學科競賽驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)安全創(chuàng)新實踐課程設(shè)計

許艷萍 仇建 葉挺聰 張樺 吳以凡 張靈均 徐明 邱洪君

1.杭州電子科技大學網(wǎng)絡(luò)空間安全學院

2.西湖大學通識教育中心

3.杭州電子科技大學計算機學院

● 能力導向的網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)需求

隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)邊界逐漸模糊，現(xiàn)實與虛擬世界高度融合，給社會發(fā)展提供新平臺、帶來新機遇。但受利益驅(qū)使，網(wǎng)絡(luò)安全事件頻發(fā)，網(wǎng)絡(luò)生態(tài)安全受到極大挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)安全的堅固防御，歸根結(jié)底取決于網(wǎng)絡(luò)安全人才的能力。唯有培養(yǎng)一批知識豐富、能力全面、實踐專精的網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人才，才能及時、有效地應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)安全事件，全面維護風清氣正的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。但當下高質(zhì)量的人才輸出不能滿足市場持續(xù)增長的需要，而且學校人才培養(yǎng)模式與企業(yè)實際需求之間存在一定程度的脫節(jié)現(xiàn)象。尤其在本科高校的新辦網(wǎng)絡(luò)空間安全學院，高學歷、理論化、論文強是現(xiàn)下網(wǎng)安師資能力結(jié)構(gòu)的重要標簽，教學經(jīng)驗弱、實踐能力不足等問題也在年輕的教師隊伍中普遍存在。因此，如何發(fā)揮教師的知識和研究優(yōu)勢，填補實踐教學的短板，成了亟待解決的教學難題。

網(wǎng)絡(luò)安全的本質(zhì)是人與人的信息對抗，網(wǎng)絡(luò)安全人才的能力體現(xiàn)在知識、技能、素養(yǎng)三個方面。知識是人才自身具備的網(wǎng)絡(luò)安全的整個知識體系，會影響其對安全場景的理解、對安全事件的判斷、對安全風險的評估和對安全防御策略的規(guī)劃。豐富的知識儲備是保障網(wǎng)絡(luò)安全工作順利開展的基礎(chǔ)。技能是人才掌握并熟練運用專業(yè)技術(shù)開展工作的能力，直接影響其對網(wǎng)絡(luò)安全措施的部署和實施，決定網(wǎng)絡(luò)安全防護的水平和效能。素養(yǎng)是人才在工作過程中表現(xiàn)出的綜合品質(zhì)，包括法律意識、思想品質(zhì)、工作態(tài)度、職業(yè)操守等，嚴重影響其對某些特定風險和事件的認知、判斷和處置。因此，在進行網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)時，需要同時注重知識、技能、素養(yǎng)等方面的綜合發(fā)展。

● 網(wǎng)絡(luò)安全創(chuàng)新實踐課程模式

1.創(chuàng)新實踐課程理念

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)、5G時代來臨，網(wǎng)絡(luò)化、智能化、物聯(lián)化帶動了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，網(wǎng)絡(luò)范圍不斷延伸，數(shù)字資產(chǎn)不斷升值，安全威脅的類型日漸增多，危險性逐步加劇。為應(yīng)對這一形勢，筆者所在學校網(wǎng)絡(luò)空間安全學院改革了專業(yè)實踐課程體系，主打以導師制、項目化、小班化為特色的創(chuàng)新實踐課程，給予教師自由發(fā)揮的空間，調(diào)動其主觀能動性和創(chuàng)新力，聯(lián)動科研、競賽和社會服務(wù)，堅持以賽促學、科研反哺教學等理念。

課程堅持“實踐為根本，創(chuàng)新為導向”“課程為主體，競賽為載體”“技術(shù)能力與非技術(shù)素養(yǎng)同步發(fā)展”的宗旨，通過多年的努力，形成了導師制、貫穿式、個性化的實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)新模式。“導師制”體現(xiàn)實踐教學貫徹全過程育人，師生之間相處長久且緊密，形成了本科生在學業(yè)中“有人找、有人問、有人教”的新格局；“貫穿式”的課內(nèi)外實踐設(shè)計，讓學生在兩三年時間內(nèi)圍繞某一項目或者一脈相承的系列項目獲得全面鍛煉；“個性化”的興趣培養(yǎng)，讓本科生擁有充分的選擇權(quán)，實現(xiàn)在某一領(lǐng)域的個人能力突破。

2.創(chuàng)新實踐課程實施

創(chuàng)新實踐作為一個貫穿式的課程群，連續(xù)分布到2～4個學期，課程大綱明確規(guī)定了導師制的組織架構(gòu)：一名導師負責指導15～20名學生，并連續(xù)結(jié)對指導2～4個學期，原則上不得中途更換導師。課程內(nèi)容根據(jù)導師要求圍繞某一方向由易到難開展，培養(yǎng)學生循序漸進的學習能力和解決實際問題的能力。課程形式采用分組式，學生輪流擔任組長、組員等不同角色，培養(yǎng)學生的組織管理能力和團結(jié)協(xié)作能力。

課程具體實施方案如下：①開放課題。在課程開始前，導師根據(jù)自己的研究方向，設(shè)置課題并向?qū)W生發(fā)布課題。②師生互選。學生根據(jù)個人興趣選擇課題以及對應(yīng)的導師，之后，導師查看選題的學生名單，對學生進行考查和選擇，經(jīng)過多輪優(yōu)化匹配，確定選題結(jié)果。③項目實施。課程開展采用分組項目依托式，每個小組負責設(shè)計和完成一個項目，項目符合復雜工程問題的普遍特性，需要學生運用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得到解決。④常態(tài)考核。課程考核綜合評價學生的知識積累、實踐技能、管理素養(yǎng)等，評價點除了項目系統(tǒng)所需要的代碼編寫任務(wù)完成度外，還需包含需求分析、流程設(shè)置、進度把控、文檔撰寫、項目宣講等。

3.創(chuàng)新實踐課程成效

創(chuàng)新實踐課程在校內(nèi)已經(jīng)連續(xù)開展7年，在針對畢業(yè)生的問卷調(diào)查中，畢業(yè)生對專業(yè)培養(yǎng)的滿意度大幅提升，尤其是對“創(chuàng)新實踐”系列課程給出高度評價，認為它是整個本科學習期間對自己最有用的一門課；而用人單位則對本校學生的實踐動手能力和解決問題的綜合能力高度認可。

● 網(wǎng)絡(luò)安全學科競賽+分組項目驅(qū)動課程開展

1.以賽導向，目標明確

近年來，網(wǎng)絡(luò)安全方向的競賽層出不窮，根據(jù)比賽形式和內(nèi)容，可將其大體分為CTF競賽、AWD對抗賽、系統(tǒng)和方案挑戰(zhàn)賽、作品賽、知識競賽等。為了激發(fā)學生持續(xù)學習的熱情和動力，同時考慮到學生研發(fā)能力和水平，結(jié)合各類網(wǎng)絡(luò)安全比賽的形式、內(nèi)容和時間，筆者選擇了全國大學生信息安全賽的作品賽作為學習和參賽的目標。在這個過程中，筆者不斷督促學生抓緊時間研發(fā)作品，完善作品功能，突出作品特色，達成參賽要求。在目標明確的情況下，學生也更有學習和實踐的動力，并主動擴展作品功能，積極解決困難，推動作品研發(fā)有序地進行。

2.以賽選題，迎合熱點

在明確參賽目標的情況下，針對“自主組隊，自主命題，自主設(shè)計”的參賽要求，根據(jù)學生興趣和意愿，教師牽頭開展隊伍分組。首先，每支隊伍內(nèi)部討論，確定賽題大方向，主要列舉出了惡意代碼檢測、論壇輿情、學生信息管理等幾塊。其次，結(jié)合當前熱點技術(shù)，如云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等，在教師的指導下，將熱門技術(shù)與選題相融合，深入細化賽題內(nèi)容，形成基于人工智能的惡意代碼云檢測系統(tǒng)、基于深度學習的大學生論壇輿情監(jiān)督系統(tǒng)、基于區(qū)塊鏈的大學生信息流轉(zhuǎn)管理系統(tǒng)等課題。最后，在此基礎(chǔ)上設(shè)計作品的架構(gòu)、功能和流程，充分凸顯出作品的原創(chuàng)性和實用性。

優(yōu)秀的選題和完整的系統(tǒng)實現(xiàn)，一方面有助于從眾多參賽作品中突圍而出，另一方面也考驗學生的學習能力和探索能力。在選題設(shè)計中，將傳統(tǒng)技術(shù)與前沿熱點技術(shù)融合，能夠激發(fā)學生學習的興趣和熱情，也能拓寬學生的知識領(lǐng)域。從長遠發(fā)展的角度看，緊隨時代發(fā)展的潮流，掌握先進的技術(shù)，不僅能夠奠定學生以后工作、讀研的扎實基礎(chǔ)，還能夠使他們在競爭中占據(jù)優(yōu)勢。

3.以賽促學，積極備賽

在競賽選題確定后，進入研發(fā)備賽階段。教師在課程中采用開放式教學，課下指導學生圍繞選題進行系統(tǒng)自主研發(fā)，課上開展各小組以及小組內(nèi)部交流討論。課下的學生系統(tǒng)研發(fā)是一個學以致用的過程，由于選題融合了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和前沿熱點技術(shù)，所以要求學生不僅要扎實掌握網(wǎng)絡(luò)安全知識并編程實現(xiàn)，而且要不斷深入學習人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)。在掌握新技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，將其靈活應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)安全的場景中，實現(xiàn)創(chuàng)新與應(yīng)用結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)安全作品。在每周課上的討論中，教師一方面聽取學生匯報上一周研發(fā)工作，判斷是否符合系統(tǒng)的設(shè)計，解決學生研發(fā)過程中遇到的疑難問題，另一方面為學生講解技術(shù)內(nèi)涵，緩解自學壓力，同時指導學生對下周研發(fā)工作做出合理規(guī)劃。

4.決賽培養(yǎng)綜合能力和素養(yǎng)

經(jīng)過兩個多月的努力，部分參賽系統(tǒng)研發(fā)完成，學生按期提交了作品成果。通過對初賽作品嚴格的評審和選拔，一組作品進入決賽，初步驗證了競賽驅(qū)動的創(chuàng)新實踐課程取得了良好的成效。決賽過程需要答辯，其中包括PPT陳述、作品演示和專家提問三個環(huán)節(jié)。如果說前期的作品研發(fā)階段是對學生知識和技能的鍛煉，那么決賽答辯更多的是對綜合素養(yǎng)的考查。

針對PPT陳述，筆者指導學生設(shè)計了PPT的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，一方面要在有限時間內(nèi)完整介紹作品，另一方面要突出作品的創(chuàng)新和特色，吸引并打動評委。針對作品演示，為了呼應(yīng)PPT的內(nèi)容介紹，學生反復梳理了作品運行流程，根據(jù)應(yīng)用技術(shù)的深度和難度，設(shè)計了清晰的演示路線，重點強調(diào)作品的原創(chuàng)點。針對專家提問，要求學生不斷切換角色，從專家角度拔高看問題的角度和范圍模擬專家思維，從技術(shù)人員角度充分挖掘系統(tǒng)的缺點做好萬全準備，從學生的角度準備嚴謹和周全的回答讓專家信服系統(tǒng)作品的先進性和優(yōu)越性。

在整個過程中，以賽促學、以賽促練提升的絕不僅僅是網(wǎng)絡(luò)安全方面的知識和技能，還有項目管理、團隊合作、溝通表達、創(chuàng)新思維等多方面的綜合素養(yǎng)。

● 總結(jié)

導師制、項目化和小班化的創(chuàng)新實踐課程，充分發(fā)揮了青年教師的學術(shù)優(yōu)勢，允許教師借助自身研究專長，科研反哺教學，彌補了經(jīng)驗上的短板；對學生來說，該課程不僅拓展了專業(yè)知識面，使學生接觸了前沿領(lǐng)域，而且通過對技術(shù)的研發(fā)落地，促進了學生實踐創(chuàng)新能力的提升。但這一模式也深度依賴教師、學生的自覺性，需要有強大的教與學的內(nèi)在動機做支撐。