基于OBE 的網絡空間安全專業實踐教學體系改革*

郭煒 徐銀霞 劉瑋

武漢工程大學計算機科學與工程學院 武漢 430205

0 引言

2015 年，中國工程教育專業認證協會正式組建；2016 年，我國成為《華盛頓協議》正式成員，這是我國工程教育認證的一個重要里程碑[1]。成果導向教育（Outcome-Based Education，OBE）理念成為工程教育認證的核心理念之一。2017 年，為迎接新一輪科技革命與產業變革，教育部開始積極推動新工科建設，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式和中國經驗[2]。網絡空間安全既是一門新工科專業，也是一門多學科交叉融合的專業。2018 年3 月，武漢工程大學獲教育部批準新建網絡空間安全本科專業，是湖北省首批獲建該專業的高校之一。截至2020 年2 月，全國已經有72 所院校獲批建立網絡空間安全專業。可以說我國網絡空間安全專業建設剛剛起步，目前我國網絡空間安全人才儲備嚴重不足。據教育部網絡空間安全專業教學指導委員會統計，2020 年我國網絡空間安全人才數量缺口超過140 萬[3]。

當前我國的網絡空間安全人才培養與社會經濟發展的需求仍然存在一定差距，主要表現為綜合實踐與實戰能力欠缺、創新實踐能力不強等問題。如何以OBE 理念為核心，把網絡空間安全專業的培養目標、畢業要求、課程目標和課程教學作為“主線”，建立面向產出的評價和持續改進機制，促進網絡空間安全專業建設，是我國本科院校網絡空間安全專業建設過程中亟待解決的問題。

1 網絡空間安全專業實踐教學在傳統人才培養模式下存在的問題

“網絡空間安全”作為工學門類下新增設的一級學科，至今也不過六年時間；而網絡空間安全專業作為一門新工科專業起步較晚，目前仍處在摸著石頭過河的階段，在人才培養實踐教學環節中存在以下幾個方面的問題。

1）專業課程體系有待進一步健全。目前一些高校的網絡空間安全課程設置得較為分散獨立，缺乏體系。一方面，網絡空間安全是一門新興的交叉學科，其核心課程涉及密碼學、通信、控制、軍事、法律等多個學科門類，這些課程與信息安全、網絡工程、法學等專業的課程存在交叉，課程歸屬顯得比較雜亂；另一方面，隨著人工智能、機器學習、大數據、云計算、區塊鏈等新技術的不斷涌現和發展，迫使網絡空間安全課程需要不斷更新。實踐課程大多僅是為了驗證和體驗理論課程中的相關獨立知識點，即使是獨立開設的一些綜合設計課程，教學內容也是由相關理論課程驅動的，從而使各個課程之間顯得分散獨立，難以產生相互的系統關聯[4]，課程間難以形成體系。

2）實踐課程教學方法老舊和單一。國內一些高校的網絡空間安全專業培養模式還停留在“理論背書+實驗驗證”的舊工科培養認知上，實踐課程教學中采用教師講授和學生驗證為主的教學方法。學生實踐機會很少，缺乏實戰能力的培養。

3）缺乏支撐培養目標的基礎設施。網絡空間安全實踐教學平臺作為網絡空間安全人才培養的重要基礎設施，在人才培養及專業建設中起著基礎性支撐作用[5]。在網絡空間安全領域，無論是國家級、省部級的科研、教學實踐平臺，還是基于項目實訓、工程服務、技術應用的平臺，國內一些高校大多是一片空白或者剛剛起步。缺乏綜合實踐平臺，學生的工程實踐能力得不到鍛煉，實踐教學體系難以落地。

4）需進一步建立具有專業深度的師資隊伍。網絡空間安全已有的專業教師大多來自其他相關學科領域，他們雖然可能已在某些相鄰領域造詣頗豐，但在網絡空間安全專業人才培養實踐教學領域還需進一步深入；另一方面，網絡安全高層次專業人才目前本身就十分稀少，該領域愿意留在高校從教的高層次專業人才則更加稀缺。

5）教學活動缺乏科學評價機制。目前在高校中普遍實行的是以教師為中心的教學和評教機制，教師教什么學生學什么；評教也以教師為目標，主要評教師是否授課認真等。這些評價標準既沒有體現不同專業對人才的差異化培養需求，又沒有課程目標達成效果的評定，更缺乏行業專家和企業的參與，導致課堂內容與社會實際用人需求的脫節[6]。

2 構建符合OBE 理念的網絡空間安全專業實踐教學新體系

OBE 教育理念作為一種先進教育理念，最早于1981 年提出，并且在美國、加拿大等教育發達國家被廣泛接受和普遍采用，至今已形成了一套比較完整的理論體系和實施模式，而且已被證明是高等工程教育改革的正確方向[7]。網絡空間安全專業要解決上述在傳統人才培養模式下存在的問題，必須引入OBE 理念。即以成果為導向，以學生的最終學習成果為目標，反向推導出能夠達成這些目標的教學設計。要實現這些，需要進行以下建設和改革。

2.1 設計網絡空間安全實踐課程教學目標

OBE 強調以社會對專業人才的需求為導向，社會需求決定了專業的培養目標；同時，專業根據培養目標制定相應畢業要求，用以評定經過本科階段數年的培養，在學生畢業時是否達到了這些要求條件。網絡空間安全各門實踐課程應該反向制定出課程的教學目標，用以支撐畢業要求中的相關指標點；并圍繞課程教學目標，逆向設計和調整各門實踐課程的教學內容，用以實現課程的教學目標；并明確各門課程對畢業要求相應指標點間的支撐關系。網絡空間安全專業實踐課程教學目標建立的邏輯關系如圖1 所示。

符合OBE 理念的實踐課程教學目標制定后，實踐課程教學內容和教學過程由實踐課程教學目標決定，由傳統教學過程中教師教什么學生學什么，轉變成依據產出（Outcome）目標，進行相應知識、技能的學習和培養；將傳統的以教師為中心轉變成以學生為中心的教學過程。

2.2 明確實踐教學目標能力培養及對畢業要求的支撐

畢業要求是在學生畢業時就應當達到和具備的標準或能力，目的是實現學生畢業工作五年后能夠達到培養目標。我校網絡空間安全專業規定通過實踐課程教學活動，應當培養學生在畢業時獲得以下方面的能力和素養。

1）操作能力：能夠依據學習目標或任務，合理選擇并熟練使用恰當的網絡安全工具、信息與自動化工具等現代工具；能夠針對網絡空間安全領域的復雜工程問題，對單元部件進行系統集成，設計滿足多種技術因素制約條件的系統。

2）專業技術實踐能力：能夠融合數學、物理等自然科學知識與網絡空間安全基礎知識，識別和判斷網絡空間安全領域復雜工程問題中的關鍵環節和參數；能夠針對網絡空間安全領域復雜工程問題中的指標要求，提出解決的技術手段；能夠通過建模與仿真進行參數計算、需求及功能分析，設計滿足特定需求的功能模塊。

3）綜合工程能力：能夠綜合應用數學、自然科學、工程科學以及網絡空間安全專業等方面的工具，發現與表述網絡空間安全領域的復雜工程問題；能夠依據學習目標或任務，運用適當的網絡安全技術，模擬與預測該領域的復雜工程問題，設計和開發安全防御系統，并能夠理解其局限性；能夠針對某一過程、裝置或系統的工程問題，綜合利用工程知識、科學原理，設計合理的實驗方案和實驗步驟，對網絡空間安全復雜系統或者過程進行仿真與驗證；理解并掌握工程項目管理的基本原理與經濟決策的整體框架、方法，理解工程項目的時間及成本管理、質量、安全及風險管理以及人力資源管理。

4）行業創新實戰能力：經過合理的簡化、推理與分析，綜合應用網絡空間安全專業多方面的知識，建立網絡空間安全系統或過程的數學模型并求解；能夠了解網絡空間安全專業的發展方向和新技術，并在工程實踐和設計中有意識地進行改進和創新；能對實驗結果進行綜合與分析，與理論模型比較，運用工程理論和科學原理分析差異，做出合理解釋，并反饋到工程設計和實踐中；能夠針對網絡空間安全領域復雜工程問題中的指標要求，提出解決的技術手段；能夠利用工程相關知識，分析與評價專業工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。

5）溝通協同能力：能夠熟練地掌握一門外語，以講座、報告、實地考察等多種形式，拓展自身的國內與國際的社會與專業視野，開展跨文化背景下的溝通與交流；能勝任團隊中個體與成員的角色，在有限的時間與資源條件下，獨立或協作完成團隊分配的工作。

6）人文素養：能夠在實習、專業實踐以及社會實踐中，理解使用與網絡空間安全及其它行業相關的技術標準、產業規范，尊重相關領域的知識產權和法律法規；理解環境保護和社會可持續發展的內涵和意義，理解網絡空間安全領域工程實踐對環境和社會可持續發展的影響；能夠認識不斷探索和學習的必要性，具有終身學習的意識，具有跟蹤本專業學科前沿、發展趨勢的能力；樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，具有良好的人文社會科學素養和社會責任感；能主動與本學科和跨學科的成員合作，共同組建團隊，順利開展工作，并通過相互溝通、協調與妥協，傾聽其他團隊成員的意見。

這些要求前四項屬于專業技能要求，后兩項屬于綜合素養要求。上述目標能力對我校網絡空間安全專業畢業要求的支撐關系矩陣如表1 所示。

表1 實踐目標能力對畢業要求的支撐矩陣

2.3 建設面向新工科的綜合實踐教學平臺

實踐教學平臺在人才培養和專業建設中起著重要作用，它是開展實踐教學、實現實踐教學目標的重要保證。我校建設了以OBE 理念為核心，集網絡空間安全專業課程實驗、網絡安全實訓、網絡攻防實訓、CTF 競賽訓練、網絡攻防靶場實戰、紅藍對抗、NISP 認證培訓與在線考核等功能于一體的網絡空間安全綜合實踐教學平臺，其架構如圖2 所示。

圖2 網絡空間安全綜合實踐教學平臺架構

該平臺以云計算和虛擬化技術為基礎，建立了基礎訓練子平臺、專業課程類實踐子平臺、綜合實訓子平臺，以及網安行業認證實戰訓練子平臺，培養了學生的動手操作能力、專業技術實踐能力、綜合工程能力，以及網安行業創新實戰能力，這些能力與之前列出的實踐教學培養學生目標能力點相對應。由此可以看出，綜合實踐教學平臺是網絡空間安全實踐教學活動中的重要基礎設施，它對實現網絡空間安全實踐教學目標起到了基礎支撐作用。

2.4 以實踐教學基礎設施為支撐，改革實踐教學環節

學校不僅建設了網絡空間安全專業實踐教學平臺，還與金信潤天、天融信、綠盟、永信至誠、盛邦安全等網絡安全行業企業開展了廣泛的校企合作，建立了校企實訓基地。依托上述基礎設施，我們開展了基于OBE 理念的一系列實踐教學環節改革，如圖3 所示。

圖3 符合OBE 理念的實踐教學環節改革

以實踐教學基礎設施為支撐，教學團隊在以下幾個方面進行了改革創新。

1）改革教學方法，培養學生綜合創新網絡安全實踐能力。把工程項目拆分帶入課堂，將工程能力培養引入教學實踐，培養學生解決網絡空間安全復雜工程問題能力。

2）進行實踐教學內容改革，優化和完善網絡空間安全專業課程體系。利用網絡空間安全綜合實踐教學平臺，把課程基礎實驗、綜合設計、科研訓練、專業實習、工程實訓、學科競賽等有機融合，構建“產學研校”相結合的實踐教學體系。

3）以賽促學，激發學生的學習興趣。通過科學使用與學科競賽相結合的實踐教學平臺，強化學生的實踐能力，激發學生學習興趣。

4）開展教學團隊改革，促進教師隊伍建設與教師教學能力提升。建立產學研校相結合的“雙師型”教師團隊，企業工程師與學校專業教師共同開發教學案例，促進了教師隊伍建設與教學能力提升。

2.5 實踐課程質量評價建設與持續改進

在以OBE 理念為導向的實踐教學體系改革中，評價是至關重要的一環，是確定實踐教學目標達成、實現持續改進的重要依據[8]。學校采用了包含內部評價和外部評價相結合的實踐課程質量評價機制。以網絡空間安全專業實習為例，該門課程包含了實習目標達成度評價、實習過程評價、實習單位評價、學生自我評價等評價方式，如表2 所示。

表2 網絡空間安全專業實習教學質量評價方法

3 結束語

網絡空間安全專業是一個對綜合性和實踐性要求很高的專業，網絡空間安全人才培養是維護國家網絡安全的根本基礎。本文列舉了網絡空間安全專業在傳統人才培養模式下存在的一些問題，提出了在OBE 理念下，通過設計網絡空間安全實踐課程教學目標，明確實踐教學目標能力培養，建設綜合實踐教學平臺，改革實踐教學環節，完善實踐課程教學質量評價等措施，來構建網絡空間安全專業實踐教學新體系。同時我們應該清楚認識到，基于OBE理念的網絡空間安全專業實踐教學改革是一項長期工作，需要在實踐應用中不斷持續改進和完善。