信息安全专业实验室创新实践教育体系的构建

王小妹, 陈红松

(北京科技大学 计算机与通信工程学院， 北京 100083)



信息安全专业实验室创新实践教育体系的构建

王小妹, 陈红松

(北京科技大学 计算机与通信工程学院， 北京 100083)

创新性实践教学是培养创新型人才的重要环节,是提高高校本科生实践能力和主动创新能力的有效途径。对于信息安全专业实验室教学体系的构建，进行了深入研究和探讨，总结出了一套培养学生独立创新思考能力的、诱发式的教育方式，结合教学案例，充分证明了教学改革的效果。创新性实践教学体系的构建包括规划信息安全专业课程体系建设，营造良好的求知背景，全面优化实验大环境，以及创新实践教学理念，提高学生的综合素质等。

信息安全; 创新实践教育; 教学体系构建

0 引 言

近年来随着云计算、大数据的发展，信息安全在社会生活中的作用显得尤为突出。信息安全已发展成为一个综合的、交叉的学科，它需要综合利用计算机、通信、电子、数学、物理和生化技术等诸多学科和领域[1-2]，是目前社会最为热门的技术之一。随着各种网络及信息攻击手段的不断推陈出新，高校需要培养出符合社会需求的应用型人才。信息安全又是一个直接面向工程、面向应用的专业领域，因此高校在培养信息安全专业人才的时候应该重视人才的培养方式和培养目标[3-4]。如何让高校信息安全专业学生在课堂理论的基础上将实验和实践的作用得到充分发挥，对学生进一步深化理论技术的认识具有重要的意义[5-8]。在国家和社会需要大量信息安全人才的形势下, 我校计算机与通信工程学院发挥了自己的优势, 构建了信息安全专业具有创新实践教学功能的实验室和实验教学方法。

1 实践课程群建设，统一规划专业课程体系

随着我校本科教育教学改革等课建研究项目的不断推进和深入，本科生专业课在设置上进行了相当比例的调整，更加重视学生实验动手部分在整个教学过程中的作用。计通学院相当程度地增加了学生实验课时在专业课中的比例，增设了多门信息安全专业的课程设计和实践类课程。

进行本科教育教学改革以来，我院信息安全专业由9门必修和选修课增至13门课程，由原来的1门实践类课程增至4门实践类和课程设计实验课，由部分课程不设实验课时变成所有课程都包含实验课时。如表1所示，是我校信息安全专业本科生部分实验课程的实验学时和实验内容安排。

表1 我校信息安全专业本科生部分课程实验安排

进行实行课程体系的一体化，建立面向需求的一体化课程体系，以相互支撑的课程来设计培养计划，真正实现了学生基础知识和实验项目系统构建能力整合在同一个培养计划中，将相应的知识和学习目标联系起来，并且以明确的方式将工程能力和多学科合作能力联系起来[9]。

通过增加学生实验课的动手和实践的机会，丰富学生实验课的实验内容，学生对于课堂上学习的基础知识点有了更具体和感性的认识。在动手过程中遇到的各种实际问题，又反过来促使学生有兴趣去翻书本，达到了理论和实践更好地结合运用的目的[10]。

2 营造良好的求知背景，全面优化实验大环境

在实践规划专业课程群建设的基础上，将实验课程全过程进行优化，以学习资源库为支撑为学生提供实践环境，进一步灵活教学方法，精心设计学习任务作为切入点，为学生创设实验情境，引导学生进行相关知识的探索。以学生为主体，积极参与到与学生的互动中去，动态的监控整个学习过程，提高学生主动性使得学生在大量的实验课时进行过程中不是机械地验证实验结果，甚至抄袭实验数据、偷工减料，而是能够在充足的课堂实践中发挥主观能动性，开发出具有创新性、实用性的实验成果。

2.1 形式新颖的课堂内容

“数字签名与身份认证技术课程设计”是我院一门课程设计类实验，学生首先在课堂上可以选择自己熟悉的同学组成兴趣小组，在课堂提供的多种实验器材中选择自己感兴趣的实验器材，包括不同功能的传感器套装、各种形式的NFC模块，搭配无线路由器等网络设备，在已选的器材上设计具有实用价值和安全功能的成品，比如会议签到管理系统，公交卡读卡充值一体机等。学生在学习信息安全的同时，融合了硬件、编程、数据库、网络等多方面的知识，并且学以致用，提高了学习的积极性和创造性。

图1 NFC卡和传感器套装

2.2 丰富多样的可选实验

基于学院对于学生在本科阶段培养的总体安排，决定了大学四年不可能每一门课程都有大量的实验课时，针对课时少的实验课我们会给学生在实验内容的安排上更多选择的余地。

“网络安全与管理”是我院计算机专业、信息安全专业、物联网专业学生的必修课，课堂容量大，课程知识点多，实验学时相对较少。我们将这门课的实验内容安排为选修，每位同学登录我们的实验选课系统，在系统中提供的6个大实验中选择自己感兴趣的3个实验，学生按照系统选课时间和内容安排来进行实验即可。这样虽然教师备课和授课的工作量大了，但是针对不同专业的学生，他们选择的余地也大了，学生根据自身的专业背景和兴趣爱好以及时间安排，可以更灵活地来做实验，收到了良好的效果。

图2 网络信息安全实验教学系统硬件及内容模块

3 创新实践教学理念，培养学生综合素质

信息安全专业实验课程建设强调教育与产业相结合、理论与实践相结合，并以该方向课程体系、实践教学、实习竞技等环节作为专业实验课程建设的核心内容，着重培养学生技术创新能力、工程实践能力、团队协作能力及沟通能力，以达到培养基础理论知识扎实，具有较强分析解决问题能力、主动获取知识能力以及综合应用能力的高素质信息安全创新人才[11-13]。

图3 创新实践教学理念层次模型

传统的实验多验证性实验、演示性实验，实验过程中学生只能学习到实验过程、看到实验结果，不仅实验内容陈旧且缺乏实用性，而且学生容易在学习过程中机械性操作，缺少了动脑思考，同学之间学习交流和合作的机会。针对这些问题，我们在教学实践中依据新的教学理念，逐步改革陈旧的教学方法[14-15]。《现代密码学》是我院本科生一门基础性的专业必修课，对称密码算法和非对称密码算法的实验就是验证性实验，学生可以通过实验了解算法的加密过程和解密过程。经过实验内容调整以后，学生需要组队实验、讨论设计出算法流程图、使用一门编程语言实现算法、小组内成员通过计算机通信实现加密解密的整个过程。这样，一个简单的验证性实验变成了一个小组成员协同完成，能够设计、编程实现、网络通信的完整实验。

4 结 语

随着教学改革的深入探索和实施，近年来我院信息安全专业实验创新实践教育体系已经初具规模,不仅具有系统的实践教学理念、丰富的实践教学内容，更有创新的实践教学方法与严格的管理制度，以及充足的软硬件设备和师资力量，能够满足目前信息安全本

科在校生200多人的实验教学。

在收集学生对目前实验课堂的感受评价中，学生们的满意度达到了97%以上。由于培养的本科生具有较强的动手能力和实践能力，毕业生受到各大招聘企业的青睐，2015年信息安全本科生毕业后参加就业学生的就业率为100%，继续深造的学生占毕业总人数的52.16%。近年来，在科技竞赛方面，信息安全专业的学子们参加了“全国大学生信息安全竞赛”、“蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛”、“全国大学生数学建模竞赛”、“中国大学生物联网创新创业大赛”等多项全国性比赛，仅2015年获得了国家级各项竞赛奖励共14项，省部级奖励10项，校级奖励55项。在创新实践教学的培养下，信息安全专业本科生的综合素质和创新能力有了明显提高。

[1] 张仕斌.信息安全专业创新型工程人才培养模式的改革与实践[J].当代教育理论与实践,2012,4(5):45-48.

[2] 黄凤林,张天长,李佟鸿.信息安全专业创新性实践教学体系建设研究[J]. 湖北警官学院学报,2013(12):198-200.

[3] 李 静,郁汉琪,殷埝生.构建高校实践教学质量监控体系的初步探讨[J].中国电子教育,2010(28):130-131.

[4] 付铅生,朱海荣.浸入式教学实验环境的研究[J].实验室研究与探索,2007,26( 5) : 133 - 135.

[5] 欧阳津,赵云岺,范楼珍, 等.高师本科化实验教学体系的建设与改革[J].实验技术与管理, 2012, 29(1) :11-13, 17.

[6] 廖庆敏,秦刚年,李勉媛.科研融入实验教学提高学生创新能力与综合素质[J].实验室研究与探索,2009,28(3):15-18.

[7] 柯 佳,刘秋生.信管专业中信息安全技术课程实践环节内容探讨[J].信息技术教学与研究,2014(66):114-115.

[8] 唐成华,张瑞霞,王 勇.信息安全实践平台建设与发展促进策略[J].中国科技创新导刊,2013(14):136-137.

[9] 张卫东,李 晖,尹 钰. 网络安全实验教学方法的研究[J]. 实验室研究与探索, 2007(12): 286-289.

[10] 赵泽茂,刘顺兰,王小军,等.信息安全专业人才培养方案探索[J]. 计算机教育，2007(1):74-76.

[11] 李章兵,刘建勋,廖俊国.本科信息安全专业建设的实践与探索[J].计算机教育，2007(11):28-31.

[12] 张树国.高等院校大学生创新教育研究与实践初探[J].华中师范大学学报(人文社会科学版)，2012(S1) : 168-170.

[13] 李 璟,徐遵义.建构式计算机创新人才培养模式的研究和探讨[J].大学教育，2013(13):66-69.

[14] 郑洪英,廖晓峰,李传东,等.设置信息安全专业教学体系的探讨[J].教育教学论坛，2012(26):114-116.

[15] 李建华,张爱新,薛 质,等.信息安全实验室的建设方案[J].实验室研究与探索，2009(3):65-67.

Construction of the Innovational and Practical Education System of the Laboratory of the Major of Information Security

WANGXiao-mei,CHENHong-song

(School of Computer and Communication Engineering, University of Science and Technology of Beijing, Beijing 100083, China)

Innovational practical education is an important part of developing creative people, it is also an effective way of improving the practical ability and proactive creative ability of the undergraduates in universities. The construction of laboratory education system for the major of information security was explored and researched in depth in this paper. A set of persuasive education methods that cultivate students’ ability of thinking independently and creatively were summarized. By combining teaching cases, the effects of the education reformation were sufficiently proved. The construction of the innovational practical education system includes planning of development of course system of information security, constructing good study background, comprehensive optimization of the experimental environment and innovational and practical education idea, and improving students’ overall quality, etc.

information security; innovational practical education; development of practical education system

2015-06-01

北京市自然科学基金资助(4142034);北京市青年英才计划资助(YETP0380)；北京科技大学教育教学改革与研究项目(JG2015M25);北京市科技计划项目(D141100003414002)

王小妹(1982-)，女，山东莱州人，硕士，工程师，主要从事网络攻防和安全多方计算方向的研究。

Tel.：13581797775； E-mail：wangxiaomei@ustb.edu.cn

TP 309.5; G 642.0

A

1006-7167(2016)05-0174-04