OBE 理念下網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)操作系統(tǒng)課程改革研究

賓辰忠，李德明

（桂林電子科技大學(xué) 計算機與信息安全學(xué)院，廣西桂林 541004）

2015 年6 月，國務(wù)院學(xué)位委員會、教育部共同印發(fā)《關(guān)于增設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間安全一級學(xué)科的通知》，決定在工學(xué)門類下增設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間安全一類學(xué)科。截至2021 年3 月，我國共有65 所本科高等院校開設(shè)了計算機網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)[1]。與此同時，我國于2013 年6 月加入了《華盛頓協(xié)議》，成為該協(xié)議簽約成員。這標(biāo)志著我國逐步具有國際實質(zhì)等效的工程教育專業(yè)認(rèn)證。工程教育專業(yè)認(rèn)證遵循OBE 理念：成果導(dǎo)向、以學(xué)生為中心、持續(xù)改進[2-4]。這些理念對引導(dǎo)和促進計算機專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革、保障和提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。

操作系統(tǒng)課程是計算機類專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程之一[5-7]，在網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)中有著非常重要的作用。因此，在OBE 理念下探索網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的操作系統(tǒng)課程改革路徑，對培養(yǎng)具備扎實理論知識和全面實踐技能的網(wǎng)絡(luò)空間安全應(yīng)用型人才具有重要意義[8-9]。本文圍繞桂林電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，介紹了課程組對操作系統(tǒng)課程的目標(biāo)設(shè)置、教學(xué)方式及教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，以及教學(xué)評價方式等方面的課程改革探索，并對教學(xué)改革后的課程目標(biāo)達成度進行了總結(jié)和分析。

1 網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)操作系統(tǒng)課程目標(biāo)設(shè)計

桂林電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為：面向我國網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略需要，培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展，適應(yīng)行業(yè)與地方需求，具有較強的法律意識和安全防范觀念、社會責(zé)任感和敬業(yè)精神，具備扎實的網(wǎng)絡(luò)空間安全基礎(chǔ)理論、基本技能，具有較強的創(chuàng)新意識和工程實踐能力、自主學(xué)習(xí)能力，能夠服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)空間安全產(chǎn)業(yè)以及其他國民經(jīng)濟部門，從事網(wǎng)絡(luò)空間安全相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計與分析、軟硬件開發(fā)與運維、安全評估與服務(wù)、安全規(guī)劃與管理、安全技術(shù)咨詢等方面工作的高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才。

針對專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合操作系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容特點，選取的課程目標(biāo)包括：（1）能將相關(guān)知識和模型方法用于推演、分析網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域的專業(yè)工程問題；（2）能基于數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，正確表達網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題；（3）能認(rèn)識到解決網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域復(fù)雜工程問題有多種方案可選擇，會通過文獻查詢和研究分析，提出合理的解決方案，并獲得有效的結(jié)論；（4）掌握設(shè)計網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域解決方案的基本方法和技術(shù)，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)提出合理的技術(shù)方案。以上4 個課程目標(biāo)主要支撐本科畢業(yè)設(shè)計要求中的工程知識、問題分析和工程解決方案設(shè)計與開發(fā)3 種能力。

2 現(xiàn)有操作系統(tǒng)課程教學(xué)存在的不足

作為計算機學(xué)科的核心基礎(chǔ)課，操作系統(tǒng)課程在專業(yè)知識體系中處于承上啟下的位置，是學(xué)生進一步學(xué)習(xí)其他課程的基礎(chǔ)，具有理論性強、知識繁雜、概念抽象難懂、算法多、涉及的代碼量大、仿真困難等特點[10-11]。傳統(tǒng)針對操作系統(tǒng)課程的改革強調(diào)項目驅(qū)動和模塊化教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生操作系統(tǒng)知識和實踐能力[12-14]。然而，現(xiàn)有操作系統(tǒng)課程教學(xué)還存在以下不足。

2.1 與OBE 理念契合度不高

現(xiàn)有操作系統(tǒng)課程教學(xué)與OBE 理念契合度不高。傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)課程教學(xué)以教師的“教”為中心，未以學(xué)生自主的“學(xué)”為中心。在教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性未被充分調(diào)動，學(xué)生的課堂參與度不高，且采取大班教學(xué)形式，難以充分考慮學(xué)生個體差異。

2.2 對網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)知識支撐不足

一方面，操作系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容具有理論性較強、核心概念多、關(guān)鍵算法抽象等特點，使學(xué)生難以深入理解掌握，僅停留在理論認(rèn)知階段，無法應(yīng)用于實踐。這與網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的能力培養(yǎng)目標(biāo)存在差距。另一方面，就具體教學(xué)內(nèi)容而言，操作系統(tǒng)課程對網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)安全方面知識、技能的支撐不足，難以發(fā)揮作為專業(yè)核心主干課的作用。

2.3 對課程目標(biāo)支撐不夠

現(xiàn)有操作系統(tǒng)課程的考核主要由課后作業(yè)、結(jié)課考試、實驗考核等環(huán)節(jié)構(gòu)成，雖然能夠體現(xiàn)學(xué)生對知識的掌握和運用情況，但對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程評價不足，也難以通過這些評價環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與積極性，對培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)、團隊協(xié)作、分析解決工程問題等能力的促進作用不夠。現(xiàn)有評價體系對課程設(shè)定的目標(biāo)達成效果評價支撐不夠。

3 OBE 理念下課程教學(xué)模式設(shè)計

針對操作系統(tǒng)課程存在的不足，結(jié)合桂林電子科技大學(xué)本科人才培養(yǎng)的定位和特點，在明確網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點的基礎(chǔ)上，將OBE 理念引入操作系統(tǒng)課程教學(xué)，以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向，在教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、考核評價方式等方面開展操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革。

3.1 教學(xué)方式改革

首先，基于雨課堂、QQ 群、課程教材MOOC 資源等線上平臺，構(gòu)建課程的線上線下混合課堂。雨課堂主要完成課堂同步授課、課堂測試、期中測試和課后作業(yè)等。課程QQ 群用于教師與學(xué)生的線上討論、輔導(dǎo)答疑等。課程教材MOOC 資源配有關(guān)鍵知識點的講授視頻和習(xí)題參考答案。授課教師一般在課前布置思考問題并要求學(xué)生提前觀看知識點視頻，讓學(xué)生提前了解課程內(nèi)容，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。其次，根據(jù)課程目標(biāo)，采用學(xué)生分組學(xué)習(xí)的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法。教師按照選課人數(shù)將學(xué)生分為6～8 人小組，并布置針對具體型號操作系統(tǒng)關(guān)于進程/線程管理及調(diào)度、存儲資源管理以及設(shè)備文件管理實現(xiàn)實例的學(xué)習(xí)、討論和匯報任務(wù)。學(xué)生根據(jù)自身興趣和能力自由選擇學(xué)習(xí)主題，并上網(wǎng)查找相關(guān)資料或代碼，通過組內(nèi)討論學(xué)習(xí)知識點，制作PPT，進行課堂自主匯報及討論，最終達到以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生持續(xù)、自主學(xué)習(xí)的目的。

3.2 教學(xué)內(nèi)容改革

課程包括56 理論學(xué)時和24 實驗學(xué)時，共80 學(xué)時。理論教學(xué)方面，除了將傳統(tǒng)操作系統(tǒng)理論內(nèi)容的課時優(yōu)化為40 學(xué)時以外，還專門預(yù)留約4 學(xué)時學(xué)生小組課堂匯報。此外，針對網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)，增加了關(guān)于操作系統(tǒng)安全模型、操作系統(tǒng)加固和操作系統(tǒng)漏洞利用典型實例分析，此部分課時共計12 學(xué)時，用于學(xué)生對專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)操作系統(tǒng)安全相關(guān)知識和技能的學(xué)習(xí)。對于實驗教學(xué)，預(yù)留8 學(xué)時開展操作系統(tǒng)加固、網(wǎng)絡(luò)空間安全專用工具實操等實驗，同時，設(shè)置合理的綜合實驗項目，提升學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域工程問題的分析和解決能力。

3.3 課程考核評價方式改革

根據(jù)課程目標(biāo)，設(shè)置可量化的多種考核環(huán)節(jié)和評價維度。在理論教學(xué)環(huán)節(jié)，除了結(jié)課考試評價以外，將課堂回答在線習(xí)題、期中測試、課后作業(yè)、觀看教學(xué)視頻記錄作為平時學(xué)習(xí)過程的考核點。針對任務(wù)驅(qū)動教學(xué)環(huán)節(jié)，教師通過評改學(xué)生匯報PPT、參與小組討論以及課堂匯報討論情況，為學(xué)生小組或個人的表現(xiàn)進行評價打分。評價維度包括：匯報內(nèi)容的完整度和深度、團隊協(xié)作、口頭表達、查閱資料完成度等方面。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加了綜合實驗答辯評價環(huán)節(jié)，綜合實驗一般以2～3人為一組，共同完成一個操作系統(tǒng)綜合性實驗。教師主要評價學(xué)生團隊協(xié)作、問題分析和工程解決方案設(shè)計與開發(fā)能力。

4 課程目標(biāo)達成情況

在課程改革后，結(jié)合所有選課學(xué)生在各個評價環(huán)節(jié)的表現(xiàn)和測試結(jié)果，計算課程目標(biāo)達成情況。具體目標(biāo)達成分布如圖1 所示。從平時課堂提問表現(xiàn)、線上課堂練習(xí)、課后作業(yè)、實驗、分組學(xué)習(xí)匯報及結(jié)課考試等情況來看，學(xué)生能較好地適應(yīng)新的教學(xué)方式，并表現(xiàn)出較高的學(xué)習(xí)積極性和興趣，學(xué)習(xí)投入時間和精力較多。學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程，掌握了關(guān)于操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識與技能，以及一定的系統(tǒng)思維和問題分析能力。

圖1 課程目標(biāo)達成情況分布

5 結(jié)束語

在OBE 理念的指導(dǎo)下，課程組面向網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，以學(xué)生為中心，以學(xué)生成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，在教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容和考核評價方式等方面進行了課程改革，取得了較高的課程達成度。課程教學(xué)較好地實現(xiàn)了從理論知識到分析和解決復(fù)雜工程問題的能力轉(zhuǎn)變，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果，為后續(xù)相關(guān)課程的教學(xué)奠定了良好基礎(chǔ)。