楊宏宇，姜來(lái)為，熊育婷，鐘安鳴，王 靜，崔 鴻，付 宇

（中國(guó)民航大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，天津 300300）

0 引 言

目前，信息安全產(chǎn)業(yè)已成為國(guó)家安全的戰(zhàn)略性核心產(chǎn)業(yè)并以每年超過(guò)30%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，但是，由于我國(guó)信息安全本科專業(yè)的規(guī)模所限，導(dǎo)致我國(guó)信息安全高素質(zhì)、高技能人才缺口巨大。習(xí)近平總書記對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)問(wèn)題高度重視，在2016 年4 月19 日網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作座談會(huì)上指出，“網(wǎng)絡(luò)空間的競(jìng)爭(zhēng)，歸根結(jié)底是人才競(jìng)爭(zhēng)。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)，沒(méi)有一支優(yōu)秀的人才隊(duì)伍，沒(méi)有人才創(chuàng)造力迸發(fā)、活力涌流，是難以成功的。念好了人才經(jīng)，才能事半功倍”。為此，國(guó)內(nèi)多個(gè)高校開展了基于專業(yè)工程教育認(rèn)證[1]、基于新工科[2]和以問(wèn)題為導(dǎo)向[3]的信息安全專業(yè)教學(xué)體系改革探索和實(shí)踐。

作為我國(guó)信息安全重點(diǎn)領(lǐng)域，民航行業(yè)急需一大批能解決網(wǎng)絡(luò)信息安全實(shí)際問(wèn)題的“三型”人才，即技能型（實(shí)用型）、工程型、創(chuàng)新型人才。近年來(lái)，信息安全專業(yè)人才培養(yǎng)工作和專業(yè)綜合化改革進(jìn)展順利[4]，但與日趨嚴(yán)峻的國(guó)家和民航行業(yè)網(wǎng)絡(luò)空間安全形勢(shì)和專業(yè)崗位需求不相適應(yīng)，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）理論教學(xué)與工程實(shí)踐、技能演練和實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練的聯(lián)系不夠緊密；

（2）畢業(yè)生的網(wǎng)絡(luò)與信息安全工程能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力不足，分析和解決網(wǎng)絡(luò)信息安全實(shí)際問(wèn)題的能力普遍較弱；

（3）在信息安全崗位技能、網(wǎng)絡(luò)攻防技能（實(shí)戰(zhàn)能力）、工程實(shí)踐能力和安全管理能力的培養(yǎng)方面，與社會(huì)和民航行業(yè)對(duì)人才的專業(yè)能力和綜合素養(yǎng)要求還存在差距。

信息安全專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)的工學(xué)專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)是信息安全專業(yè)教育的重要組成部分，是提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和崗位任職能力的重要途徑。因此，探索并構(gòu)建面向?qū)嵺`能力培養(yǎng)的信息安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系對(duì)培養(yǎng)和提高信息安全專業(yè)學(xué)生的“3 個(gè)能力”（即專業(yè)崗位技能、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力）具有重要意義。

1 信息安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系

1.1 信息安全專業(yè)綜合實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)

依照信息安全專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范[5]，以學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)、專業(yè)課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐、專業(yè)技能競(jìng)賽和專業(yè)創(chuàng)新競(jìng)賽為重點(diǎn)，研究“3 個(gè)能力、3 個(gè)過(guò)程”的信息安全專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)途徑和平臺(tái)構(gòu)建策略，即在實(shí)踐類課程教學(xué)、創(chuàng)新活動(dòng)、競(jìng)賽過(guò)程（3 個(gè)過(guò)程）中達(dá)成實(shí)現(xiàn)技能、工程、創(chuàng)新能力（3 個(gè)能力）需求的實(shí)踐能力培養(yǎng)途徑。

重點(diǎn)圍繞綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目實(shí)踐和創(chuàng)新能力3 個(gè)維度提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和專業(yè)技能。以課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)課堂為基礎(chǔ)，以綜合課程實(shí)踐、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、各類學(xué)科競(jìng)賽和企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等為拓展，形成課內(nèi)外一體化、校內(nèi)外資源整合的理論與實(shí)踐有機(jī)融合的信息安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。以中國(guó)民航大學(xué)信息安全專業(yè)為例，在2020 版信息安全專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂過(guò)程中，根據(jù)本科教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[6]和信息安全專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范[5]，重點(diǎn)修訂并完善專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系（如圖1 所示），構(gòu)建由專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課組成的課內(nèi)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)（詳見圖1 左側(cè)））和課外開發(fā)實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（詳見圖1右側(cè)）；同時(shí)，為了有效支撐該體系的建設(shè)和完善，提出信息安全專業(yè)的實(shí)踐平臺(tái)架構(gòu)，包括大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地、信息安全技術(shù)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)室、科研基地和企業(yè)實(shí)踐基地（詳見圖1 右側(cè)）。

圖1 信息安全專業(yè)2020 版培養(yǎng)方案中的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系

在信息安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)和實(shí)施期間，信息安全專業(yè)應(yīng)在部分學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)選修課的教學(xué)中開展相關(guān)探索和實(shí)踐，在應(yīng)用密碼學(xué)、網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御、民航信息安全管理、計(jì)算機(jī)病毒、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)開發(fā)與數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)踐等課程中，設(shè)計(jì)并實(shí)施針對(duì)性較強(qiáng)的工程化實(shí)踐教學(xué)方案和綜合工程訓(xùn)練項(xiàng)目。

1.2 專業(yè)課程教學(xué)的實(shí)訓(xùn)實(shí)踐體系框架設(shè)計(jì)

基于項(xiàng)目式和工程化理念的信息安全專業(yè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)實(shí)踐體系框架如圖2 所示。為了培養(yǎng)符合相關(guān)崗位需求的專業(yè)人才，將項(xiàng)目式的工程化改革理念落實(shí)到專業(yè)各課群（課程）教學(xué)方式方法改革中，應(yīng)用工程教育的理念開展項(xiàng)目式的課程實(shí)踐教學(xué)，突出以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的教育理念。從專業(yè)課程理論與基本技能、課群理論應(yīng)用與技術(shù)開發(fā)和綜合工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力3個(gè)層次出發(fā)，分別設(shè)計(jì)初級(jí)、中級(jí)和高級(jí)實(shí)訓(xùn)實(shí)踐項(xiàng)目。

圖2 信息安全專業(yè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)實(shí)踐體系框架

在密碼學(xué)課群、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全和民航信息系統(tǒng)安全課群中分別設(shè)計(jì)初級(jí)實(shí)踐項(xiàng)目和中級(jí)實(shí)踐項(xiàng)目，在民航信息安全管理和信息安全綜合課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐中設(shè)計(jì)高級(jí)項(xiàng)目，在課程實(shí)踐教學(xué)中體現(xiàn)工程化改革思路，采用分級(jí)的實(shí)踐項(xiàng)目訓(xùn)練方法，以激發(fā)不同層次的學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

以中國(guó)民航大學(xué)為例，其信息安全專業(yè)以密碼學(xué)課群中的應(yīng)用密碼學(xué)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全課群中的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全，民航信息系統(tǒng)系統(tǒng)安全課群中的計(jì)算機(jī)病毒和網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御課程為試點(diǎn)，開展初級(jí)實(shí)踐項(xiàng)目和中級(jí)實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，具體實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)見表1—表3。

表1 應(yīng)用密碼學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目

表2 網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐項(xiàng)目

表3 計(jì)算機(jī)病毒實(shí)踐項(xiàng)目

初級(jí)項(xiàng)目的設(shè)立目標(biāo)是強(qiáng)化信息安全專業(yè)學(xué)生對(duì)專業(yè)課程的理論和知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)際操作理解某個(gè)專業(yè)理論和知識(shí)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)原理、實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)措施，使其具備對(duì)某個(gè)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)的技術(shù)驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)能力。采用的教學(xué)方式為課程的案例教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，由教師進(jìn)行案例演示并由學(xué)生完成驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

中級(jí)項(xiàng)目的設(shè)立目標(biāo)是提升信息安全專業(yè)學(xué)生對(duì)某個(gè)課群涵蓋的專業(yè)理論及方法的理解和運(yùn)用能力，通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)項(xiàng)目的訓(xùn)練，使學(xué)生具備分析和解決某個(gè)課群知識(shí)體系中的工程問(wèn)題的能力和實(shí)踐技能。采用的教學(xué)方式為課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的綜合性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，由學(xué)生獨(dú)立完成一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)或獨(dú)立完成開發(fā)類項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

高級(jí)項(xiàng)目的設(shè)立目標(biāo)是提升信息安全專業(yè)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的全面理解和綜合運(yùn)用能力，通過(guò)復(fù)雜工程項(xiàng)目的訓(xùn)練，使學(xué)生深刻理解如何綜合運(yùn)用專業(yè)理論知識(shí)和技術(shù)方法分析并解決復(fù)雜工程問(wèn)題，從而使學(xué)生具備一定的工程實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力。采用的教學(xué)方式為專業(yè)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐（集中實(shí)訓(xùn)實(shí)踐項(xiàng)目訓(xùn)練）和畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過(guò)布置若干綜合性的工程實(shí)踐項(xiàng)目，在企業(yè)實(shí)訓(xùn)教師和專業(yè)教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生自主選題并獨(dú)立完成工程實(shí)踐項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

以信息安全綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程為試點(diǎn)，開展高級(jí)實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，具體高級(jí)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)見表4。

表4 信息安全綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目（高級(jí)）

2 信息安全專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)平臺(tái)規(guī)劃與建設(shè)

參照信息安全專業(yè)教學(xué)綜合實(shí)踐體系，為適應(yīng)信息安全專業(yè)快速發(fā)展的需要，進(jìn)一步滿足對(duì)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)滲透測(cè)試的實(shí)踐能力培養(yǎng)和信息安全的綜合實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的要求，還應(yīng)積極規(guī)劃并設(shè)計(jì)信息安全綜合實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，以中國(guó)民航大學(xué)為例，架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3 所示。

一方面，信息安全專業(yè)依托計(jì)算機(jī)學(xué)院，與企業(yè)合作簽署在線教學(xué)平臺(tái)協(xié)議，開通“中航大信息安全技術(shù)平臺(tái)”；另一方面，實(shí)施并完成網(wǎng)絡(luò)與信息安全子實(shí)驗(yàn)室的擴(kuò)建項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的更新升級(jí)工作。

圖3 信息安全專業(yè)綜合實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)架構(gòu)

為了滿足信息安全專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)的緊迫需要，分兩期完成網(wǎng)絡(luò)攻防演練競(jìng)賽平臺(tái)的建設(shè)和擴(kuò)建，重點(diǎn)建設(shè)“實(shí)訓(xùn)+實(shí)戰(zhàn)”教學(xué)環(huán)節(jié)必要的教學(xué)手段及練兵操作。在滿足多門專業(yè)課教學(xué)需求的基礎(chǔ)上，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻防、防火墻與VPN、身份認(rèn)證和無(wú)線安全等模塊進(jìn)行升級(jí)，進(jìn)一步構(gòu)建“實(shí)訓(xùn)”仿真環(huán)境，提供能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)攻防演練和奪旗錦標(biāo)賽的高級(jí)網(wǎng)絡(luò)攻防演練環(huán)境。

信息安全實(shí)戰(zhàn)演練內(nèi)容取材信息安全產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合信息安全教學(xué)規(guī)律，進(jìn)行科學(xué)轉(zhuǎn)化。引入多模態(tài)教學(xué)，根據(jù)教學(xué)需要為學(xué)生選擇一種或多種教學(xué)方法，并將其合理運(yùn)用在信息安全實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中。從學(xué)生的角度，學(xué)生能夠體驗(yàn)練習(xí)、考核、選關(guān)、闖關(guān)和知識(shí)對(duì)抗等多種實(shí)戰(zhàn)模式，并在網(wǎng)絡(luò)攻防、軟件安全、Web 安全等數(shù)個(gè)演練專區(qū)進(jìn)行專項(xiàng)實(shí)訓(xùn)操作和實(shí)踐演練；從教師的角度，教師能夠快速編輯實(shí)戰(zhàn)題目，定義演練專區(qū)，選擇實(shí)戰(zhàn)模式，設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)關(guān)卡，制定對(duì)抗規(guī)則，構(gòu)建對(duì)抗環(huán)境，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間安全的技術(shù)發(fā)展和行業(yè)崗位需求動(dòng)態(tài)調(diào)整訓(xùn)練題目和項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)踐，網(wǎng)絡(luò)攻防演練競(jìng)賽平臺(tái)為培養(yǎng)信息安全實(shí)戰(zhàn)技能，助力學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)提供了良好的抓手，取得了較好的效果。近兩年，本專業(yè)學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生信息安全競(jìng)賽創(chuàng)新能力實(shí)踐賽（技能賽）中均獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，相當(dāng)比例的畢業(yè)生在知名信息安全企業(yè)和IT 企業(yè)就業(yè)。

3 實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)的校企合作

為了提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力并了解社會(huì)需求，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)的知識(shí)和能力對(duì)接，還應(yīng)與多個(gè)信息安全企業(yè)開展卓有成效的人才培養(yǎng)校企合作，圍繞信息安全專業(yè)技能和能力培養(yǎng)，積極推進(jìn)與行業(yè)單位和優(yōu)秀信息安全企業(yè)的聯(lián)合辦學(xué)。以中國(guó)民航大學(xué)為例，該校目前已開展“網(wǎng)絡(luò)與信息安全工程”和“網(wǎng)絡(luò)工程”兩個(gè)方向的實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)校企合作項(xiàng)目，合作企業(yè)包括：?jiǎn)⒚餍浅叫畔⒓夹g(shù)有限公司等信息安全企業(yè)和天津機(jī)場(chǎng)、奧凱航空等民航企業(yè)。上述企業(yè)參與信息安全專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃修訂、校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、校內(nèi)外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、信息安全聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等專業(yè)建設(shè)和實(shí)習(xí)實(shí)踐基地建設(shè)工作，并在實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)合作項(xiàng)目中承擔(dān)實(shí)訓(xùn)教學(xué)和實(shí)踐指導(dǎo)工作。

在實(shí)踐訓(xùn)練教學(xué)合作項(xiàng)目中，采取“訓(xùn)+聘”結(jié)合的教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)方式，聘請(qǐng)具有豐富行業(yè)、企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和授課能力強(qiáng)的企業(yè)技術(shù)專家擔(dān)任實(shí)踐主講教師，本專業(yè)教師擔(dān)任輔導(dǎo)教師，由雙方教師組成考核組，完成學(xué)生的實(shí)訓(xùn)課程結(jié)課考核和成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)。

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)4 年的信息安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的探索和實(shí)踐，中國(guó)民航大學(xué)信息安全專業(yè)的工程化實(shí)踐教學(xué)體系得到了逐步建設(shè)和完善，學(xué)生的專業(yè)綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力明顯提高，畢業(yè)生的就業(yè)質(zhì)量和就業(yè)率大幅提升，民航單位和社會(huì)對(duì)本專業(yè)畢業(yè)生的認(rèn)可度、好評(píng)度逐年提高。

未來(lái)，本專業(yè)將根據(jù)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略發(fā)展和人才需求，不斷完善專業(yè)人才培養(yǎng)的理論教學(xué)體系和實(shí)訓(xùn)實(shí)踐體系，培養(yǎng)更多滿足國(guó)家和行業(yè)需求的合格專業(yè)人才。