网络空间安全教师工程实践能力培养研究

张 帆

（武汉轻工大学 数学与计算机学院，湖北 武汉 430048）

0 引 言

网络空间安全是目前信息发达国家竞相争夺的战略制高点。2015年，“网络空间安全”一级学科正式获批，表明了国家对网络空间安全人才培养的高度重视。要培养卓越的网络空间安全人才，离不开优秀的教师。然而，培养网络空间安全优秀教师并不容易：除了要具备大学教师的基本素质之外，还要具备网络空间安全专业较为深厚的专业能力，以及基本的网络空间安全行业企业工程师专业素质[1]。由于网络空间安全一级学科成立的时间很短，教师培训标准出现晚，使得当前相当数量的网络空间安全教师自身的工程实践能力与上述标准之间存在差距，从而制约了网络空间安全卓越工程师的培养质量。缺少高水平的网络空间安全卓越工程师队伍，不仅影响国家向工业和信息化强国的转型，而且影响国家网络空间技术的快速发展。因此，提升网络空间安全教师的工程实践和创新能力具有重要意义。为此，笔者从网络空间安全教师工程实践能力培养的内涵和能力素质要求、工程实践能力培养的必要性和紧迫性、工程实践能力培养方法等3个方面进行了研究。

1 工程实践能力培养的内涵和工程能力素质要求

网络空间安全卓越工程师培养要求可以分为内涵要求和工程能力素质要求两部分[1]。

内涵要求包括[1]：①广博的知识面，除了掌握网络空间安全专业领域的专业知识和学科、技术标准、政策法律法规之外，与卓越工程师能力素质培养相关领域的知识亦要有所了解[2]。特别是与本学科专业领域战略相关新兴产业的兴起和发展，需要特别关注。例如，2018年，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》，提出“人工智能AI（Arti fi cial Intelligence）+X”的复合专业培养模式，这代表着“新工科”建设的重要趋势。因此，教师必须要对AI与网络空间安全的结合引起高度重视；②丰富的工程实践经历，这要求教师熟悉工程现场的运作和管理模式，了解先进工程设备和技术的使用，掌握应用实际工程问题的有效方式，积累丰富的解决工程问题的经验，并与工业企业保持密切的合作关系；③卓越的工程教育教学能力，这要求教师具备先进的工程教育理念、具备良好的工程教育研究能力、具备突出的工程教学学术水平和工程实践教学能力；④崇高的敬业精神和职业道德，教师要对卓越工程师培养具有高度的责任心，要将敬业精神和职业道德言传身教给学生。

工程能力素质要求的内涵包括[1]：①扎实的网络空间安全工程设计开发能力，教师应在网络空间安全领域具备丰富的工程实践经历，掌握现代的网络空间安全工程技术手段，具有独立主持或者承担复杂网络空间安全工程项目的研发能力；②高超的网络空间安全工程技术创新能力，教师需要了解网络空间安全领域的工程实践难题，追踪掌握网络空间安全科技的前沿领域和发展方向，具备深厚的网络空间领域专业知识和交叉、新兴与边缘学科的知识，在此基础上，培养自己的创新意识和创新能力，提出各种创新的方法解决网络空间安全工程实践难题；③突出的网络空间安全工程科学研究能力，现代工程科学具有系统科学、复杂科学、交叉学科和综合学科的“大工程”特征，网络空间安全也不例外，这要求教师经历过系统的网络空间安全科学研究训练，具有多学科专业领域广博的知识，并取得过同行认可的成果。

从以上基本要求和工程能力素质要求可见，国家对网络空间安全卓越工程师教师的要求是相当高的[1]。

2 工程实践能力培养的必要性和紧迫性

为了培养网络空间安全卓越工程师，高校必须配备一支知识渊博、工程经验丰富、工程创新能力强、教学水平高、综合素质好的网络空间安全教师（以下简称“教师”）队伍。然而，目前高校的相关政策和现状导致现有的教师队伍距离培养卓越的网络空间安全工程师之间存在着较大差距：①从工程实践经验和工程创新层面来看，教师普遍重视科研项目和论文，轻视教学，尤其是轻视本科教学；重视理论掌握和推演，缺乏工程实践经历。许多教师，特别是从本科一直攻读到博士学位的教师，缺乏实际企业工作经历，再加上我国高等教育与国外高校在工程教育方面存在较大差距（本硕博阶段均如此），使得教师自身的工程能力不足。“打铁还需自身硬”，教师自身工程实践经验和工程创新能力的欠缺，使得无法满足当前对网络空间安全卓越工程师培养教师“扎实的工程设计开发能力、超凡的工程技术创新能力、突出的工程科学研究能力”[1-2]的要求，难以胜任网络空间安全卓越工程师的培养工作；②从知识结构层面看，教师掌握国内外最新进展、具备优秀的专业技能只是基本要求，在此基础上，还应了解网络空间安全相关技术标准、政策和法律法规；熟悉网络空间安全学科相关学科领域（如数学、通信、计算机等）；了解经济管理、人文社科领域；特别地，要关注新兴、交叉和边缘学科，尤其是本学科专业领域相关的战略性新兴产业的兴起和发展[1]。上述要求显然是相当高的，年轻教师由于积累不够，从知识结构上难以匹配要求；即使是有较为丰富经验的教授和副教授，由于其培养对象不同（文献[1]要求，教授侧重培养研究型卓越工程师；副教授侧重培养设计开发卓越工程师；讲师侧重培养现场卓越工程师），也面临着知识结构不断进化和更新的问题；③从教育教学能力层面看，教师需要不断更新工程教育理念；需要具备良好的工程教育研究能力；需要高超的工程教学学术水平；需要突出的工程实践教学能力；需要娴熟的教学组织和管理能力[1]。上述教育教学能力标准同样要求教师在工程教学理论、方法和能力等层面不断保持进步。

可见，要成为一个合格的教师，必须根据最新的科技进展，以及国家、社会和企业的需求，不断学习工程教学理论、改进工程教学方法、优化工程教学内容、提升工程教学能力。特别是，随着世界各国日益重视网络空间疆域的安全，以及国家、社会和企业对高水平网络空间安全工程师需求的快速攀升（预计未来几年之内缺口达近百万），培养和锻炼优秀的教师成为越发必要和紧迫的任务。

3 工程实践能力培养的方法

传统的教师工程实践能力培养方法主要包括[3-6]：①改革教师考核和职称评审方法，建立激励机制，将教师考核和职称评审与教师工程实践能力培养挂钩；②加强校企合作，建立紧密和长效的校企合作机制，聘请企业高管和专业技术骨干为企业兼职导师，选派教师到企业直接参与企业项目研发；③调整师资结构，建立教师上岗前工程能力培养制度，建立“新、老教师”之间“传、帮、带”制度等。这些方法取得了较好的结果，但并没有解决如下问题：①如何变教师“被动督促”学习为“主动我要”学习？②如何在校企合作中做好高校和企业自身的定位，发挥各自特长，以培养掌握前沿科技工程科技，并满足国家、社会和企业需要的卓越工程师教师？③教师如何根据网络空间安全学科的特点，实现以工程实践经验和工程创新能力为导向的因材施教？

针对上述问题，笔者在研究和实践中采取了如下新方法，取得了较好的效果。

1）革新教师观念，变教师督促、被动加强工程实践能力锻炼为自觉、主动加强工程实践能力锻炼。

高校教师面临着论文和项目的压力，由于论文和科研研究项目侧重强调“基础研究”，这使得高校教师在时间分配上，或多或少忽略对自身工程实践能力锻炼和培养，转而追求更加“立竿见影”的理论研究，以便在单位时间内发表更多论文，进而争取更多项目。根据笔者的调研结果，在卓越计划实施时，大多数单位往往采用行政手段，常见的如企业挂职经历或者工程认证证书与职称晋升挂钩等，来被动地督促教师提升自己的工程实践能力。

这种方法可以起到一定的效果，但被动、督促方式的效果肯定难与教师主动、自觉地提升工程实践能力的效果相比。事实上，造成上述现状的重要原因在于教师认为“工程实践和科学研究非此即彼、两相冲突”。笔者相信，对于工科而言，特别是对网络空间学科研究而言，这种观点存在着较大的误解。诚然，网络空间安全学科当前急需构建学科理论基础，但是另一方面，能够解决重大问题的新方法、新技术也同样是网络空间安全学科所急需的。以笔者所熟悉的信息系统安全领域为例，在小同行公认的四大顶级会议S&P、CCS、Security和NDSS中，相当多的论文立足于解决重大技术问题，而并非一味追求安全理论。需要再次强调的是，这并不意味着安全理论不重要，而是说明，能够从工程实践中提炼出新问题、新方法，或者能够解决现实重大问题，同样可以做出顶级科研成果，并且这种“工程性强”的研究在网络空间安全领域还占有较高的比例。事实上，国际上不少知名实验室在招收博士生或者博士后时，明确要求应聘者有很强的工程经验或者编程能力。这表明，至少在网络空间安全学科，工程实践和创新能力是科研研究的重要能力素质要求之一。因此，通过各种方式帮助教师认识并亲身感受到“工程实践和科学研究两者相得益彰、相互促进”，是使得教师变被动学习为主动学习的重要一环，对增强教师工程实践能力训练效果有较好的促进作用，在实践中取得了很好的效果。

2）立足科技前沿，紧密切合科技前沿和国家社会需要。

目前，大多卓越计划建设实施时强调校企合作，即通过选送教师到企业挂职、聘请企业一线工程师到学校授课，实现高校与企业的双向融合。这种方法使得教师真刀真枪地参与企业的实际工程项目，大大增强了当前高校教师的工程实践经验。但是否建立了这种校企双方渗透的合作关系就一定能够保证教师和学生工程实践训练的质量呢？笔者认为不一定：①有研究指出，有一些专业和工作岗位，在五年之前并不存在，那么高校与企业合作的工程训练，就需要提前有所预判，为学生安排先进的工程训练项目。换句话说，在科技飞速发展的现代社会，工程训练一定要保持前沿，要切合国家和社会的需要，不能让学生面临刚毕业，所受的工程训练就过时的窘境；②企业由于自身逐利的性质，大多关注于解决实际工程问题，相对而言缺少对基础研究的兴趣和投入。如果高校教师纯粹偏向企业，在某种程度上就一定会偏离自身科学研究的目标和任务，这是否一定合适？这种情况下高校教师和企业员工的差异体现在什么地方？笔者的观点是，最好能够将基础研究和工程实践结合起来。一般情况下，这需要教师能够进入到海内外行业领先企业进行锻炼，因为只有行业领先企业才会有足够的资源和意愿通过基础研究投入来解决重大工程问题。然而，一般地方高校可能难以获得与这类企业合作的机会，或者即使有机会也难以接触到核心基础研究工作。

上述问题，是教师工程训练必须要考虑的，解决方案需要高校根据自身的特色、定位和情况来制定。笔者所采用的一种破解办法是直接选送骨干教师到海外知名高校深造。海外知名高校往往与世界级企业有着紧密的联系：由企业提出前沿的科学和技术问题，高校利用智力资源提供解决方案。选送教师到海外知名高校深造，通过参与上述课题可以直接接触到世界级企业所关注的前沿科技问题，熟悉领先的工程解决方案。教师深造完成回国之后，不仅提升了自身的工程眼界和素养，而且可以直接带领学生进入最前沿的工程科技领域，这对教师和学生都是非常有利的。

3）充分考虑教师和学生的兴趣爱好，做到百花齐放，给予教师和学生足够的自主权。

一种需要商榷的工程训练方法是，由学校大一统地进行安排，而没有考虑教师和学生的个人意愿和兴趣爱好。这种方法减轻了管理的负担，却可能影响工程训练的效果。例如，在教师当中，有的教师定位于社会服务，对工程产品开发、各类实操性质的网络空间安全竞赛（如CTF等）更感兴趣；有的教师定位于教学科研并重，对科技成果转化、网络空间安全教育等更感兴趣；有的教师定位于纯科研，对前沿科技研发更有兴趣。类似地，对于学生而言，有的可能对逆向工程和二进制分析感兴趣；有的可能对网络安全、网络渗透感兴趣；有的可能对人工智能、机器学习在安全领域的应用感兴趣等。这些都是在实践中遇到的实际情况。

因此，在实际工程训练中，应在保证完成必要工程训练的基础上，尽可能考虑教师和学生的个人能力和兴趣偏好，给予教师和学生足够的自主权，充分尊重教师和学生的选择。当然，这会大大增加管理的成本和负担，并对实践课程设计和合作企业选择提出了更高的要求。但是，笔者认为这是值得的，也是应该的，因为这样真正做到了“因材施教”，避免了工程训练流于形式。特别是这种方式给“偏才、怪才”的培养提供了土壤，而“偏才、怪才”是网络空间安全学科的一大特点，也是国家非常所期望发掘的。

4 实验结果

通过自由报名，选取16位本科生组建小班，按照卓越工程师教育培养计划[1-2]的要求对学生和教师的工程实践创新能力进行培养和训练。取得了较好的结果。通过4年学习，选择继续深造的有6人：2人出国、3人考入985院校、1人考入211院校，比例达38%。通过继续跟踪，考入985/211院校的学生能够很好地适应重点院校的硕士学习和科研工作；选择参加工作的有10人，平均月薪约为1万元。在专职教师的指导下，获批教育部高教司产学研合作协同育人项目（网络空间安全相关课题）4项，其中受Google中国公司资助2项；获得“全国大学生信息安全竞赛”全国二等奖1项；获得“挑战杯”银奖1项；获得其他省部级奖项多项；学生发表论文1篇。

学生的培养质量与教师水平直接相关。实践表明，学生培养的结果是较为理想的，这与学校、学院对教师工程实践能力的重视，以及教师自觉提升工程创新能力是分不开的。上述结果也表明，笔者提出的网络空间安全教师工程实践能力培养方法是可行的。

5 结 语

卓越的网络空间安全工程师是建设网络空间安全强国的人才基础。当前工作大多探索了如何对学生进行培养，但对教师工程实践能力的培养研究却比较少见。教师自身的工程实践能力直接关系到学生的培养质量，因此，必须要加强对教师工程实践能力的培养研究，最终为网络空间安全卓越工程师培养提供高质量的师资保障。

依据卓越工程师教育培养计划标准[1-2]，笔者已经形成了一套规范化的学生培养方法，实验证明，培养方法是相对有效的。在下一步研究中，笔者将把重心放在如何提升教师的工程创新能力，特别是如何将科研与教学实践相结合，以进一步提升学生培养质量，即培养更具研究或独立设计开发能力的网络空间安全卓越工程师。