“工控網絡安全設備配置”課程建設研究

廖旭金　王秀英

摘? 要：實踐能力是應用型人才的主要能力，應用型本科尤其需要注重學生實踐能力的培養。文章分析了“工控網絡安全設備配置”課程的教學現狀和存在的問題，基于應用型本科人才培養目標，從課程內容、教學方法、考核評價等方面介紹了相應的解決措施。實踐證明，這些措施提高了學生的實踐及創新能力，激發了學生的學習積極性，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：應用型本科;工控網絡安全;課程建設;理實一體化

中圖分類號：TP39;G434? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）17-0191-05

0? 引? 言

近年來，隨著工業4.0、中國制造2025、再工業化等戰略的推出，工業控制系統從封閉走向互聯，工控系統中大量的設備由于缺乏安全性設計而存在大量的中高危漏洞，越來越多的工控安全事件見諸報端，國家對工控安全越來越重視，工業控制系統信息安全已成為信息安全領域的重點研究方向，也是我院信息安全本科專業的主要方向。

“工控網絡安全設備配置”課程是我校信息安全本科專業的10門核心課程之一，是專業課程平臺中的一門專業綜合課程，也是與菲尼克斯合作建設的理實一體化課程。本課程利用菲尼克斯電氣公司的PLC、AIO/DIO模塊、PROFINET交換機、安全路由器和防火墻MGUARD等設備，構建小型工業控制系統，使學生了解常見工控網絡的安全防護體系，了解利用PLC進行程序開發實現簡單工業控制的方法，掌握工業交換機、路由器和防火墻的安全配置方法，理解VPN、NAT的功能特點及配置。

通過本課程的學習，學生能夠搭建小型工控安全網絡環境，利用PLC進行程序開發實現簡單的工業控制，并根據需要對工業交換機、路由器、工業防火墻、NAT、VPN進行配置、優化和故障排除。

我校作為教育部批準的國內第一所應用技術大學，致力于培養“政治過硬、技能精湛、誠實守信、理性平和”的高級技師、一線工程師、大國工匠，要求學生具備基礎的理論知識、良好的實踐能力和一定的創新能力。在教學過程中采用合適的教學方法，合理規劃課程內容，提高教學質量，提升學生的全面素質，培養符合社會需要的應用型人才，是值得我們持續關注的問題。

1? 課程教學現狀

我校信息安全本科專業是新建設專業，“工控網絡安全設備配置”課程也是新開設的課程，在達成人才培養目標上存在以下問題：

（1）由于工控網絡安全涉及工業自動化、通信網絡、信息安全等諸多領域的知識，具有其特殊性，目前市場上關于工控網絡安全的書籍和資料少之又少，無法滿足本專業人才培養方案和課程教學目標的需求，因此需要重新開發符合本課程要求的課程資源，保證專業教學的順利開展。

（2）本課程只有32學時，但涉及的內容較多，而且包含了多個學科的知識點。如何在有限的時間內讓學生理解各個知識點的相關原理，掌握實際配置方法并靈活應用，并且避免課程內容與企業實際需要脫節，需要精心的課程設計與規劃。

（3）傳統課程的教學以課堂教學為主，教學手段和方法較單一，先教后學，學生被動學習，無法充分調動學生的學習積極性，課堂參與度較低，無法及時掌握學生的學習狀態，教學質量和教學效果不理想。激發學生的學習積極性，培養學生自主學習的習慣和能力，提高學習效果，是課程建設需要關注的一個重點。

（4）傳統課程的考核方法較為單一，實際環節缺乏過程性的監控與反饋，考核的有效性和考核形式有待調整。

（5）眾所周知，大量做題可以幫助學生快速掌握所學知識，提高專業水平。而本課程是新建設的課程，根本沒有任何題庫積累。

2? 課程建設與實施

根據學校和學生的具體情況，本課程采取了以下措施進行課程建設與實施，從多個環節激發學生的學習積極性，提高教學質量。

2.1? 立體化課程資源

成立課程團隊，建設完備的立體化課程資源，解決現有課程教材、教學資源不能完全適應本專業人才培養方案和課程教學目標的問題。目前已經完成課程教材初稿（已與西安電子科技出版社簽訂出版合同，預計明年6月前正式出版）、教學大綱、考核方案、實踐指導書、教案、教學視頻和微課共26個（如圖1和圖2所示）、動畫8個、教學PPT、題庫等。

在教學設計中，對教學案例進行整體設計，將思政元素融入知識體系教學，在視頻資料、課堂講授、案例討論、實踐教學等環節引入與教學目標契合、與教學內容緊密聯系、比較貼近生活的案例，讓學生去思考、反思、接受、認同，不僅要讓學生學習和了解前沿性、時代性的新技術、新動態，更重要的是挖掘出課程中的科技價值、文化內涵和情感元素等，引導學生在專業知識學習的過程中思考和實踐責任擔當、家國情懷。

2.2? 線上線下混合教學

在中國大學MOOC平臺建設獨立SPOC。如圖3所示，教師提前1周將每次課程的相關原理、重點難點、以及由于實踐條件所限無法讓學生親自實踐的內容，制作成視頻按時發布到MOOC平臺，供學生課前學習、重復觀看。同時發布課前測試，布置實驗項目，明確實驗目的和要求，公布《實驗指導書》。

在課堂教學中，采用以理論為基礎、學生實踐為主，再輔以提問和討論的教學方式，讓學生有機會將學到的理論知識應用于實踐，發布如圖4所示的實驗任務單，讓學生以組為單位完成實驗任務，引導學生自主分析問題、解決問題，鍛煉學生實踐能力和分析解決問題的能力，鼓勵學有余力的學生自主設計實驗任務，鼓勵學生之間互相幫助、互為老師，以教促學，教學相長。課后發布課后測試，并通過面對面、QQ、微信等方式進行課后答疑。

學生課前自主學習MOOC平臺上的視頻，明確實驗目的和要求，下載并閱讀《實驗指導書》，完成預習和課前測試;課中進行答疑、討論，并根據教師發放的實驗任務單，學生自由分組，由組長負責統籌規劃，與組員一起共同完成實驗任務，培養學生的團隊合作意識;課后完成實驗報告和課后測試進行知識的鞏固。

通過MOOC平臺的獨立SPOC，采用線上線下混合的教學模式，使學習資料的網絡化普及，先學后教、適度翻轉的深化和推廣，將視頻資源與課堂教學相結合，既解決了課程內容多而課堂教學課時少的問題，也促使學習方式由被動式向主動式、互動式轉變，讓學生參與課堂，讓學生主導課程，激發學生的學習積極性，培養學生自主學習的習慣和能力。

2.3? 校企合作

與菲尼克斯、安帝科技、工控網等多家企業開展校企合作，了解企業需求，并將企業需求與課程內容合理融合，培養企業真正需要的人才，解決課程內容與實際需要脫節的問題。

2.4? 考核評價

建立新型的考核評價體系，加大平時成績的比重，將過程性的實踐評價與結果性考試有機融合，除了考核學生理論知識的掌握程度和實踐操作能力外，還考核學生的自主學習能力?？偝煽冇烧n堂表現、自主學習和實踐成績三部分組成，其中課堂表現主要考查學生學習態度及職業規范，包括出勤、回答問題的創新性意識、為同學服務的意識，以及學生的信息安全意識和遵紀守法意識等;自主學習主要考查學生自主學習的工作量以及工作效果，學生在線完成自主學習任務、測試、報告等;實踐成績則考查學生的實踐操作能力和分析解決問題的能力，測試成績界面如圖5所示。

2.5? 學生出題

每個學生每次課程至少設計一道題，由教師進行審核，通過則收進題庫，學生可以從題庫中抽題進行答題，學生也可以對題目進行質疑和討論，線上題庫如圖6所示。每一道題，都需要給出提干、答案、命題思路和考核要點;對于選擇題，不但要給出正確答案，還要給出錯誤的干擾項，這對于學生來說有一定的難度。想出一道好題，既要有合理而不鉆牛角尖的命題點，又要有正確的思路和結果，這需要學生從課前自主學習、上課聽講和實驗、課后總結和反思等多個環節入手，清楚地理解命題點，理清各個知識點之間的聯系，這也是對整個學習過程的一種重塑。實踐證明，改變角色，讓學生出題，參與到課程建設中，不但可以幫助學生更好地理解和掌握知識，還可以激發學生的學習積極性，形成良性互動。

3? 課程特色與創新

與傳統的課程相比，本課程的特色與創新有以下幾點。

3.1? 課程內容創新

校企合作建設完備的立體化教學資源，配合學校花巨資搭建的工業自動化信息安全實驗室，為學生提供良好的學習資源和實訓環境，幫助學生更好地了解工業控制系統的架構，熟悉工控安全設備的配置;在設計實驗任務時，將強制性任務與自主性任務有機融合，培養學生的學習積極性和自主創新意識;在課堂教學中，將專業知識與思政元素有機融合，讓學生在學習專業知識的同時，提高思想政治水平，培養技能精湛、政治過硬、誠實守信、理性平和的應用型人才。

3.2? 教學方法創新

采用線上線下混合教學的模式，將視頻資源和課堂教學有機融合，把教學內容中的相關原理、重點難點及由于實踐條件所限無法讓學生親自實踐的內容制作成視頻;課堂教學以實驗操作、提問及討論等互動為主;實驗操作分組完成，采取組長負責制，培養學生的責任心及團隊合作的意識;利用微信、QQ等溝通工具加強師生間的交流;通過讓學生自主命題創建題庫來促進知識體系的鞏固和融合。

3.3? 考核方式創新

采用新型的考核評價體系，將過程性的實踐評價與結果性考試有機融合，強化全方位、過程化的考核評價方式，包括課前課后測試、單元測試、自主學習、分組討論、實踐操作等。

4? 結? 論

“工控網絡安全設備配置”作為應用型本科信息安全專業的一門核心專業綜合課程，課程建設及課程效果對實現本專業的人才培養目標有較大的影響。本文提出的各項措施經過兩個班級的測試，達到了良好的教學效果，但課程的優化是一個日積月累的過程，還需要持續的改進，提高教學質量，培養符合社會和企業需要的應用型人才。

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作者簡介：廖旭金（1976—），女，漢族，天津人，副教授，碩士研究生，研究方向：工控安全;王秀英（1976—），女，漢族，天津人，副教授，碩士，研究方向：工控安全。