网络空间安全人才培养课程研究—以长安大学“信息隐藏技术”课程教学优化为例

任帅 范傲雄 张弢

摘   要：当前，国内外对网络空间安全人才的需求日益扩大，国内外高校相继开设网络空间安全专业，同时将“信息隐藏技术”作为专业的必修课程。文章主要对长安大学研究生“信息隐藏技术”课程的教育教学改革进行介绍，包括课程改革建设目标、课程改革中亟待解决的问题和课程改革创新方式，通过夯实教授基础，优化教学方式;更新教学内容，注重能力培养;完善评价体系，强化学用结合等措施对课程进行改革创新，以此打造属于长安大学研究生教育教学的“金课”。

关键词：网络空间安全;研究生;教学改革;信息隐藏技术

1    “网络空间安全”课程介绍

当前，国家对于网络与信息安全空前的重视。2018年4月20日，全国网络安全和信息化工作会议召开，习近平总书记强调，没有网络安全就没有国家安全，就没有经济社会稳定运行，广大人民群众利益也难以得到保障。要树立正确的网络安全观，加强信息基础设施网络安全防护。积极发展网络安全产业，做到关口前移，防患于未然。但是，我国网络空间安全人才在数量和质量上都严重不足，截至2017年年底，我国信息系统和信息基础设施等重要行业需要网络空间安全人才是70万，到2020年这一需求量将急剧增加到140万，并且预计以后将以每年1.5万人的速度递增。而近3年来，各高校科班毕业的网络安全类人才只有近3万，人才缺口高达95%。远远不能满足网络空间安全的需要。因此，亟需扩充网络空间安全人才培养、储备具有竞争力的网络空间安全专业队伍。随着网络空间安全问题成为全世界关注的热点，网络安全已经成为国家安全的一部分，而提升国家网络空间安全的整体实力，则需要推动信息安全高等教育水平。

为顺应时代需求，2015年6月18日，“网络空间安全”获批为工学门类下的一级学科，代码0839，标准英文为Cyber Security。长安大学在2016年积极响应国家需要，新增自主设立“网络与信息安全”二级学科，2017年9月正式招生培养。在长安大学“网络与信息安全”二级学科设置初期，配套建设网络空间安全相关的研究生高水平课程可以显著提升学校信息安全学科建设效果。

“信息隐藏技术”在长安大学《网络与信息安全硕士培养计划》中是一门必修的专业学位课（32个学时）。之所以开设这门课程，是因为信息隐藏技术涉及的内容可全面覆盖“网络空间安全”一级学科下的所有二级学科涉及的内容（二级学科涉及网络空间安全基础理论、密码学、系统安全、网络安全和应用安全），是网络空间安全学科的主课和大课。“信息隐藏技术”主要讲授如何以传输的存在性和信息的隐蔽性为信息安全传输提供可靠的技术手段，是目前信息安全领域的研究热点。国家自然科学基金是学术和科研的国家风向标，申报目录对信息隐藏技术有专门的研究方向编号（F020703），近5年来针对信息隐藏的研究立项高达67项，足以证明信息隐藏技术的学术位置，将“信息隐藏技术”建设成为研究生高水平课程是提升长安大学研究生学术水平的重要途径。

2    国内外研究现状分析

教育部2001年批准武汉大学正式招收信息安全本科专业;2002年，北京邮电大学等18所高校启动了信息安全专业本科生的培养工作。2003年，中央办公厅27号文件《国家信息化领导小组关于加强信息安全保障工作的意见》明确强调要加强信息安全人才培养。2005年，教育部7号文件《关于进一步加强信息安全学科、专业建设和人才培养工作的意见》从信息安全学科体系研究、博硕士点建设等10个方面提出了指导性意见。2007年，“教育部信息安全类专业教学指导委员会”成立，并下达了“信息安全专业指导性专业规范制定”和“信息安全专业评估”两个教学科研项目。2012年，国发23号文件《国务院关于大力推进信息化发展和切实保障信息安全的若干意见》大力支持信息安全学科师资队伍、学科体系、专业院系建设，为高校信息安全学科专业建设提供政策支持。2015年，国务院学位委员会、教育部决定在“工学”门类下增设“网络空间安全”一级学科。目前全国约有103所高校设立了信息安全类本科专业，已有36所高校获准建立该学科的一级学科博士点，包括长安大学在内的25所高校或研究所已设立了信息安全一级学科的硕士点，作为必修课开设了“信息隐藏技术”课程。

国际上，西方发达国家十分重视信息安全人才培养。2009年，奥巴马政府发布的报告《信息空间政策评估—保障可信和强健的信息与通信基础设施》中，把信息安全教育和人才培养列为重点之一。2011年，奥巴马政府又发布了《国家网络空间安全教育战略计划》，进一步强调加强信息安全人才培养工作。目前，美国有50多所教育机构被美国国家安全局认定为卡内基梅隆大学信息安全学术人才中心，包括44所高等院校和4所国防院校，4所学校设立信息安全专业本科专业，13所学校设立以信息安全为主的本科专业，10所学校设立信息安全硕士专业，30所学校设立信息安全研究方向，90%以上的学校开设了“信息隐藏技术”课程。

3    课程改革建设目标

2018年8月27日，教育部印发《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》，要求全面整顿本科教育教学秩序，严格过程管理。通知要求，各高校要认真查找课堂建设和管理中存在的突出问题和薄弱环节，严管、严抓教学秩序，制定整改措施，明确时间节点，落实责任到人，把从严管理的规矩立起来、把课堂教学建设强起来、把课堂教学质量提起来。同时，要全面梳理各門课程的教学内容，淘汰“水课”、打造“金课”，合理提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，切实提高课程教学质量。要切实加强学习过程考核，加大过程考核成绩在课程总成绩中的比重。通知虽然仅对高等学校本科教育提出要求，但是研究生教育作为高等教育的最高层次，担负着培养拔尖创新人才、创造高水平科研成果、提供一流社会服务的重任，在建设高等教育强国和创新型国家的进程中肩负着其他任何组织都不能替代也无法替代的使命和责任。据此，在研究生阶段的课程教育教学更应注重课程的改革，打造符合研究生教育特点的“金课”。

“信息隐藏技术”研究生高水平课程建设，主要目标是将信息隐藏技术课程建设成精品专业学位课程。从学校层面讲，在研究生教学体系中，通过此门课程使学生建立网络空间安全的基本素质，成为整个“网络与信息安全”硕士培养的“基石”课程。从学科全局讲，建设成在全国具有一定知名度和影响力的“网络空间安全”专业课程。具体到本门课程的知识教学，讲授信息隐藏技术的概念、信息隐藏系统构成、信息隐藏系统安全性分析，使学生掌握数字图像和三维模型的信息隐藏区域以及隐藏规则的设计与实现方法。 学生可以根据数字图像和三维模型信息隐藏区域的生成原则以及信息隐藏规则，按照空间域和变换域的分类方法进行信息隐藏算法的设计，提出性能较为全面的信息隐藏算法。使学生能够按照系统的思想對算法进行剖析，学习基于数字图像及三维模型的信息隐藏系统，并可以根据系统结构和功能划分对信息隐藏系统进行安全性分析和研究。

4    课程改革中亟待解决的问题

实现高质量课程教学的基础是教材，所以教材建设是关键。

4.1  重点研究教材的撰写

要根据研究的年龄特点和学习规律，撰写合适的“信息隐藏技术”教材，既要体现信息隐藏技术作为网络空间安全专业基础课程的深度，又要紧跟技术发展前沿结合信息隐藏技术的最新研究成果体现课程的广度，还要紧扣高等学校“立德树人”根本任务，在课程教学中实现全程育人，展现为网络空间安全培养高素质人才的高度。

4.2  部署线上线下的互动教学体系

“信息隐藏技术”课程的教学除了线下教师课堂的教学，学生在课下的学习也至关重要，需要有学生实践设计信息隐藏区域、信息隐藏规则、信息隐藏算法等学习环节。同时针对学生课后需要继续对信息隐藏理论知识学习的需求，“信息隐藏技术”课程在“学堂在线”配套以慕课（Massive Open Online Courses，MOOC）为代表的大规模开放在线平台上运行，即配套视频、课后习题和答疑互动，从上线使用效果看，具有良好的学习效果。慕课建设的关键是视频的线上部署、关键知识点的选取以及对知识点讲授时间和深度的把握需要认真研究，慕课视频的表现形式也至关重要。

4.3  完善课程考核形式

本课程更加注重对学生思维能力和实践能力的培养，所以在课程结束后，考核形式应不限于课堂的试卷考试，还应利用线上进行考核，学生需要自主完成信息隐藏算法设计和实现，达到真正的学用结合是课程效果的重要验证标准。

5    课程改革创新方式

5.1  夯实教授基础，优化教学方式

撰写符合“信息隐藏技术”高水平课程建设的研究生培养教材，目前“信息隐藏技术”教材偏向基础理论，大多是介绍概念、原理以及相对基础的信息隐藏算法，理论深度和难度都难以满足高水平研究生培养的要求，更不能适应“网络与信息安全”专业的硕士研究生培养。建设高水平课程的基础是撰写适合培养目标的教材，所以课程改革创新的主要内容之一是撰写教材，教材将增加理论深度，提升教材的理论水平。其中，重点增加对基于数字图像和三维模型的信息隐藏技术的两个关键问题—信息隐藏区域以及隐藏规则进行讲解。根据信息隐藏区域的生成原则以及信息隐藏规则，按照空间域和变换域的分类方法对信息隐藏算法进行研究，讲授性能较为全面的信息隐藏算法。将算法按照功能进行细节分解，以系统的思想对算法进行剖析，讲授基于数字图像和三维模型的信息隐藏系统。根据系统结构和功能划分对其进行安全性分析讲授。图1为已出版的“信息隐藏技术”教材封面。

打造线上线下的全空间学习体系，即MOOC建设，“信息隐藏技术”研究生高水平课程建设需要积极探索教学改革模式，利用在线教育资源促进混合式教学模式创新，积极建设MOOC（见图2），通过更有效率、更为弹性的学习方式，充分利用并结合线上与线下学习的不同特点，提升学习效果。满足学生在课后继续学习理论知识和与授课教师交流答疑的需求。目前已经在国家教育部MOOC研究中心官方合作的大规模免费开放在线课程平台—“学堂在线”运行的“信息隐藏技术”课程，从运行数据可以看出，信息隐藏技术学习需求较大。

5.2  更新教学内容，注重能力培养

目前，国内各高校“信息隐藏技术”课程多以理论授课为主，教学模式单一，学生的主动性、积极性和实践能力的培养往往被忽视，必然导致学生学习兴趣的降低和创造能力的欠缺。因此，如何开展灵活多样的教学方式，通过对信息隐藏载体和算法的实际分析应用，呈现不同隐藏算法处理实际载体的能力，使学生养成良好的思维习惯，学会科学的思维方法，同时，帮助学生在实践中更好地领会和掌握使用的理论与方法，是本课程建设的又一个关键而重大的问题。

在当前的信息隐藏技术研究领域，以往的基于数字图像的信息隐藏技术已经不能满足大容量、强鲁棒性和高抗分析性等信息隐藏技术特性的要求。相比于单载体的数字图像信息隐藏载体，基于三维模型的信息隐藏载体以大容量、强鲁棒性和高抗分析性等优势更加能满足信息隐藏技术的要求，所以当前的信息隐藏技术研究逐渐转向以三维模型为信息隐藏载体的多载体融合态为主的信息隐藏技术研究（见图3）。在课程教学中，需要紧跟信息隐藏技术研究领域的最新成果，注重与现有技术的交叉结合，帮助学生对前沿技术的学习，以提升教学质量。在教学过程中，应不仅局限于教师的讲解，同时要引导学生自主地进行信息隐藏模型和算法的设计，在这个过程中加强学生对理论知识的掌握，同时培养学生的创新和探索能力。

5.3  完善评价体系，强化学用结合

研究生教学过程中，一个普遍存在的问题是考核方法不能适应研究生教学的目的和培养目标。目前，研究生课程在考核过程中的考核形式和存在的问题有：（1）试卷形式。论文形式虽然能对学生掌握知识的多少进行一个量化的考核，但是试卷形式对“信息隐藏技术”这门应用性较强的课程可能不是十分适合，因为试卷形式不能反映学生对知识在实际生活中的应用水平。（2）大作业形式。大作业形式是教师给出题目，由学生在课下完成后上交，题目往往较少，导致学生存在突击完成的现象，同时大作业中会出现严重抄袭的情况。（3）提交论文形式。提交论文形式是教师给出题目，学生进行论文选题和写作，这样虽然能够避免学生相互抄袭现象的产生，仅一学期的课程学习时间，每个学生具有不同的专业背景，难以在短时间写出高质量的有关信息隐藏技术论文，导致论文水平较低且无法后续跟踪提升质量。所以，“信息隐藏技术”研究生高水平课程建设需要建立一套较为适合课程的考核机制。

在本课程目前的教学过程中，已经初步建立了一套符合本课程教学目标的考核机制。考核中注重对学生学习过程和学生对信息隐藏算法思考的考核评价。达到学生在日后的学习科研中能将所学知识应用于实践中，学用结合的教学目标。具体分为：（1）理论的学习。理论学习包括课堂上教师的理论讲授和学生课下在MOOC上的自主学习，通过线上线下的理论学习，能够让学生对信息隐藏技术的理论知识有一个很好地掌握。（2）学习过程中的实践。在学生对信息隐藏技术理论知识进行学习的过程中，需要学生对知识进行初步的应用，包括信息隐藏模型和信息隐藏算法的简单设计，包括由学生分享自己的想法和小组讨论等环节。（3）学期结束的期终考核。期终考核是对整个学习过程的综合考量，包括对学习过程的评价、实际应用的考核和学期结束的试卷考核。学习过程的评价包括课堂的出勤和课堂表现情况以对线上MOOC的学习情况。实际应用的考核包括学生对信息隐藏模型和算法的分享和实现情况，最终需要以报告的形式呈现，这样也能够避免抄袭现象的产生。学期结束的试卷考核是对学生理论知识掌握程度的考核。通过构建多维度、全方位考核体系，能够对学生的学习情况进行更科学、更全面的考核，真正实现为网络空间安全专业培养高素质人才的目标。