结合竞赛模式的信息安全专业项目式实践教学
作者: 刘耀宗 龙华秋 容振邦
[摘 要] 项目式实践教学可以有效提升信息安全专业实践类课程的教学效果,且信息安全竞赛对提高学生项目式实践能力有重要作用。针对地方应用型高水平理工类大学中信息安全专业实践类教学要求,以及工程教育认证的需要,分析了信息安全本科专业的实践类教学面临的问题与困境。在产教融合理念指导下,遵循协同育人机制,以项目式实践教学为抓手,并结合竞赛模式,提出了适合地方高校信息安全专业实践类课程的建设具体措施和相关步骤。
[关键词] 竞赛模式;信息安全专业;项目式实践教学
[基金项目] 2020年度五邑大学校级本科教学质量与教学改革工程项目“结合竞赛模式的信息安全专业项目式教学研究”(JX2020036);2018年度教育部产学合作协同育人项目“网络安全联合实验室”(201801154091)
[作者简介] 刘耀宗(1974—),男,江苏南京人,博士,五邑大学智能制造学部讲师,主要从事信息安全研究;龙华秋(1988—),男,广东湛江人,硕士,五邑大学智能制造学部实验师/工程师,主要从事信息安全研究;容振邦(1979—),男,广东江门人,博士,五邑大学智能制造学部专任教师/讲师,主要从事量子安全研究。
[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324(2023)09-0000-04 [收稿日期] 2022-06-06
引言
信息安全专业非常重视学生的实战能力,实践教学是整个教学环节中极其重要的一环。目前,地方高校严重缺乏信息安全和实践性教学环境,校企合作协同育人机制是很好的补充方案[1]。信息安全竞赛是提高学生实战能力一条捷径,采用“以赛促学”的教学模式,可以提高实战能力,因此,高校在逐步探索“竞赛演练 + 理论学习”的创新安全人才培养机制[2]。
2018年,由教育部牵头,西普教育公司参与的“产学合作校企协同育人”项目计划,为五邑大学信息安全实践教学改革提供了契机。五邑大学负责提供约100平方米的实验场地,用于申报信息安全本科专业工程教育认证的实验室场所建设用地。五邑大学与西普教育公司的校企联合实验室为信息安全专业提供了实践环节内容,有效地提高了信息安全专业学生的实践动手能力。通过引入西普公司丰富的在线实验云平台及相关的实验环境、课程资源、实习实训等多种资源,有力地促进了信息安全专业实践教学的发展。
联合实验室作为信息安全实践教学基地,结合信息安全竞赛模式开展了项目式实践教学活动。在四年实践中取得了明显成效,不但会圆满地完成了信息安全专业实践教学任务,还帮助学生在省级和市级各类信息安全竞赛活动中取得了优异的成绩,为将来进行信息安全专业的工程教育认证打下了扎实基础。联合实验室面向全校所有信息安全专业学生开放,不仅能够支撑信息安全专业本科教学的各种实践性课程实验,还能够向信息安全专业本科生提供课外的信息安全竞赛活动基地。
一、信息安全专业实践教学存在的问题
地方高校受师资和硬件设施限制,信息安全专业的实践教学一直是个“困难户”。五邑大学从2010年设立信息安全专业以来,实践教学长期存在以下几个问题。
(一)实验室建设存在严重误区
信息安全实验室与传统的计算机专业实验室有很大不同,需要把类似CTF(Capture The Flag)信息安全竞赛平台作为建设方案。目前,较好的解决方案是采用虚拟仿真实验平台。此平台针对目前大规模真实信息网络环境搭建的高成本、信息流不可逆/不可视、网络攻击对网络设备的不可逆破坏性等问题,坚持以学习者为中心的教学理念,以培养学习者具备网络安全综合攻防实战能力为目标。2018年,五邑大学与西普教育公司合作采用的网络空间安全系统虚拟仿真实验平台,不但成为信息安全专业课程的实验平台,还提供了信息安全竞赛的实训平台。
(二)极度匮乏双师型信息安全专业师资
地方高校匮乏双师型信息安全专业师资,大多数信息安全专业高校教师缺乏信息安全专业的一些实战技巧。受高校人才引进政策与条件限制,学历不达标但实战能力强的信息安全人才无法通过普通招聘流程进入高校工作。目前,五邑大学通过与信息安全龙头企业合作,柔性引进信息安全企业人才作为双师型兼职教师。学校教务处灵活安排信息安全专业的课程教学时间,将一些实践性强的课程安排在晚上或周末,方便双师型兼职教师授课。
(三)达不到工程教育认证要求
工程教育认证对信息安全专业的实践教学有着较高的实验环境要求[3]。五邑大学对照工程教育认证要求,重新修改了信息安全专业的人才培养方案,新方案对实践教学有较高要求,并将“计算机取证技术”“网络渗透技术”“网络安全技术”等课程设立为2学分的实践类课程,教学上采取结合竞赛模式的项目式教学手段。
二、结合竞赛模式的信息安全专业项目式实践教学
五邑大学与西普教育公司共同建设的信息安全实践教学基地为综合性校企合作共建示范性联合实验室。联合实验室共建双方共同为实验室制订师资工程实践培训计划,按照实验室建设规划合作开展师资培训。企业技术团队与学校教师共同制订并修订专业人才培养方案,凝练实验教学项目资源、项目案例及课件研发,推出精品示范性实践教学内容。联合实验室利用企业熟知行业职业岗位能力标准的便利,为联合实验室培养的优秀毕业生就业推荐工作。
在工程教育专业认证的要求下,信息安全的专业建设,尤其是实践性课程需要一次深度改革。目前,已有将学科竞赛成功融入信息安全实践类课程体系的案例[4]。因此,高校紧跟信息安全的行业发展动态,结合竞赛模式并适应企业需求,是深化校企合作、探索校企协同育人机制的必然要求。
通过引入各类企业举办的信息安全竞赛机制,拉近了学校和企业的距离,以赛代练,学校与企业深度融合,在校企合作人才培养上做了一些尝试,希望后续双方在师资培训、教材编制、学生实习、产学研合作、共建实验室等方面有更加深入合作。通过这种深度合作,有助于加快我国信息安全人才培养的进度,不断缩小企业对未来人才需求的差距,为行业培养出更多复合型人才,以契合新时代对信息安全行业人才的需要。
(一)信息安全专业实践基地的建设
信息安全是一个实践性很强的专业,对实验室的建设要求较高。我们采取了校企合作方式共同建设信息安全实践基地方案,并由企业派遣高级技术人员参与学校的课程体系建设和专业课授课环节。校企协同育人的信息安全联合实验室既可以满足我校信息安全专业实践课的教学使用足球,也可成为学生的竞赛培训基地,进而促进专业建设和教学创新改革。该项目能够深化现有的合作,为进一步信息安全专业的工程教育认证打下了坚实基础。
信息安全竞赛通常选取信息安全行业企业真实场景,围绕攻击与防守设计竞赛内容。结合信息安全竞赛的项目式实践教学是较为可行的模式,信息安全竞赛采用实际应用中出现的关键技术问题,更加贴近现实应用,更强调应用的创新性。
校企合作信息安全实践基地建设需要关注以下三个方面。
1.建立信息安全方面的相关教学软硬件环境,软件环境主要是教学案例、教学过程管理平台,并考虑今后向在线云端扩展。
2.信息安全实践环境符合当代工程教育理念和规范,能够自定义教学流程和考核方式,灵活配置实践案例,注重过程性成果评审、修正和考核。
3.满足个人/团队实训模式的需要,能模拟真实的信息安全实战场景。
(二)结合竞赛模式的信息安全实践基地实施步骤
通过近四年的校企合作信息安全实践基地建设工作,探索了一条切实可行的方案,大致可分为以下四个阶段。
第一阶段:信息安全实践课平台建设。本阶段建设的重点是建设信息安全专业实验教学系统,建立仿真虚拟在线实验平台,解决信息安全专业的实验教学平台使用需求。训练学生能利用相关的工具或者应用技术,提高网络安全技术应用能力。五邑大学采用西普教育公司提供的网络安全虚拟仿真实训平台,可设计不同实验场景、不同实战环境供学员进行实战演练。同时,通过校企双方制定的培训体系和校企合作两大体系完善信息安全实验室的建设,形成从教学培养到社会实践的完整的人才培养方案,为信息安全人才培养提供了类似实战的实践环境。
第二阶段:信息安全实习实训基地建设。本阶段建设的目标是构建信息安全专业学生的实习实训基地。基地与相关企业联合,能够提供信息安全服务、安全运维、客户技术支持等方面的实习岗位,主要面向信息安全专业的3年级或4年级学生。学生经过筛选后会按照学生的实际能力和个人意愿,被分配到不同的岗位,由所在小组的项目经理负责指导工作和分配任务。实习实训以学校教学计划和培养方案为基础,以企业岗位需求为导向,制定专门的实训课程,帮助学生掌握相关岗位的入门技能,了解信息安全企业的真实管理过程,提升工作实践能力和就业竞争力。
第三阶段:信息安全竞赛平台建设。本阶段建设的目标是构建信息安全技能竞赛平台,提供信息安全完整项目的演练与训练,在训练营中可以实现以真实的行业场景为基础,并提供模拟仿真的项目环境。通过举办网络攻防实战竞赛,让学生设身处地进行信息安全学习和训练,从实战中检验能力。依托符合企业要求的信息安全技能竞赛平台构建的竞赛环境和竞赛资源,可以组织各种类型的信息安全竞赛,开展相关活动,提升学生学习的兴趣与综合应用能力,进而提升我校信息安全专业课程的对外影响力,同时联合实验室也可以作为信息安全专业平时竞赛活动基地。
第四阶段:信息安全专业教学科研平台建设。本阶段建设的目标是构建信息安全科研平台,实现信息安全技术研究与成果应用。有效地支撑起专业教师开展教学研究,联合研发一系列精品课程和特色教材,实现科研成果向教学一线的有效转化。地方高校的信息安全专业在科研创新领域缺乏有效的技术手段与科研环境,无法将最新的行业技术成果在高校教学中更新。因此,要构建信息安全专业教学科研平台,研究探索信息安全领域的前沿应用技术,为信息安全专业教学创新提供保障。
(三)产教融合理念下结合企业竞赛的项目式实践教学体系
在产教融合理念下,应遵循校企双方协同育人机制,实行“2+1+1”培养体系,即第1~4学期在学校完成基础课程,第5、6学期通过参加企业信息安全竞赛,提升专业技能与实战能力,第7、8学期可以进企业进行专业实习,完成毕业设计。目前,项目式教学有成功应用于产教融合的案例[5],因此,在结合企业竞赛的校企合作协同育人培养体系中,我们采用了项目式实践教学方法。
结合信息安全竞赛的项目式实践教学过程如图1所示。参加信息竞赛不但可以有效促进参赛队伍间的关系融洽、学科内知识的融会贯通、不同学科间的学科交叉融合,还可以促进学界和业界合作关系的融合,即产教融合。在产教融合理念指导下的信息安全核心专业课程授课过程中,在校内完成理论教学内容的同时,要结合竞赛模式开展项目式实践教学。
结合竞赛模式的信息安全专业项目式实践教学要注意以下三点。
1.要选择合适的项目式实践教学内容。要根据学生的实际动手能力选择合适的项目式教学内容,过难过易都不合适。根据学生的学习情况与接受程度,选择合适的项目式实践教学内容。
2.项目式实践教学中的成员组队与管理是关键。要根据学生的不同水平组织为水平不同的竞赛团队,其中每个团队的组长要具备一定的组织能力。
3.最终目的是实现实践教学与理论教学的相互协调促进,培养不同类型的人才。结合竞赛模式的项目式教学可以极大地挖掘学生的潜力,特别是能促进一些理论成绩不够出色但实战能力强的学生实现逆袭,成为就业明星。
结语
本文探讨了在校企合作的产教融合理念下,结合竞赛模式的信息安全专业项目式实践教学建设方案,探索了应用型本科院校信息专业校企协同育人的长效机制,并将相关企业竞赛项目引入信息安全专业实践教学,做好信息安全专业的实践类课程体系建设(包括实训设备与实训室建设)。经过几年实践发现,结合竞赛模式的信息安全专业项目式实践教学能够有效促进地方高校信息安全专业的实践教学水平,提升信息安全专业学生的实践能力,增强地方高校信息安全学科真正的竞争力,为下一步工程教育专业认证工作奠定基础。