基于OBE理念的網絡空間安全專業實踐課程教學改革研究

曹飛　李清寶　姚偉平

［摘 要］網絡空間安全技術飛速發展，相對而言，部分高校的網絡空間安全專業實踐類課程存在教學內容陳舊、教學模式單調、考評方式單一等問題。為了更好地促進一流課程建設和教學改革，培養創新實踐能力強、綜合素質高的網絡空間安全專業新型人才，文章基于OBE（Outcome?based Education）理念，介紹從成果導向式教學持續改進路線、任務驅動型教學模式設計、價值產出型考核評價方法三個方面開展實踐課程教學改革探索研究的情況。

［關鍵詞］網絡空間安全；實踐課程；OBE理念；教學改革；人才培養

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）12-0078-04

OBE（Outcome?based Education）可譯為成果導向教育、能力導向教育、目標導向教育或需求導向教育，是由威廉·G. 斯派迪（William G. Spady）等人在1981年提出的，目前已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。OBE理念強調，課程教學設計和教學實施的目標，是學生通過教育過程最后所取得的學習成果，充分體現了以學生為中心、以成果為導向的特點。在實踐類課程教學中引入OBE理念，注重對學生能力導向培養，以滿足未來學生職業需求為目標，對學生的考核評價更客觀全面，使學生學習的主動性更強，教學效果十分明顯。

一、傳統網絡空間安全專業實踐課程教學模式問題剖析

2015年6月，教育部發布了增設網絡空間安全一級學科的通知，這表明網絡空間安全人才培養的重要性已上升到新高度。隨后，國內一批高校設立網絡空間安全學院，不斷完善課程體系、優化師資隊伍，這些舉措對促進網絡空間安全一級學科的發展無疑具有十分重要的積極作用。但是，網絡空間安全作為新興學科，距離世界一流學科有不小差距，特別是相關人才儲備少、國外技術封鎖等問題的存在，對網絡空間安全專業實踐課程教學水平的提升提出了迫切要求。

目前高校開設的網絡空間安全專業典型課程主要有計算機網絡、網絡攻防技術、現代密碼學、信息安全數學基礎、大數據安全等，并且普遍設置有相關實踐課程。目前部分高校在相關實踐課程教學中，一定程度上還存在設施條件不完備、計劃安排不科學、考核方法不合理等問題，導致不能充分調動學生的主動性和積極性，無法真正做到將理論與實踐有效結合，也很難做到“教中學、學中做”，實踐課程教學效果并不理想。

目前，網絡空間安全專業實踐課程教學模式的改革仍處于探索階段。以教學為主、實驗為輔的傳統教學模式注重理論知識點的覆蓋和積累，對學生動手能力、創新精神、綜合素質和實戰能力的培養有待加強。這種傳統教學模式主要存在以下不足。

（一）實踐課程教學目標與人才培養目標沒有充分結合對應，缺乏動態發展性

網絡空間安全是一門綜合性和實踐性很強的學科，知識體系龐雜、技術更新迅速、學科交叉性強。相關課程教學不能只是簡單地講授基礎概念和原理，實踐課程任務也不能只是為了配合理論課程的驗證。應當設立成果導向、任務驅動的課程教學目標，跟緊網絡安全發展趨勢，讓學生在實踐中提升網絡空間安全分析與管理能力，實現培養具有較強的專業操作能力、創新實踐能力、綜合實戰能力的人的人才培養目標。

（二）實踐課程內容體系化不足，零散概念驗證和基礎原理操作類實驗科目太多，難以提升學生的創新能力和系統分析能力

網絡空間安全專業實踐課程內容安排必須緊跟技術發展潮流，不斷豐富完善課程體系。部分學校開設的驗證性實驗和單一訓練科目過多且零亂，設計性、啟發性、創新性和綜合性實驗太少，導致學生創新能力和系統分析能力未得到充分培養和提升，特別是攻擊和防御兩個方面的專業技能鍛煉不足，網絡攻防對抗能力欠缺。

（三）實踐課程考核方法單一、評價標準簡單，欠缺多樣化激勵措施

網絡空間安全專業實踐課程的考核評價最常見的方式就是實驗報告。僅依賴實驗報告的考核方式雖然簡單快捷，但存在諸多不足：一方面存在很多不可控因素，難以避免課下抄襲現象，成績評判的公平性難以實現；另一方面，考核內容不全面，綜合攻防對抗能力突出的學生難以脫穎而出。這會導致學生學習積極性下降、學習思維刻板固化，教學目標無法很好地落實。

二、成果導向式教學模式改革

基于教學過程中存在的現實問題，為了建設更加科學、全面、前沿的網絡空間安全實踐課程，彌補教學短板，急需對網絡空間安全專業實踐課程教學進行改革。將成果導向教育理念充分融合在網絡空間安全專業實踐課程中，具有重要的現實意義。成果導向式教學模式改革主要涵蓋以下三個方面。

（一）成果導向式教學持續改進路線

針對當前網絡空間安全專業實踐課程體系，應打破傳統工科學科建設思路，持續改進，不斷更新，有效解決課程教學目標與人才培養目標脫節的問題。以成果為導向的課程建設是一個需要持續改進和更新的過程。應根據國家社會發展需要、行業職業需求、學校定位發展目標、人才素質培養目標等方面綜合確立教育目標，依據教育目標持續改進課程體系、課程大綱、教學模式、教學條件、教學評價等，結合科研成果向教學內容轉化、課程督導提升教學水平、科研與學術成果孵化等關鍵過程，最終基于人才培養質量、教育成果質量反饋，持續改進課程建設，整體上形成閉環。

（二）任務驅動型教學模式設計

重構學習目標、課程內容與教學過程。在確定網絡空間安全專業實踐課程的學習目標之前，應充分了解我國當前網絡空間安全需求與形勢，結合人才培養方案，革新教學目標。教師應通過布置任務調動學生實踐的積極性，重視學生的網絡攻防動手操作能力培養；不斷優化實踐課程教學內容，依據“互聯網+”時代的網絡安全需求，設計基礎技能訓練、創新開發設計、綜合實戰對抗等多樣化板塊，遞進式設計不同難度的任務，有層次地推進實驗。在教學過程中，教師應以學生為主體，以OBE理念為引導，注重為學生提供自學環境。

（三）價值產出型考核評價方法

課程考核評價是為了評估課程目標實現情況、學生學習任務完成情況。教師應基于OBE理念，綜合評估學生在實踐課程學習后的產出。網絡空間安全專業實踐課程的評估可組合設置實驗報告、思考題作業、課堂實時匯報、科技創新設計、綜合實戰對抗等環節。其中，實驗報告主要考查學生的實驗完成度和質量，以及邏輯和寫作能力。實驗后一般設置思考題，目的是深度挖掘實驗價值，拔高實驗難度，考查學生的創新精神和鉆研能力。部分實驗科目可安排課上實時匯報，匯報形式可以包括講授、展示、提問和討論等，目的是考查學生對實驗的理解程度，以及分享學習創新方法和思路，加強學生之間的交流與溝通。科技創新設計環節重點開展設計性、創新性實驗，也可結合國內重要網絡安全賽事，還可讓學生獨立發表論文等，綜合考查學生的學習能力與科研素養，融合課外成果與課程考核評價。綜合實戰對抗通過整理、綜合具有較強相關性和體系性的實驗科目，形成網絡安全綜合大實驗，突出攻防對抗思想，主要考查學生對基礎理論知識的綜合運用能力，側重網絡實戰化水平考驗。以上考評環節的設置，可有效避免僅依靠實驗報告導致的考核方式單一、評價不準確的問題，從而給予學生科學、合理的課程評價，能夠充分調動學生爭優創先的學習積極性，體現了以價值產出來評定課程成績的OBE理念的典型思路。

三、基于OBE理念的網絡空間安全專業實踐課程教學改革實例

隨著網絡攻防技術不斷發展，其由“軟”到“硬”的發展趨勢越來越明顯，軟硬件協同的攻防技術需求越來越迫切，這就要求學生在具備軟件攻防技術能力的同時具備硬件攻防技術能力。為此，信息工程大學網絡空間安全學院率先開設硬件攻防技術課程。硬件攻防技術課程面向計算機科學與技術、網絡空間安全和網絡工程專業學生開設，屬于專業選修課，前導課程主要包括計算機網絡、計算機組成原理等。硬件攻防技術課程彌補了目前網絡攻防相關課程中有“軟”無“硬”的不足，解決了當前網絡安全人才培養中無硬件攻防教學科目的問題。下面以硬件攻防技術課程為例，說明基于OBE理念的實踐課程教學改革措施。

（一）持續改進課程體系

課程體系與大綱設置方面，為了確保教學內容的先進性和豐富性，實踐課程內容主要來自三部分：首先是科研成果轉化，以課程組多年的芯片逆向分析成果、固件安全分析成果以及重要項目科研成果為核心進行內容轉化；其次是行業需求調研融合，基于網絡安全領域所需知識與能力設置實踐科目；最后是國內外前沿硬件安全領域成果的歸納吸收。以上內容都需與時俱進，不斷優化。教學條件方面，開設專用硬件安全研究實訓室，配置示波器、邏輯分析儀、萬用表、Arduino和樹莓派開發板等實驗設備，支撐實驗科目，并且豐富教學內容，完善課程體系。

（二）教學模式設計

基于OBE理念，優化硬件攻防技術實踐課程學習目標、課程內容與教學過程。

該課程的學習目標主要針對學生在知識、技能、素質三個層面的水平提升。知識目標是引導學生加深理解、加強掌握常見硬件攻防的原理、方法以及技術實現手段等；技能目標是從系統軟件、硬件和軟硬件相結合的角度培養并提升學生的硬件攻防對抗能力；素質目標是完善網絡攻防知識體系，增強學生的硬件攻防意識，培養綜合素質過硬、學科覆蓋廣泛、知識能力全面的網絡安全人才。整體上，體現了目標導向教育理念。

該課程內容設計思路包括三點：以硬件攻防實際案例為載體優化教學內容設計，以硬件攻防理論難點為中心推進實踐內容整合，以崗位硬件攻防能力為標準牽引科研成果轉化。基于此，課程組設計了五大板塊實踐內容，包括觀察思考、驗證利用、正向設計、逆向分析和綜合演練。橫向來看，整個內容由易到難、由淺到深、從基礎到綜合、從實驗到實戰。為了進一步挖掘實踐內容、凸顯“兩性一度”，課程組站在體系結構角度，對實踐內容進一步重構和劃分，分為設備級、模塊級和芯片級，讓學生能夠從宏觀到微觀理解硬件攻防原理并進行實踐。

在教學實施過程中，以學生為主、教師引導為輔，采用硬件目標任務驅動法，以不同的硬件設備作為安全研究對象，提高學生興趣，調動學生積極性，引導學生開展自主學習。采用硬件實體攻防講解示范法，以具體設備安全案例引入，以點帶面鼓勵學生舉一反三、創新實踐。采用綜合實戰小組合作法，以專業需求為牽引，合理分解硬件攻防任務，著重引導學生合作探究，最終實現教中學、學中做、做中評。

（三）考核評價方法

以“USB接口脆弱性分析與驗證”這次實踐課為例，為有效評價學生的實驗效果，課程組設計了“四維一體”的考核評價辦法。

其中，實驗過程評價占40%，課程目標是基于Arduino開發板設計一個USB HID攻擊工具，功能自定義，例如自動關機、藍屏、文件加密、文件隱藏等，評價維度具體細分為實驗完成度、難易程度和創新程度。加強過程性考核，將理論與實踐有機結合，深鉆實驗原理。通過難易程度考核，鼓勵學生不畏困難、敢于挑戰。通過創新程度考核，引導學生設計發散性實驗，舉一反三并自主創新。實驗報告評價占20%，考查學生的邏輯思維能力與文字撰寫功底。思考題作業評價占20%，考查學生分析問題、解決問題的能力，深化課上知識理解、培養技術鉆研精神。成果展示評價占20%，鼓勵學生交流分享自己的實驗成果，通過互評促進學生爭先并體現公平性。具體評價細則如表1所示。通過上述教學內容的設計以及教學實施創新，滿足“兩性一度”的標準要求。除此之外，課程組在其他實驗科目中也設置了團隊合作、論文競賽、綜合實戰演練等不同考核策略，整體上，綜合學生實驗過程中的價值產出，評估學習任務完成情況，積極調動學生的學習熱情。

四、結語

培養網絡空間安全專業人才，必須要重視網絡空間安全實踐課程教學的前沿性、綜合性、發展性，必須開展成果導向、能力導向、目標導向的課程改革和教學創新。面對網絡安全形勢不容樂觀、強化網絡安全的需求日益增強的現狀，本文剖析了當前網絡空間安全專業實踐課程教學模式存在的問題與不足，提出了成果導向式教學模式改革思路，并以硬件攻防技術實踐課程為例，探討了教學改革的措施。在OBE理念引領下建設完善網絡空間安全實踐課程體系，有助于不斷優化人才培養模式，為我國網絡攻防領域培養更多素質全面、技術過硬的專業人才。

［ 參 考 文 獻 ］

［1］ 新工科下人才培養“OBE”模式[EB/OL].（2021-07-28）[2023-02-01].https：//www.csdp.edu.cn/

article/2767.html.

［2］ 劉衛東，黃蕾，馮若雯.基于OBE人才培養模式的本科教學質量管理體系重構[J].國家教育行政學院學報，2021（10）：19-30.

［3］ 劉杰，趙永強，劉晉鋼.基于OBE理念的“C程序設計”課程教學改革與探索[J].教育理論與實踐，2022，42（3）：61-63.

［4］ 徐超，佟瑞鵬，朱紅青，等.成果導向教育的安全工程人才培養模式與實踐[J].中國安全科學學報，2021，31（5）：113-119.

［5］ 胡曦月.新形勢下的網絡空間安全學科建設[J].教書育人（高教論壇），2021（15）：12-13.

［6］ 唐成華，汪華登.項目驅動模式下網絡空間安全教學改革與實踐[J].科教導刊（中旬刊），2018（2）：55-57.

［7］ 胡向東.新工科背景下以OBE為導向的課程持續改進模式探索[J].教育教學論壇，2018（29）：134-137.

［責任編輯：周侯辰］