力不足。“打鐵還需自身硬”，教師自身工程實踐經驗和工程創新能力的欠缺，使得無法滿足當前對網絡空間安全卓越工程師培養教師“扎實的工程設計開發能力、超凡的工程技術創新能力、突出的工程科學研究能力”[1-2]的要求，難以勝任網絡空間安全卓越工程師的培養工作；②從知識結構層面看，教師掌握國內外最新進展、具備優秀的專業技能只是基本要求，在此基礎上，還應了解網絡空間安全相關技術標準、政策和法律法規；熟悉網絡空間安全學科相關學科領域（如數學、通信、計算機等）；了解經濟管理、人文社科領域；特別地，要關注新興、交叉和邊緣學科，尤其是本學科專業領域相關的戰略性新興產業的興起和發展[1]。上述要求顯然是相當高的，年輕教師由于積累不夠，從知識結構上難以匹配要求；即使是有較為豐富經驗的教授和副教授，由于其培養對象不同（文獻[1]要求，教授側重培養研究型卓越工程師；副教授側重培養設計開發卓越工程師；講師側重培養現場卓越工程師），也面臨著知識結構不斷進化和更新的問題；③從教育教學能力層面看，教師需要不斷更新工程教育理念；需要具備良好的工程教育研究能力；需要高超的工程教學學術水平；需要突出的工程實踐教學能力；需要嫻熟的教學組織和管理能力[1]。上述教育教學能力標準同樣要求教師在工程教學理論、方法和能力等層面不斷保持進步。

可見，要成為一個合格的教師，必須根據最新的科技進展，以及國家、社會和企業的需求，不斷學習工程教學理論、改進工程教學方法、優化工程教學內容、提升工程教學能力。特別是，隨著世界各國日益重視網絡空間疆域的安全，以及國家、社會和企業對高水平網絡空間安全工程師需求的快速攀升（預計未來幾年之內缺口達近百萬），培養和鍛煉優秀的教師成為越發必要和緊迫的任務。

3 工程實踐能力培養的方法

傳統的教師工程實踐能力培養方法主要包括[3-6]：①改革教師考核和職稱評審方法，建立激勵機制，將教師考核和職稱評審與教師工程實踐能力培養掛鉤；②加強校企合作，建立緊密和長效的校企合作機制，聘請企業高管和專業技術骨干為企業兼職導師，選派教師到企業直接參與企業項目研發；③調整師資結構，建立教師上崗前工程能力培養制度，建立“新、老教師”之間“傳、幫、帶”制度等。這些方法取得了較好的結果，但并沒有解決如下問題：①如何變教師“被動督促”學習為“主動我要”學習？②如何在校企合作中做好高校和企業自身的定位，發揮各自特長，以培養掌握前沿科技工程科技，并滿足國家、社會和企業需要的卓越工程師教師？③教師如何根據網絡空間安全學科的特點，實現以工程實踐經驗和工程創新能力為導向的因材施教？

針對上述問題，筆者在研究和實踐中采取了如下新方法，取得了較好的效果。

1）革新教師觀念，變教師督促、被動加強工程實踐能力鍛煉為自覺、主動加強工程實踐能力鍛煉。

高校教師面臨著論文和項目的壓力，由于論文和科研研究項目側重強調“基礎研究”，這使得高校教師在時間分配上，或多或少忽略對自身工程實踐能力鍛煉和培養，轉而追求更加“立竿見影”的理論研究，以便在單位時間內發表更多論文，進而爭取更多項目。根據筆者的調研結果，在卓越計劃實施時，大多數單位往往采用行政手段，常見的如企業掛職經歷或者工程認證證書與職稱晉升掛鉤等，來被動地督促教師提升自己的工程實踐能力。

這種方法可以起到一定的效果，但被動、督促方式的效果肯定難與教師主動、自覺地提升工程實踐能力的效果相比。事實上，造成上述現狀的重要原因在于教師認為“工程實踐和科學研究非此即彼、兩相沖突”。筆者相信，對于工科而言，特別是對網絡空間學科研究而言，這種觀點存在著較大的誤解。誠然，網絡空間安全學科當前急需構建學科理論基礎，但是另一方面，能夠解決重大問題的新方法、新技術也同樣是網絡空間安全學科所急需的。以筆者所熟悉的信息系統安全領域為例，在小同行公認的四大頂級會議S&P、CCS、Security和NDSS中，相當多的論文立足于解決重大技術問題，而并非一味追求安全理論。需要再次強調的是，這并不意味著安全理論不重要，而是說明，能夠從工程實踐中提煉出新問題、新方法，或者能夠解決現實重大問題，同樣可以做出頂級科研成果，并且這種“工程性強”的研究在網絡空間安全領域還占有較高的比例。事實上，國際上不少知名實驗室在招收博士生或者博士后時，明確要求應聘者有很強的工程經驗或者編程能力。這表明，至少在網絡空間安全學科，工程實踐和創新能力是科研研究的重要能力素質要求之一。因此，通過各種方式幫助教師認識并親身感受到“工程實踐和科學研究兩者相得益彰、相互促進”，是使得教師變被動學習為主動學習的重要一環，對增強教師工程實踐能力訓練效果有較好的促進作用，在實踐中取得了很好的效果。

2）立足科技前沿，緊密切合科技前沿和國家社會需要。

目前，大多卓越計劃建設實施時強調校企合作，即通過選送教師到企業掛職、聘請企業一線工程師到學校授課，實現高校與企業的雙向融合。這種方法使得教師真刀真槍地參與企業的實際工程項目，大大增強了當前高校教師的工程實踐經驗。但是否建立了這種校企雙方滲透的合作關系就一定能夠保證教師和學生工程實踐訓練的質量呢？筆者認為不一定：①有研究指出，有一些專業和工作崗位，在五年之前并不存在，那么高校與企業合作的工程訓練，就需要提前有所預判，為學生安排先進的工程訓練項目。換句話說，在科技飛速發展的現代社會，工程訓練一定要保持前沿，要切合國家和社會的需要，不能讓學生面臨剛畢業，所受的工程訓練就過時的窘境；②企業由于自身逐利的性質，大多關注于解決實際工程問題，相對而言缺少對基礎研究的興趣和投入。如果高校教師純粹偏向企業，在某種程度上就一定會偏離自身科學研究的目標和任務，這是否一定合適？這種情況下高校教師和企業員工的差異體現在什么地方？筆者的觀點是，最好能夠將基礎研究和工程實踐結合起來。一般情況下，這需要教師能夠進入到海內外行業領先企業進行鍛煉，因為只有行業領先企業才會有足夠的資源和意愿通過基礎研究投入來解決重大工程問題。然而，一般地方高校可能難以獲得與這類企業合作的機會，或者即使有機會也難以接觸到核心基礎研究工作。

上述問題，是教師工程訓練必須要考慮的，解決方案需要高校根據自身的特色、定位和情況來制定。筆者所采用的一種破解辦法是直接選送骨干教師到海外知名高校深造。海外知名高校往往與世界級企業有著緊密的聯系：由企業提出前沿的科學和技術問題，高校利用智力資源提供解決方案。選送教師到海外知名高校深造，通過參與上述課題可以直接接觸到世界級企業所關注的前沿科技問題，熟悉領先的工程解決方案。教師深造完成回國之后，不僅提升了自身的工程眼界和素養，而且可以直接帶領學生進入最前沿的工程科技領域，這對教師和學生都是非常有利的。

3）充分考慮教師和學生的興趣愛好，做到百花齊放，給予教師和學生足夠的自主權。

一種需要商榷的工程訓練方法是，由學校大一統地進行安排，而沒有考慮教師和學生的個人意愿和興趣愛好。這種方法減輕了管理的負擔，卻可能影響工程訓練的效果。例如，在教師當中，有的教師定位于社會服務，對工程產品開發、各類實操性質的網絡空間安全競賽（如CTF等）更感興趣；有的教師定位于教學科研并重，對科技成果轉化、網絡空間安全教育等更感興趣；有的教師定位于純科研，對前沿科技研發更有興趣。類似地，對于學生而言，有的可能對逆向工程和二進制分析感興趣；有的可能對網絡安全、網絡滲透感興趣；有的可能對人工智能、機器學習在安全領域的應用感興趣等。這些都是在實踐中遇到的實際情況。

因此，在實際工程訓練中，應在保證完成必要工程訓練的基礎上，盡可能考慮教師和學生的個人能力和興趣偏好，給予教師和學生足夠的自主權，充分尊重教師和學生的選擇。當然，這會大大增加管理的成本和負擔，并對實踐課程設計和合作企業選擇提出了更高的要求。但是，筆者認為這是值得的，也是應該的，因為這樣真正做到了“因材施教”，避免了工程訓練流于形式。特別是這種方式給“偏才、怪才”的培養提供了土壤，而“偏才、怪才”是網絡空間安全學科的一大特點，也是國家非常所期望發掘的。

4 實驗結果

通過自由報名，選取16位本科生組建小班，按照卓越工程師教育培養計劃[1-2]的要求對學生和教師的工程實踐創新能力進行培養和訓練。取得了較好的結果。通過4年學習，選擇繼續深造的有6人：2人出國、3人考入985院校、1人考入211院校，比例達38%。通過繼續跟蹤，考入985/211院校的學生能夠很好地適應重點院校的碩士學習和科研工作；選擇參加工作的有10人，平均月薪約為1萬元。在專職教師的指導下，獲批教育部高教司產學研合作協同育人項目（網絡空間安全相關課題）4項，其中受Google中國公司資助2項；獲得“全國大學生信息安全競賽”全國二等獎1項；獲得“挑戰杯”銀獎1項；獲得其他省部級獎項多項；學生發表論文1篇。

學生的培養質量與教師水平直接相關。實踐表明，學生培養的結果是較為理想的，這與學校、學院對教師工程實踐能力的重視，以及教師自覺提升工程創新能力是分不開的。上述結果也表明，筆者提出的網絡空間安全教師工程實踐能力培養方法是可行的。

5 結 語

卓越的網絡空間安全工程師是建設網絡空間安全強國的人才基礎。當前工作大多探索了如何對學生進行培養，但對教師工程實踐能力的培養研究卻比較少見。教師自身的工程實踐能力直接關系到學生的培養質量，因此，必須要加強對教師工程實踐能力的培養研究，最終為網絡空間安全卓越工程師培養提供高質量的師資保障。

依據卓越工程師教育培養計劃標準[1-2]，筆者已經形成了一套規范化的學生培養方法，實驗證明，培養方法是相對有效的。在下一步研究中，筆者將把重心放在如何提升教師的工程創新能力，特別是如何將科研與教學實踐相結合，以進一步提升學生培養質量，即培養更具研究或獨立設計開發能力的網絡空間安全卓越工程師。