基于OBE 的网络空间安全专业实践教学体系改革*

郭炜 徐银霞 刘玮

武汉工程大学计算机科学与工程学院 武汉 430205

0 引言

2015 年，中国工程教育专业认证协会正式组建；2016 年，我国成为《华盛顿协议》正式成员，这是我国工程教育认证的一个重要里程碑[1]。成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）理念成为工程教育认证的核心理念之一。2017 年，为迎接新一轮科技革命与产业变革，教育部开始积极推动新工科建设，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式和中国经验[2]。网络空间安全既是一门新工科专业，也是一门多学科交叉融合的专业。2018 年3 月，武汉工程大学获教育部批准新建网络空间安全本科专业，是湖北省首批获建该专业的高校之一。截至2020 年2 月，全国已经有72 所院校获批建立网络空间安全专业。可以说我国网络空间安全专业建设刚刚起步，目前我国网络空间安全人才储备严重不足。据教育部网络空间安全专业教学指导委员会统计，2020 年我国网络空间安全人才数量缺口超过140 万[3]。

当前我国的网络空间安全人才培养与社会经济发展的需求仍然存在一定差距，主要表现为综合实践与实战能力欠缺、创新实践能力不强等问题。如何以OBE 理念为核心，把网络空间安全专业的培养目标、毕业要求、课程目标和课程教学作为“主线”，建立面向产出的评价和持续改进机制，促进网络空间安全专业建设，是我国本科院校网络空间安全专业建设过程中亟待解决的问题。

1 网络空间安全专业实践教学在传统人才培养模式下存在的问题

“网络空间安全”作为工学门类下新增设的一级学科，至今也不过六年时间；而网络空间安全专业作为一门新工科专业起步较晚，目前仍处在摸着石头过河的阶段，在人才培养实践教学环节中存在以下几个方面的问题。

1）专业课程体系有待进一步健全。目前一些高校的网络空间安全课程设置得较为分散独立，缺乏体系。一方面，网络空间安全是一门新兴的交叉学科，其核心课程涉及密码学、通信、控制、军事、法律等多个学科门类，这些课程与信息安全、网络工程、法学等专业的课程存在交叉，课程归属显得比较杂乱；另一方面，随着人工智能、机器学习、大数据、云计算、区块链等新技术的不断涌现和发展，迫使网络空间安全课程需要不断更新。实践课程大多仅是为了验证和体验理论课程中的相关独立知识点，即使是独立开设的一些综合设计课程，教学内容也是由相关理论课程驱动的，从而使各个课程之间显得分散独立，难以产生相互的系统关联[4]，课程间难以形成体系。

2）实践课程教学方法老旧和单一。国内一些高校的网络空间安全专业培养模式还停留在“理论背书+实验验证”的旧工科培养认知上，实践课程教学中采用教师讲授和学生验证为主的教学方法。学生实践机会很少，缺乏实战能力的培养。

3）缺乏支撑培养目标的基础设施。网络空间安全实践教学平台作为网络空间安全人才培养的重要基础设施，在人才培养及专业建设中起着基础性支撑作用[5]。在网络空间安全领域，无论是国家级、省部级的科研、教学实践平台，还是基于项目实训、工程服务、技术应用的平台，国内一些高校大多是一片空白或者刚刚起步。缺乏综合实践平台，学生的工程实践能力得不到锻炼，实践教学体系难以落地。

4）需进一步建立具有专业深度的师资队伍。网络空间安全已有的专业教师大多来自其他相关学科领域，他们虽然可能已在某些相邻领域造诣颇丰，但在网络空间安全专业人才培养实践教学领域还需进一步深入；另一方面，网络安全高层次专业人才目前本身就十分稀少，该领域愿意留在高校从教的高层次专业人才则更加稀缺。

5）教学活动缺乏科学评价机制。目前在高校中普遍实行的是以教师为中心的教学和评教机制，教师教什么学生学什么；评教也以教师为目标，主要评教师是否授课认真等。这些评价标准既没有体现不同专业对人才的差异化培养需求，又没有课程目标达成效果的评定，更缺乏行业专家和企业的参与，导致课堂内容与社会实际用人需求的脱节[6]。

2 构建符合OBE 理念的网络空间安全专业实践教学新体系

OBE 教育理念作为一种先进教育理念，最早于1981 年提出，并且在美国、加拿大等教育发达国家被广泛接受和普遍采用，至今已形成了一套比较完整的理论体系和实施模式，而且已被证明是高等工程教育改革的正确方向[7]。网络空间安全专业要解决上述在传统人才培养模式下存在的问题，必须引入OBE 理念。即以成果为导向，以学生的最终学习成果为目标，反向推导出能够达成这些目标的教学设计。要实现这些，需要进行以下建设和改革。

2.1 设计网络空间安全实践课程教学目标

OBE 强调以社会对专业人才的需求为导向，社会需求决定了专业的培养目标；同时，专业根据培养目标制定相应毕业要求，用以评定经过本科阶段数年的培养，在学生毕业时是否达到了这些要求条件。网络空间安全各门实践课程应该反向制定出课程的教学目标，用以支撑毕业要求中的相关指标点；并围绕课程教学目标，逆向设计和调整各门实践课程的教学内容，用以实现课程的教学目标；并明确各门课程对毕业要求相应指标点间的支撑关系。网络空间安全专业实践课程教学目标建立的逻辑关系如图1 所示。

符合OBE 理念的实践课程教学目标制定后，实践课程教学内容和教学过程由实践课程教学目标决定，由传统教学过程中教师教什么学生学什么，转变成依据产出（Outcome）目标，进行相应知识、技能的学习和培养；将传统的以教师为中心转变成以学生为中心的教学过程。

2.2 明确实践教学目标能力培养及对毕业要求的支撑

毕业要求是在学生毕业时就应当达到和具备的标准或能力，目的是实现学生毕业工作五年后能够达到培养目标。我校网络空间安全专业规定通过实践课程教学活动，应当培养学生在毕业时获得以下方面的能力和素养。

1）操作能力：能够依据学习目标或任务，合理选择并熟练使用恰当的网络安全工具、信息与自动化工具等现代工具；能够针对网络空间安全领域的复杂工程问题，对单元部件进行系统集成，设计满足多种技术因素制约条件的系统。

2）专业技术实践能力：能够融合数学、物理等自然科学知识与网络空间安全基础知识，识别和判断网络空间安全领域复杂工程问题中的关键环节和参数；能够针对网络空间安全领域复杂工程问题中的指标要求，提出解决的技术手段；能够通过建模与仿真进行参数计算、需求及功能分析，设计满足特定需求的功能模块。

3）综合工程能力：能够综合应用数学、自然科学、工程科学以及网络空间安全专业等方面的工具，发现与表述网络空间安全领域的复杂工程问题；能够依据学习目标或任务，运用适当的网络安全技术，模拟与预测该领域的复杂工程问题，设计和开发安全防御系统，并能够理解其局限性；能够针对某一过程、装置或系统的工程问题，综合利用工程知识、科学原理，设计合理的实验方案和实验步骤，对网络空间安全复杂系统或者过程进行仿真与验证；理解并掌握工程项目管理的基本原理与经济决策的整体框架、方法，理解工程项目的时间及成本管理、质量、安全及风险管理以及人力资源管理。

4）行业创新实战能力：经过合理的简化、推理与分析，综合应用网络空间安全专业多方面的知识，建立网络空间安全系统或过程的数学模型并求解；能够了解网络空间安全专业的发展方向和新技术，并在工程实践和设计中有意识地进行改进和创新；能对实验结果进行综合与分析，与理论模型比较，运用工程理论和科学原理分析差异，做出合理解释，并反馈到工程设计和实践中；能够针对网络空间安全领域复杂工程问题中的指标要求，提出解决的技术手段；能够利用工程相关知识，分析与评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。

5）沟通协同能力：能够熟练地掌握一门外语，以讲座、报告、实地考察等多种形式，拓展自身的国内与国际的社会与专业视野，开展跨文化背景下的沟通与交流；能胜任团队中个体与成员的角色，在有限的时间与资源条件下，独立或协作完成团队分配的工作。

6）人文素养：能够在实习、专业实践以及社会实践中，理解使用与网络空间安全及其它行业相关的技术标准、产业规范，尊重相关领域的知识产权和法律法规；理解环境保护和社会可持续发展的内涵和意义，理解网络空间安全领域工程实践对环境和社会可持续发展的影响；能够认识不断探索和学习的必要性，具有终身学习的意识，具有跟踪本专业学科前沿、发展趋势的能力；树立正确的世界观、人生观、价值观，具有良好的人文社会科学素养和社会责任感；能主动与本学科和跨学科的成员合作，共同组建团队，顺利开展工作，并通过相互沟通、协调与妥协，倾听其他团队成员的意见。

这些要求前四项属于专业技能要求，后两项属于综合素养要求。上述目标能力对我校网络空间安全专业毕业要求的支撑关系矩阵如表1 所示。

表1 实践目标能力对毕业要求的支撑矩阵

2.3 建设面向新工科的综合实践教学平台

实践教学平台在人才培养和专业建设中起着重要作用，它是开展实践教学、实现实践教学目标的重要保证。我校建设了以OBE 理念为核心，集网络空间安全专业课程实验、网络安全实训、网络攻防实训、CTF 竞赛训练、网络攻防靶场实战、红蓝对抗、NISP 认证培训与在线考核等功能于一体的网络空间安全综合实践教学平台，其架构如图2 所示。

图2 网络空间安全综合实践教学平台架构

该平台以云计算和虚拟化技术为基础，建立了基础训练子平台、专业课程类实践子平台、综合实训子平台，以及网安行业认证实战训练子平台，培养了学生的动手操作能力、专业技术实践能力、综合工程能力，以及网安行业创新实战能力，这些能力与之前列出的实践教学培养学生目标能力点相对应。由此可以看出，综合实践教学平台是网络空间安全实践教学活动中的重要基础设施，它对实现网络空间安全实践教学目标起到了基础支撑作用。

2.4 以实践教学基础设施为支撑，改革实践教学环节

学校不仅建设了网络空间安全专业实践教学平台，还与金信润天、天融信、绿盟、永信至诚、盛邦安全等网络安全行业企业开展了广泛的校企合作，建立了校企实训基地。依托上述基础设施，我们开展了基于OBE 理念的一系列实践教学环节改革，如图3 所示。

图3 符合OBE 理念的实践教学环节改革

以实践教学基础设施为支撑，教学团队在以下几个方面进行了改革创新。

1）改革教学方法，培养学生综合创新网络安全实践能力。把工程项目拆分带入课堂，将工程能力培养引入教学实践，培养学生解决网络空间安全复杂工程问题能力。

2）进行实践教学内容改革，优化和完善网络空间安全专业课程体系。利用网络空间安全综合实践教学平台，把课程基础实验、综合设计、科研训练、专业实习、工程实训、学科竞赛等有机融合，构建“产学研校”相结合的实践教学体系。

3）以赛促学，激发学生的学习兴趣。通过科学使用与学科竞赛相结合的实践教学平台，强化学生的实践能力，激发学生学习兴趣。

4）开展教学团队改革，促进教师队伍建设与教师教学能力提升。建立产学研校相结合的“双师型”教师团队，企业工程师与学校专业教师共同开发教学案例，促进了教师队伍建设与教学能力提升。

2.5 实践课程质量评价建设与持续改进

在以OBE 理念为导向的实践教学体系改革中，评价是至关重要的一环，是确定实践教学目标达成、实现持续改进的重要依据[8]。学校采用了包含内部评价和外部评价相结合的实践课程质量评价机制。以网络空间安全专业实习为例，该门课程包含了实习目标达成度评价、实习过程评价、实习单位评价、学生自我评价等评价方式，如表2 所示。

表2 网络空间安全专业实习教学质量评价方法

3 结束语

网络空间安全专业是一个对综合性和实践性要求很高的专业，网络空间安全人才培养是维护国家网络安全的根本基础。本文列举了网络空间安全专业在传统人才培养模式下存在的一些问题，提出了在OBE 理念下，通过设计网络空间安全实践课程教学目标，明确实践教学目标能力培养，建设综合实践教学平台，改革实践教学环节，完善实践课程教学质量评价等措施，来构建网络空间安全专业实践教学新体系。同时我们应该清楚认识到，基于OBE理念的网络空间安全专业实践教学改革是一项长期工作，需要在实践应用中不断持续改进和完善。