基于OBE理念的工业云平台安全课程教学设计

摘要：文章针对工业云平台安全课程教学目标模糊、教学效果欠佳的问题，引入成果导向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念开展课程教学设计。教学实践表明，以学生为中心，以成果为导向，依托项目将理论知识与实践需求相结合，让学生在实践过程中发现和学习新知识，激发学习兴趣，提高对理论知识和实践技能的掌握，取得了较好的教学效果。所提基于OBE理念的课程教学设计可以为工业互联网安全、工业云平台安全等课程改革建设提供参考。

关键词：OBE；教学设计；工业云平台安全

中图分类号：TN915.08；G642.3文献标志码：A

0 引言

随着工业化、信息化的深度融合和工业互联网的快速发展应用，工业信息安全面临许多新的挑战［1］，针对工业领域的信息安全事件频繁发生。作为工业互联网的重要载体，工业云平台对内联接工业设备、管理生产和运营，对外提供数据和应用服务，是恶意攻击的重要目标。工业领域的数字化发展迫切需要培养能够适应工业信息安全需求的专业人才［2］。很多高校信息安全专业开设了工业互联网安全、工业云平台安全相关的课程。然而，很多课程教学目标模糊，通常仅介绍相关概念，缺少与具体攻防技术结合的训练，教学效果欠佳。天津中德应用技术大学聚焦高素质应用型人才培养，基于成果导向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念进行工业云平台安全课程教学设计，取得了较好的教学效果。

OBE理念是以成果为导向、以学生为中心，强调所有学生均能获得成功的教育理念［3-4］。基于OBE理念的课程教学设计，须解决让学生取得什么样的学习成果、如何帮助学生取得这些学习成果以及如何评价学生取得的学习成果等问题。为此，课程教学设计涵盖4个环节：确定课程教学目标、建设教学内容和资源、设计和实施教学、评价学习成果和质量。

1 确定课程教学目标

课程教学目标是课程教学设计的出发点。基于OBE理念的课程教学目标强调每个学生都能获得成功，这种成功既包括知识的增长、能力的提升，又包括素质的提高。课程目标能帮助学生明确预期学习成果，并指导教师制定能够帮助学生获得预期学习成果的教学方案，是教学内容和资源建设、教学设计和实施、学习成果和质量评价的基础。根据工业信息安全领域对学生知识、能力、素质等方面的要求，结合工业云平台安全涉及的核心概念和技术，从知识、能力、素质3个方面确定课程教学目标，具体如表1所示。

2 建设教学内容和资源

课程教学内容和资源是实现教学目标的依托。基于OBE理念的教学内容和资源建设具有开放性和动态生成性。教学内容要与学生经验相联系，尽可能贴近真实情景，避免空洞说教。教学内容的安排要符合教育教学规律，由浅入深、由易到难；同时要考虑学生的实际能力水平，安排差异化的学习计划，因材施教。教学资源建设要打破传统封闭教学模式的空间、时间限制，将学习从课堂延伸到课外，从教材拓展到各种学习资源。

工业云平台安全课程涵盖工业云平台的体系架构、安全防护框架、安全防护参考方案等理论和概念；同时，涉及安全漏洞挖掘、利用、防护等技术和方法，具有理论性强、实践性强的特点。因此，在教学内容组织上，基于真实案例情景，引入水电厂工业云平台遭到入侵的案例；以对工业云平台的渗透攻击流程为主线，通过不同的项目任务由浅入深，依次分析工业云平台的体系架构，实践工业云平台信息管理系统漏洞利用，向工业内网渗透，针对工业内网设备的攻击，建立安全防护框架和防护方案；根据具体项目任务设置不同难度目标，支持学生差异化学习。教学内容的组织关系如图1所示。

根据教学需求，笔者所在教学团队编写了《工业云平台信息安全基础》教材，同时，援引工业互联网产业联盟等专业组织发布的白皮书、技术方案等作为线上参考资料；选择《工业互联网安全》等书籍作为线下参考资料，鼓励学生自主阅读。此外，结合知名信息安全企业的工业互联网攻防虚拟靶场开发实验项目，为学生开展攻防实践提供条件。课题组提供丰富的教学资源，支持学生在教室、实验室、图书馆甚至宿舍开展学习活动。

3 设计和实施教学

天津中德应用技术大学落实“以学生为中心”的教育理念，在设计和实施教学过程中，让学生成为课堂的主角，从“教师教”向“学生学”转变，着力激发学生的学习兴趣，提高学生的学习动力。课程以介绍频发的工业信息安全事件作为导入，引领学生聚焦水电厂工业云平台遭受入侵这一典型案例，启发学生思考，引导学生“自己去发现和创造知识”。

3.1 课程思政

将思政元素融入专业课程教学，培养学生的社会责任感、担当意识、创新精神等人文素质，是促进学生全面发展并取得成功的有效方法，也是培养合格的社会主义建设者和接班人的重要举措［5］。课程通过对频发的工业信息安全事件的介绍，鼓励学生思考我国工业互联网产业应用的机遇与挑战，激发学生的学习热情和奋斗精神；贯穿各项目实践，引导学生认识到信息安全领域的斗争和博弈，增强安全意识和担当意识，提高自主学习意识和创新实践精神。

3.2 项目教学

项目教学以项目为依托，将理论知识与实践需求相结合，让学生在具体实践过程中发现和学习新知识，并结合实践加深对新知识的理解。在项目教学过程中，注重学生的主体性，发挥学生的学习主动性和积极性，教师主要进行引导、答疑和总结，形成学习知识、实践运用、总结分析、拓展提高的学习闭环，实现知识学习与能力培养的一体化。在项目教学实施时，注意弹性和个性化设置，鼓励不同实际能力水平的学生开展差异化学习，每名学生都能取得自己的学习成果。根据教学内容，课程设置了5个项目，如表2所示。

3.3 组织实施

在教学组织上，每个项目贯通课前、课中、课后3个环节。在课前环节，教师将项目任务发布给学生，组织学生以小组形式进行讨论学习，引导学生确定本项目的学习目标、了解学习资源、熟悉实践环境。在课中环节，综合运用启发式教学、翻转课堂教学等教学方法，引导学生作为课堂主体发挥积极性和主动性，在项目实践过程中通过自主学习、与教师讨论、与同学讨论等方式发现知识、学习知识，并训练技能，提高能力。在课后环节，教师引导学生针对项目实践过程进行总结分析，交流讨论遇到的问题和困难，加深对所学知识的理解；同时，引导学生进行项目拓展，在各自取得的学习成果的基础上拓展项目任务，以提高运用所学知识的能力。

针对项目实践，参照CTF竞赛设计和实施包含Build、Break和Fix 3个环节的贴近网络安全攻防真实情景的实践方案［6］。在Build阶段，引导学生构建含有相关安全漏洞的以水电厂为场景的工业云平台管理信息系统，为实施攻击准备环境。在Break阶段，组织学生相互之间进行漏洞挖掘和利用，在构建的工业云平台管理信息系统上实施渗透攻击。在Fix阶段，学生对遭受攻击的漏洞进行分析和修复。通过这3个环节，学生作为主体进行实践环境构建、渗透攻击和漏洞修复，既能够锻炼漏洞挖掘、利用的能力，又可以培养自主学习意识和创新实践精神。

4 评价学习成果和质量

对学习成果和质量的评价是课程教学设计的一个重要环节。基于OBE理念的教学评价关注学生掌握了什么、具备了什么能力，立足过程，聚焦成果，包括形成性评价和总结性评价。学习成果和质量评价促进了学生的发展。工业云平台安全课程采取多元化学习成果和质量评价，评价范围涵盖教学的各个环节，过程性评价占总评的40%，总结性评价占总评的60%。课程的考核方式和评价标准如表3所示。

总结性评价60%综合能力60考查范围涵盖课程教学全部内容的期末闭卷考试，重点考查基础知识、基本技能的掌握情况和综合运用知识解决问题的能力，卷面满分为100分

5 结语

基于OBE理念的工业云平台安全课程教学设计，以学生为中心、以成果为导向，立足专业人才培养标准和人才市场需求，明确课程教学目标，精心设计教学内容、教学资源、教学方法、教学组织以及学习成果和质量评价。在课程教学具体实施过程中，以项目为依托，通过教师的引导和启发，学生主动发现知识、学习知识；同时，在贴近网络安全攻防真实情景的实践活动中，学生作为主体构建实践环境，进行渗透攻击和漏洞修复，既锻炼了漏洞挖掘、利用的能力，又培养了创新实践精神。通过教学实践，学生的学习兴趣明显提高，对理论知识和实践技能的掌握情况变得更好，学习主动性和自主学习意识也显著增强。当然，课程教学的育人成效难以被简单地评判，学生学习工业云平台安全课程的成果可能需要结合其他课程乃至将来在工作岗位上的表现才能充分体现。

基于OBE理念的课程教学改革是持续提高课程教学质量和育人成效的一种有效途径。本文在OBE理念指导下的工业云平台安全课程教学设计是一次有益的尝试，有效促进了教学质量和育人成效的提高，值得高校信息安全专业开设工业互联网安全、工业云平台安全等相关课程参考和推广。

参考文献

［1］龚志杰.试论工业互联网信息安全问题及防护技术［J］.中国信息化，2022（9）：67-68.

［2］曹学勤.工业信息安全人才队伍建设研究［J］.网络安全和信息化，2024（2）：12-14.

［3］杨屿航，马金晶.基于OBE理念的课程教学设计研究［J］.教育进展，2023（1）：273-279.

［4］王敏，吴震，杜之波.基于OBE理念的网络攻击与防御课程教学设计［J］.电脑知识与技术，2023（21）：155-158.

［5］张海燕，邹立仁，高树风.OBE理念下计算机网络课程教学改革研究［J］.科技风，2023（28）：97-99.

［6］徐伟光，王保华，曹铁勇，等.基于OBE理念的应用密码学课程教学改革［J］.计算机教育，2023（11）：99-103.

Teaching design of industrial cloud platform security course based on OBE concept

Abstract： In order to solve the problem of vague teaching objectives and poor teaching effect of industrial cloud platform security course， this paper introduces the concept of outcomes-based education （OBE） to carry out course teaching design. The teaching practice shows that the student-centered， result-oriented， and project-based combination of theoretical knowledge and practical necessities allow students to discover and learn new knowledge in the process of practice， stimulate their interest in learning， improve their mastery of theoretical knowledge and practical skills， and achieve good teaching results. The course teaching design based on the OBE concept in this paper can provide a reference for the reform and construction of industrial Internet security and industrial cloud platform security.

Key words： OBE; teaching design; industrial cloud platform security