基于创新教育的信息安全实践课程建设

孟 魁， 刘功申， 李建华， 薛 质

(上海交通大学 信息安全工程学院，上海 200240)

0 引 言

信息安全专业是一门综合性交叉学科, 涉及计算机、通信、数学、生物、物理、法律及管理等诸多学科，是一个直接面向工程、面向应用的专业领域[1]。信息安全作为一个全新的本科专业和其独有的特殊性，对学生的实践创新能力提出了更高要求[2]。

自2001年武汉大学首先在全国高校中设立信息安全专业以来，到目前为止，全国已经有84所高校开办了信息安全本科专业，17所高校开设了信息对抗技术专业。由于信息安全领域知识覆盖面宽、知识更新快，在信息安全专业人才培养中, 一定要强调理论与实践的结合，不仅要有合理完备的理论课程体系, 还需要建立良好的实践教学环节, 帮助学生在实践中真正掌握理论知识, 掌握基本信息安全技能[3]。但由于专业建设时间短，信息安全专业在学生培养模式、教学模式，尤其是实践人才培育方面还没形成一定规范，实践资源和实践教学师资队伍都存在一些问题[4]。

2011年5月16日，美国发布了“网络空间国际战略”[5]，7月14日又发布了“网络空间作战战略”[6]，都把加强信息安全教育和人才队伍培养列为保障网络空间安全战略的重点，以此来确保美国控制全球信息的绝对优势。据赛迪顾问预测，近两年来我国信息安全行业保持近21%的年复合增长率，大大高于同期的IT行业的增长，产业人才的社会需求总量已达50万人，预计今后5年中每年还将增加约2万人[7]。

信息安全产业是保障国家信息安全的战略性核心产业，电子政务、金融、军工、电力等行业对信息安全都有非常迫切的需求。高素质信息安全专业人才的培养成为高等教育的当务之急。

2002年，上海交通大学以承担国家863计划唯一一项支持人材培养环境建设的重大研究课题“信息安全工程实践”平台(国内首创)为契机，对信息安全学科展开深入研究，探索建设多层次、全方位、立体化的开放式多功能信息安全综合实验平台，积极构建集成化的信息安全学习、实验和实践的环境[8]。自2005年起，以该集成实践平台为依托，信息安全工程学院设立了“信息安全综合实践”课程，着力于学生实践动手能力的培养[9]。在课程建设过程中，基于建构主义学习理论，践行创新教育理念，积极探索创新型信息安全实践人才的培养模式。

1 完善创新平台

实施创新教育首先要转变教师的教学理念，改变教学模式，搭建创新平台[10]。传统教学模式是以传授专业知识为中心，以培养理论性人才为目标的，其教学组织形式的突出特征是知识的单向传授。基于建构主义的建构式培养模式则强调以能力培养为中心，以创新性人才培养为目标[11]。教师的任务不仅仅是传授知识，更重要的是引导学生主动获取知识，并教会学生获取知识与创造知识的方法[12]。如果课程实践的步骤、内容及结果都是由教师预先设定好的，学生只能在规定的框架中，循规蹈矩地完成预定的实践任务，并没有被鼓励去充分发挥自身的想象力和创造力，更没有被引导去充分锻炼自身的创新能力，无助于对创新人才的培养。

信息技术的飞跃式发展、信息业态的不断变化，引发了信息安全技术的日新月异，客观上要求在信息安全的专业教学中实践内容要及时调整更新[13]。如果实践内容缺乏时代性，对学生的吸引力将大打折扣，学生缺少主动参与实践的兴趣，将导致绝大多数是“被动实践”。

为此，在“信息安全综合实践”课程建设中，我们一直留意国家信息安全战略需求及行业新技术的应用，几乎每年都会对实验内容进行扩充和完善。2005年设置该课程之初，实践内容主要以结合理论教学的验证性实验为主，学生们可以利用“信息安全工程实践平台”，在老师指导下进行各类实验，以加强对课堂理论教学中一些概念的理解，用感性认识补充理性认识的不足，提高理论教学的效果。2006～2007年，针对教学的需要和教学反馈，我们在防火墙、PKI、网络攻防等模块中加入了综合性实验内容。2008年，进一步调整了实验模块和界面，增加了设计性实验内容，鼓励学生在设计性实验的基础上申报校级PRP项目及市级创新实验项目。2009年起，还指导学生利用网络的开放资源以及Web应用进行公钥证书等实践实验，进一步提升学生的创新能力。为了适应不断发展的平台环境，实验环境也不断升级和丰富，从最初的Windows XP平台扩展到Windows7及ubuntu等。

从早期的验证型实验，到综合型实验、设计型实验等不断发展，教学团队一直致力于对使学生通过本课程从对理论的掌握和理解走向对理论的应用。

2 训练创新思维

创新型人才的培养要以培养创新精神入手，以提高创新能力为核心，带动学生整体素质的自主构建和协调发展[10]。创新本身的特征决定了创新教育的过程不是受教育者消极被动的被塑造的过程，而是充分发挥其主体性、主动性，使教学过程成为受教育者不断认识、追求探索和完善自身的过程，亦即培养受教育者独立学习、大胆探索、勇于创新能力的过程[14]。而创新精神和能力不是天生的，它虽然受遗传因素的影响，但主要在于后天的培养和教育。因此，在教学过程中要致力于培养学生的创新意识和创新能力[15]。布鲁纳(J.S.Bruner)认为，教育的主要目的是为学生提供一个现实世界的模式。他强调学习是一个主动的过程，应该通过教学使学生对学习产生兴趣，主动地参加到学习中去[11]。

在教学中，我们通过加强实验环节的启发引导功能，调动学生的主观能动性，训练创新思维习惯的养成。在课程实验，除课堂实验外，还布置课下实验、实验思考题等，引导同学们进行实验内容相关的进一步扩展性问题的思考和讨论，鼓励他们在实验中发现问题、思考问题并力图解决问题。在课程考核环节，我们不仅关注实验过程本身，也要求学生撰写实验报告，并着力强化学生自主分析的模块，鼓励他们进行自我挖掘、大胆质疑，提升独立思考、综合分析的能力，训练他们的创新思维。

对于学生撰写的实验报告，我们将考察重点从早期的实验过程描述，转移到实验难点、问题分析模块。在实验难点分析模块，让同学们通过总结和分析实验过程、实验内容，自主总结实验要考察的重点内容，自行整理和发现较难把握的知识点；在问题分析模块，让同学们通过分析实验中遇到的问题，给出自己的思考和答案。此外，实验中还通过思考题等实验报告提交后，授课教师将对实验中以及报告中存在的问题进行统一讲解和解答，澄清同学们通过报告反映出来的一些错误认识。

同时，课程鼓励同学们、尤其是实验报告有特色的同学，走上讲台分享和讨论实验心得。通过两年的实施，我们发现，同学们为了更好地展示实验心得，往往会在之前做更充分的准备，额外收集一些与实验内容相关的数据、案例等信息，开拓视野的同时，更深刻地理解了信息安全技术的应用背景。

很多同学表示为了撰写高质量的实验报告，锻炼了他们的自主学习能力，培养学生严谨的科学态度、培养了实事求是的科学作风他们对实验过程观察和思考更加积极、主动，加强了对理论的思考，澄清了之前在理论学习中的一些模糊不清的认识，对于申报和参与学校PRP、市(校)级创新实验项目、全国信息安全竞赛都有很大帮助。

3 提升创新能力

布鲁纳(J.S.Bruner)是美国著名的认知教育心理学家，他反对以强化为主的程序教育，主张学习的目的在于以发现学习的方式，使学科的基本结构转变为学生头脑中的认知结构[16]。布鲁纳认为，学习任何一门学科(课程)时，总是由一系列的片断所组成，而每一片断(或一个事件)总是涉及到获得、转换和评价3个过程。作为信息安全专业课程，“信息安全综合实践”对先修课程要求高，要求学生必须具备一些如数论、汇编语言、计算机网络甚至数据库系统等基础知识。在课程建设中，我们也在不断围绕专业培养计划在实践模式上进行调整，将该课程内容与前期、同期以及后期的其他专业课程有机结合，将课程实践与项目实习相结合。在进行网络实验前，布置学生关于网络协议分析的课下作业，在病毒实验前，通过课后实验题要求学生熟悉系统文件分析的工具使用，启发学生将先修课程的内容融会贯通，灵活使用，并引导学生对后期课程的学习兴趣。

同时，我们在课程建设中引入与公司的合作，先后邀请了趋势科技、INTEL公司等的技术支持，采取工程师进行实验、实践项目辅导等方法探索新形式的实践教学。趋势科技工程师的现身说法让同学们对信息安全的专业实践能力的培养有了深刻的认识。我们还选派了19名同学在INTEL工程师的指导下进行如底层驱动、插件开发、Web应用开发等项目实践，从不一样的视角接触到其它一些新的知识和技术。实践证明，通过公司合作开展课程教学，不仅让同学们深刻地认识到了自身在知识积累、动手能力、学习能力、团队合作等方面的不足，也更清晰地领会到了项目团队、组员分工、项目风险管理等对于今后工作的重要性等，极大地提升了学生们对从事信息安全专业工作的兴致。

4 结 语

创新教育是一个系统工程，也是一个需要广大教育工作者不断实践、不断探索的重要课题。经过多年的建设和积累，“信息安全综合实践”课程通过课程内容在基础实践、专业基础实践及创新提高实践三层次上的合理布局，对学生创新思维和创新能力的培育、引导，不断总结和探索创新型信息安全实践人才的培养模式，激发了学生学习信息安全、投身信息安全产业的兴趣，取得了显著的教学效果，为信息安全实践创新人才培养提供了一个可以借鉴的思路。

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