基于OBE理念的工業云平臺安全課程教學設計

摘要：文章針對工業云平臺安全課程教學目標模糊、教學效果欠佳的問題，引入成果導向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念開展課程教學設計。教學實踐表明，以學生為中心，以成果為導向，依托項目將理論知識與實踐需求相結合，讓學生在實踐過程中發現和學習新知識，激發學習興趣，提高對理論知識和實踐技能的掌握，取得了較好的教學效果。所提基于OBE理念的課程教學設計可以為工業互聯網安全、工業云平臺安全等課程改革建設提供參考。

關鍵詞：OBE；教學設計；工業云平臺安全

中圖分類號：TN915.08；G642.3文獻標志碼：A

0 引言

隨著工業化、信息化的深度融合和工業互聯網的快速發展應用，工業信息安全面臨許多新的挑戰［1］，針對工業領域的信息安全事件頻繁發生。作為工業互聯網的重要載體，工業云平臺對內聯接工業設備、管理生產和運營，對外提供數據和應用服務，是惡意攻擊的重要目標。工業領域的數字化發展迫切需要培養能夠適應工業信息安全需求的專業人才［2］。很多高校信息安全專業開設了工業互聯網安全、工業云平臺安全相關的課程。然而，很多課程教學目標模糊，通常僅介紹相關概念，缺少與具體攻防技術結合的訓練，教學效果欠佳。天津中德應用技術大學聚焦高素質應用型人才培養，基于成果導向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念進行工業云平臺安全課程教學設計，取得了較好的教學效果。

OBE理念是以成果為導向、以學生為中心，強調所有學生均能獲得成功的教育理念［3-4］。基于OBE理念的課程教學設計，須解決讓學生取得什么樣的學習成果、如何幫助學生取得這些學習成果以及如何評價學生取得的學習成果等問題。為此，課程教學設計涵蓋4個環節：確定課程教學目標、建設教學內容和資源、設計和實施教學、評價學習成果和質量。

1 確定課程教學目標

課程教學目標是課程教學設計的出發點。基于OBE理念的課程教學目標強調每個學生都能獲得成功，這種成功既包括知識的增長、能力的提升，又包括素質的提高。課程目標能幫助學生明確預期學習成果，并指導教師制定能夠幫助學生獲得預期學習成果的教學方案，是教學內容和資源建設、教學設計和實施、學習成果和質量評價的基礎。根據工業信息安全領域對學生知識、能力、素質等方面的要求，結合工業云平臺安全涉及的核心概念和技術，從知識、能力、素質3個方面確定課程教學目標，具體如表1所示。

2 建設教學內容和資源

課程教學內容和資源是實現教學目標的依托。基于OBE理念的教學內容和資源建設具有開放性和動態生成性。教學內容要與學生經驗相聯系，盡可能貼近真實情景，避免空洞說教。教學內容的安排要符合教育教學規律，由淺入深、由易到難；同時要考慮學生的實際能力水平，安排差異化的學習計劃，因材施教。教學資源建設要打破傳統封閉教學模式的空間、時間限制，將學習從課堂延伸到課外，從教材拓展到各種學習資源。

工業云平臺安全課程涵蓋工業云平臺的體系架構、安全防護框架、安全防護參考方案等理論和概念；同時，涉及安全漏洞挖掘、利用、防護等技術和方法，具有理論性強、實踐性強的特點。因此，在教學內容組織上，基于真實案例情景，引入水電廠工業云平臺遭到入侵的案例；以對工業云平臺的滲透攻擊流程為主線，通過不同的項目任務由淺入深，依次分析工業云平臺的體系架構，實踐工業云平臺信息管理系統漏洞利用，向工業內網滲透，針對工業內網設備的攻擊，建立安全防護框架和防護方案；根據具體項目任務設置不同難度目標，支持學生差異化學習。教學內容的組織關系如圖1所示。

根據教學需求，筆者所在教學團隊編寫了《工業云平臺信息安全基礎》教材，同時，援引工業互聯網產業聯盟等專業組織發布的白皮書、技術方案等作為線上參考資料；選擇《工業互聯網安全》等書籍作為線下參考資料，鼓勵學生自主閱讀。此外，結合知名信息安全企業的工業互聯網攻防虛擬靶場開發實驗項目，為學生開展攻防實踐提供條件。課題組提供豐富的教學資源，支持學生在教室、實驗室、圖書館甚至宿舍開展學習活動。

3 設計和實施教學

天津中德應用技術大學落實“以學生為中心”的教育理念，在設計和實施教學過程中，讓學生成為課堂的主角，從“教師教”向“學生學”轉變，著力激發學生的學習興趣，提高學生的學習動力。課程以介紹頻發的工業信息安全事件作為導入，引領學生聚焦水電廠工業云平臺遭受入侵這一典型案例，啟發學生思考，引導學生“自己去發現和創造知識”。

3.1 課程思政

將思政元素融入專業課程教學，培養學生的社會責任感、擔當意識、創新精神等人文素質，是促進學生全面發展并取得成功的有效方法，也是培養合格的社會主義建設者和接班人的重要舉措［5］。課程通過對頻發的工業信息安全事件的介紹，鼓勵學生思考我國工業互聯網產業應用的機遇與挑戰，激發學生的學習熱情和奮斗精神；貫穿各項目實踐，引導學生認識到信息安全領域的斗爭和博弈，增強安全意識和擔當意識，提高自主學習意識和創新實踐精神。

3.2 項目教學

項目教學以項目為依托，將理論知識與實踐需求相結合，讓學生在具體實踐過程中發現和學習新知識，并結合實踐加深對新知識的理解。在項目教學過程中，注重學生的主體性，發揮學生的學習主動性和積極性，教師主要進行引導、答疑和總結，形成學習知識、實踐運用、總結分析、拓展提高的學習閉環，實現知識學習與能力培養的一體化。在項目教學實施時，注意彈性和個性化設置，鼓勵不同實際能力水平的學生開展差異化學習，每名學生都能取得自己的學習成果。根據教學內容，課程設置了5個項目，如表2所示。

3.3 組織實施

在教學組織上，每個項目貫通課前、課中、課后3個環節。在課前環節，教師將項目任務發布給學生，組織學生以小組形式進行討論學習，引導學生確定本項目的學習目標、了解學習資源、熟悉實踐環境。在課中環節，綜合運用啟發式教學、翻轉課堂教學等教學方法，引導學生作為課堂主體發揮積極性和主動性，在項目實踐過程中通過自主學習、與教師討論、與同學討論等方式發現知識、學習知識，并訓練技能，提高能力。在課后環節，教師引導學生針對項目實踐過程進行總結分析，交流討論遇到的問題和困難，加深對所學知識的理解；同時，引導學生進行項目拓展，在各自取得的學習成果的基礎上拓展項目任務，以提高運用所學知識的能力。

針對項目實踐，參照CTF競賽設計和實施包含Build、Break和Fix 3個環節的貼近網絡安全攻防真實情景的實踐方案［6］。在Build階段，引導學生構建含有相關安全漏洞的以水電廠為場景的工業云平臺管理信息系統，為實施攻擊準備環境。在Break階段，組織學生相互之間進行漏洞挖掘和利用，在構建的工業云平臺管理信息系統上實施滲透攻擊。在Fix階段，學生對遭受攻擊的漏洞進行分析和修復。通過這3個環節，學生作為主體進行實踐環境構建、滲透攻擊和漏洞修復，既能夠鍛煉漏洞挖掘、利用的能力，又可以培養自主學習意識和創新實踐精神。

4 評價學習成果和質量

對學習成果和質量的評價是課程教學設計的一個重要環節。基于OBE理念的教學評價關注學生掌握了什么、具備了什么能力，立足過程，聚焦成果，包括形成性評價和總結性評價。學習成果和質量評價促進了學生的發展。工業云平臺安全課程采取多元化學習成果和質量評價，評價范圍涵蓋教學的各個環節，過程性評價占總評的40%，總結性評價占總評的60%。課程的考核方式和評價標準如表3所示。

總結性評價60%綜合能力60考查范圍涵蓋課程教學全部內容的期末閉卷考試，重點考查基礎知識、基本技能的掌握情況和綜合運用知識解決問題的能力，卷面滿分為100分

5 結語

基于OBE理念的工業云平臺安全課程教學設計，以學生為中心、以成果為導向，立足專業人才培養標準和人才市場需求，明確課程教學目標，精心設計教學內容、教學資源、教學方法、教學組織以及學習成果和質量評價。在課程教學具體實施過程中，以項目為依托，通過教師的引導和啟發，學生主動發現知識、學習知識；同時，在貼近網絡安全攻防真實情景的實踐活動中，學生作為主體構建實踐環境，進行滲透攻擊和漏洞修復，既鍛煉了漏洞挖掘、利用的能力，又培養了創新實踐精神。通過教學實踐，學生的學習興趣明顯提高，對理論知識和實踐技能的掌握情況變得更好，學習主動性和自主學習意識也顯著增強。當然，課程教學的育人成效難以被簡單地評判，學生學習工業云平臺安全課程的成果可能需要結合其他課程乃至將來在工作崗位上的表現才能充分體現。

基于OBE理念的課程教學改革是持續提高課程教學質量和育人成效的一種有效途徑。本文在OBE理念指導下的工業云平臺安全課程教學設計是一次有益的嘗試，有效促進了教學質量和育人成效的提高，值得高校信息安全專業開設工業互聯網安全、工業云平臺安全等相關課程參考和推廣。

參考文獻

［1］龔志杰.試論工業互聯網信息安全問題及防護技術［J］.中國信息化，2022（9）：67-68.

［2］曹學勤.工業信息安全人才隊伍建設研究［J］.網絡安全和信息化，2024（2）：12-14.

［3］楊嶼航，馬金晶.基于OBE理念的課程教學設計研究［J］.教育進展，2023（1）：273-279.

［4］王敏，吳震，杜之波.基于OBE理念的網絡攻擊與防御課程教學設計［J］.電腦知識與技術，2023（21）：155-158.

［5］張海燕，鄒立仁，高樹風.OBE理念下計算機網絡課程教學改革研究［J］.科技風，2023（28）：97-99.

［6］徐偉光，王保華，曹鐵勇，等.基于OBE理念的應用密碼學課程教學改革［J］.計算機教育，2023（11）：99-103.

Teaching design of industrial cloud platform security course based on OBE concept

Abstract： In order to solve the problem of vague teaching objectives and poor teaching effect of industrial cloud platform security course， this paper introduces the concept of outcomes-based education （OBE） to carry out course teaching design. The teaching practice shows that the student-centered， result-oriented， and project-based combination of theoretical knowledge and practical necessities allow students to discover and learn new knowledge in the process of practice， stimulate their interest in learning， improve their mastery of theoretical knowledge and practical skills， and achieve good teaching results. The course teaching design based on the OBE concept in this paper can provide a reference for the reform and construction of industrial Internet security and industrial cloud platform security.

Key words： OBE; teaching design; industrial cloud platform security