網絡空間安全學科人才培養機制探索

李錦青，底曉強，2，母一寧，管紅梅

（1.長春理工大學計算機科學技術學院；2.長春理工大學信息化中心；3.長春理工大學理學院，吉林長春 130022）

0 引言

隨著互聯網的普及與信息技術的飛速發展，人們每天都頻繁地使用網絡獲取和傳輸信息，許多日常活動都要在網絡空間中進行。然而信息技術的濫用給網絡空間安全帶來的挑戰日益嚴峻，網絡攻擊和威脅持續存在，且手段越來越隱蔽和高級，網絡空間安全問題愈發凸顯，但維護網絡空間安全的人才卻嚴重短缺。目前，理論與實踐操作能力兼備的網絡空間安全人才供需嚴重失衡，而培養該類人才的高校普遍缺乏網絡安全實踐場景，導致學生理論功底強、實戰能力弱，畢業后很難滿足用人單位的要求。社會上的大多數培訓機構沒有合格資質，僅能傳授基礎知識，無力培訓具有較強實踐能力的網絡空間安全人才。鑒于以上原因，目前我國網絡空間安全人才數量少且質量不高，迫切需要建立、完善并落實全面有效的人才培養機制。

近年來，高校相繼開展網絡空間安全人才培養機制的探索與研究，取得了一定成果。例如，肖蓉等探索了網絡空間安全專業人才培養模式，主要分析了該專業的教學目標、教育資源、學科特點、行業特色等，并在此基礎上構建了以能力為導向的人才培養模式及實施途徑；胡曦月從科研和教學兩方面提出新形勢下網絡空間安全學科建設與人才培養改革的具體措施，即在科研方面打造精品科研團隊，促進成果轉化；在教學方面注重產學研一體化，以賽促學、以賽促教，進一步提升學生的專業技能水平和實踐能力；李永忠等探究了專業認證視域下信息安全專業的人才培養模式，以工程教育認證標準為目標重構了人才培養方案。

以上研究構建的人才培養模式均未給出具體教學方法、課堂教學流程及實踐方案。為此，本文深入分析網絡空間安全專業的教學內容配置特點以及實踐環節的教學困境，提出教學方法設計方案和評價體系優化策略，采用基于學習目標的多維教學方法明確課堂教學流程；同時在教學過程中強化實訓環節，開設多元化實驗項目培訓，進行最新商業實踐案例講解，搭建攻防環境進行模擬練習，開展各種課外拓展訓練，以充分調動學生的積極性和主動性，全面培養其實踐能力。

1 網絡空間安全學科介紹

網絡空間是所有信息系統的集合，是人類賴以生存的信息環境，因此維護網絡空間安全至關重要。目前，信息技術及其工業應用空前繁榮，網絡空間安全問題越來越突出，黑客攻擊、惡意軟件入侵、計算機犯罪和侵犯隱私等不良行為給人們日常生活構成巨大威脅。為滿足日益增長的網絡空間安全專業技術人才需求，2015 年6 月，國務院根據《學位授予和人才培養學科目錄設置與管理辦法》，決定在工學門類下增設網絡空間安全一級學科。網絡空間安全是深入研究網絡空間結構、形態、安全和管理等的學科，重視學生基礎理論知識和實踐能力的培養，使其可以在“互聯網+”時代背景下成為具備信息系統設計與分析、網絡空間安全技術咨詢與評估服務、網絡空間安全設備設計與應用等能力，與國際接軌、視野開闊并勇于創新的高級工程人才。

2 教學內容特點

與現有網絡安全專業相比，網絡空間安全專業具有更廣的教學范疇，在計算機網絡安全的基礎上增加了復雜化、多層次的網絡空間知識，更加側重于虛擬網絡這類特殊領域的安全性分析與防護技術的教學與研究。網絡空間安全專業與傳統學科之間的關系如圖1 所示。可以看出，該學科內容除了涉及傳統計算機科學、信息安全、網絡安全等基礎課程外，還需適當選取電子信息、光電、航空航天、空間探索專業的相關課程進行輔助學習。此外，從網絡的文化特性角度考慮，網絡空間安全專業應考慮人文社科、管理、法律法規類課程的補充學習。

Fig.1 Relationship between cyberspace security and traditional majors圖1 網絡空間安全專業與傳統專業的關系

3 實踐環節的教學困境

網絡空間安全專業理論知識相對抽象、難以理解，在整個課程體系中占據較多課時。傳統教學模式以理論教學為主，輔以簡單、獨立的驗證性實驗作為實踐內容，導致理論知識與實踐內容脫節，學生的實踐能力和創新應用能力難以得到有效培養。

網絡空間安全專業實踐教學過程中的不利影響因素有很多，主要體現在以下幾個方面：①網絡空間安全實驗室建設資金缺乏，多數高校實驗室條件相對落后，無法滿足實際教學需求；②網絡空間安全實驗具有特殊性和破壞性，對硬件性能要求很高，當實驗網絡拓撲較為復雜、規模較大時，無法在一般實驗室內順利進行；③在實踐教學過程中，企業參與程度低，與實際工程標準接軌難度大，難以滿足企業用人需求；④課程實踐考核以平時考勤和實驗報告為主，未對日后就業崗位能力培養給予足夠重視，教師在評價過程中受主觀因素影響較大，不能全面、客觀地評價學生的實踐能力。

4 教學方法設計與評價體系優化

針對網絡空間安全的學科特點、教學內容的配置要求以及人才培養的客觀需求，本文提出以下教學方法調整策略。

4.1 基于學習目標的多維教學方法設計

跳出傳統教學的思維模式，以學生為本，提出以學習目標為導向的多維教學方法。以教學設計為主觀驅動，以教學技術為科技工具，以教學活動為興趣點，以課業考評為價值引導，建立全方位、多渠道、多維復合型全新教學方法。基于學習目標的多維教學方法具體設計如圖2所示。

Fig.2 Design guide of multidimensional teaching method based on learning objectives圖2 基于學習目標的多維教學方法設計導圖

4.2 課堂教學流程設計

為夯實理論基礎，加強不同學科、專業、課程內容之間的融合，網絡空間安全專業課堂教學流程設計如圖3 所示。在教學過程中，教師應加強與學生在各個關鍵環節的互動，采用啟發引導、由淺入深的教學方式，使教學內容與實際應用相結合，與學生感興趣的熱點問題相結合。理論知識與實踐內容相互佐證，可最大程度地激發學生的學習熱情，加深其對專業知識的理解與掌握程度。

4.3 實訓環節強化

針對部分畢業生實踐動手能力差、理論知識與實踐相脫節的問題，網絡空間安全專業的人才培養應在鞏固理論知識的基礎上突出實訓教學的重要性。由于網絡空間領域的特殊性和技術更迭的快速性，僅依靠教材中的實訓內容難以達到很好的教學效果。因此，應通過多元化實驗項目培訓，結合最新實踐案例進行講解和模擬練習，充分調動學生的積極性和主動性；通過開展各種課外拓展訓練，使學生感受技術的更新與發展，全面培養其實踐能力；通過搭建攻防環境進行模擬練習，使學生在實際操作中理解網絡空間安全的內涵與重要性。實訓方法可分為以下幾類：①攻防競技。提供在線理論答題、在線CTF、攻防兼備AWD、競速奪旗CFS 等競賽模式，使參與者在競技對抗中提升網絡攻防技能水平；②攻防演訓。紅藍雙方進行高逼真化的攻防對抗演練，以攻促防，從攻擊維度訓練網絡攻防技能，并對訓練結果進行量化評估；針對突發入侵威脅和安全事件，從防守維度進行應急響應和處置技能的訓練和提升；③基于APT 仿真環境，紅藍雙方進行對抗訓練和技能培訓。

以上仿真對抗練習均可在網絡靶場上進行。作為網絡空間安全人才培養的重要基礎設施，網絡靶場融合云計算、軟件定義網絡架構、網絡功能虛擬化、容器和虛擬現實等技術，構建了集學習、競賽、演訓、測評、科研于一體的實踐型人才培養平臺。網絡靶場采用靈活的網絡編排管理、虛擬化部署、虛實結合等場景仿真技術，結合攻擊、防御、流量模擬、數據采集與評估、學習構建等組件，形成了一套完整的競爭、評估和培訓體系，可以滿足用戶在理論研究、攻防競賽、攻防訓練、測試評估、技術研究等多方面的業務需求。網絡靶場采用大數據分析、行為分析、態勢理解、機器學習、ATT&CK 和殺傷鏈等技術，對靶場數據進行深度理解、推理和關聯分析，利用3D/2D 動態可視化模型，實時呈現攻防訓練和對抗態勢，并進行效能評估。用戶還可以對攻防數據進行復盤分析，以總結實踐性經驗和推演技術方法。

攻防仿真訓練等實踐活動既能吸引學生積極參與，提高其自主學習能力，又能加強學校對學生實踐能力的了解與監測，以此觸發良性循環。學生在仿真實訓活動中可以快速發現自身不足、查漏補缺、提高實踐操作能力。在校期間有該類實踐活動經歷的學生可快速適應工作崗位需求，節省崗前培訓時間，為社會節約大量成本。

Fig.3 Classroom teaching process圖3 課堂教學流程

4.4 網絡空間安全專業研究生培養

網絡空間安全涉及知識面較廣，需要不斷優化教學內容與培養模式。目前網絡空間安全專業研究生培養存在手段單一、缺乏實踐環節和團隊協作等問題。為使學生更好地掌握學科專業知識與技能，本文對研究生培養方法提出以下建議：①學生應重視工程倫理的學習，提高政治素養，正確使用網絡空間安全技術維護國家信息安全；②教師教學過程中不能單一依靠PPT，要嘗試各種形式的教學平臺，根據學生實際情況進行啟發式教學，引導其主動學習并積極思考；③研究生培養不能將論文作為唯一評價標準，還要將實戰能力引入到評價標準中。要制定合理的培養目標，根據實際情況進行資源分配，提高研究生培養效率；④建立健全的校企合作機制，學校與企業聯合制定培養方案，使學生緊跟網絡空間安全最新技術趨勢，提高其就業競爭力。

4.5 評價體系優化

由于網絡空間安全是新興專業，很多高校采用的教學評價體系難以適應新時期人才培養的需求。現階段網絡空間安全專業的教學質量評價體系存在形式化、單一化等問題。為減輕學生學習負擔，提高其學習成效，建立完善的教學質量評價體系，本文提出以下優化方法：①提倡教師采用個性化教學模式，不能采用統一的教學風格；②課程質量評價不能僅依賴于學生的期末成績，需將多種評價指標相結合；③將就業情況作為評價學生能力的重要因素，強化學生的實踐能力，建立完善的就業評價方法；④建立多樣化激勵機制，打破唯論文的評優方式。

5 實施效果

選取2 個40 人的網絡空間安全專業班級，分別作為實驗班和對照班，實驗班采用本文教學模式，對照班采用傳統教學模式。結果表明，實驗班學生理論成績平均分可達90 分以上。以解決攻防問題的學生比例為評價指標，兩個班級學生的表現比較如圖4 所示，可以看出，采用本文培養模式的學生更善于解決攻防問題，實踐能力更強。

Fig.4 Comparison of students'solving attack and defense problems between experimental class and control class圖4 實驗班和對照班學生解決攻防問題情況比較

6 結語

建設網絡強國需要高素質的網絡空間安全人才隊伍，人才的數量、質量及結構是國家網絡安全軟實力和競爭力的重要標志。本文提出的網絡空間安全學科人才培養模式不僅能加深學生對相關知識的理解與應用，還能充分調動其對網絡空間安全課程的興趣，有助于培養其終身學習理念。然而，新的培養模式并不是一蹴而就的，今后乃至未來很長一段時間還應繼續結合新知識、新技術不斷創新、不斷調整教學方式以提高學生的理論和實踐水平，培養出符合國家發展需求、切實承擔起新時代網絡強國建設重任的網絡空間安全專業技術人才。