教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人教學內容和課程體系改革項目申報書-基于教評一體化的網(wǎng)絡安全人才 BITS 能力培養(yǎng)新模式

2023年美麗軟件科技有限公司教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目申請書項目名稱：基于教評一體化的網(wǎng)絡安全人才BITS能力培養(yǎng)新模式負責人：聯(lián)系電話：工作郵箱：學校名稱：通信地址：二○二三年七月制填表說明(1)全日制本科高校在職教師或在校學生；(2)原則上不接受之前已獲得過同類項目資助的重復2.有關項目內容、具體要求和說明請參考項目申報指3.項目負責人填寫的內容由所在單位負責審核，所填內容必須真實、可靠。4.申請書由項目負責人填寫并手寫簽名，報送所在高校主管部門審查、簽署意見并蓋章后，將掃描文件上傳到項目平臺()。項目概況(單選)項目負責人(主要教學及科研工作)獲得藍橋杯軟件設計大賽省賽二等獎2020.10操作系統(tǒng)慕課設計和制作的探究2024.6疫情下教師在線教學能力提升的探究項目主要成員(不含項目負網(wǎng)絡安全包括軟件安全測試、軟件逆向分析、程序分析等具體課程，是網(wǎng)絡空間安全、軟件工程等相關專業(yè)的一類重要課程。筆者所在課程組承擔著包括本科生在內不同層次的教學任務。本科生是一類既有強學習能力，又有強可塑造性的學生，因此，不斷探索如何利用好本科生的既有優(yōu)點，提高網(wǎng)絡安全人才的培養(yǎng)質量，具有重要意義

[1]。本文提出了以提高學生BITS能力為導向的網(wǎng)絡安全人才培養(yǎng)新路徑——BITS能力成長路徑，在具體舉措上進行新探索，包括教學過程創(chuàng)新和課程評價創(chuàng)新兩個方面，以期達到知識傳授、自主學習、思維培養(yǎng)、精神塑造的目的。1網(wǎng)絡安全人才培養(yǎng)過程中存在的問題1.1實戰(zhàn)教學不突出在過去的人才培養(yǎng)過程中，在課程內容設置方面，實踐內容在總內容中雖占有一定比例，但比重不足。因為實戰(zhàn)教學不突出，學生在課上常常產(chǎn)生講的東西在實際中是什么樣子、能干什么、有什么用等疑問，導致學生的課堂參與度不高。因此，亟須增加貼近實戰(zhàn)的教學內容。1.2自主學習不突出在過去的人才培養(yǎng)過程中，在課程內容設置方面，知識面引導還不夠寬和廣，引導學生樹立意識、激發(fā)動力，學習鉆研新的網(wǎng)絡安全知識還不足，很多方法、工具、技巧的使用還需要學生通過自主學習。而學生經(jīng)過長年考試，已經(jīng)下意識將知識分為課內課外，認為老師課上講的，是需要掌握的，課上沒有講的，就是不需要掌握的，此種觀點嚴重偏離網(wǎng)絡安全類課程的學習規(guī)律。因此，亟須引導學生樹立自主學習的意識。1.3思維培養(yǎng)不突出在過去的人才培養(yǎng)過程中，該類課程的理論內容偏重于告訴學生有什么知識，而沒有突出學生思維的培養(yǎng)，須知思維需要在實踐中培養(yǎng)。學生進入實踐課程內容學習后，常有缺乏思路、找不到思考方向之感。發(fā)生這些問題的原因還是在于缺乏意識，缺乏對目標程序功能和組件的把握，缺乏對脆弱點易發(fā)區(qū)域的敏銳性。因此，亟須增強思維意識培養(yǎng)的針對性。1.4精神塑造不突出在過去的人才培養(yǎng)過程中，在實踐內容設置方面，以基礎工具和方法的使用、自編典型脆弱程序為主，調試方便，這樣難以使學生舉一反三，將所學運用到真實案例中去，反而會使學生對網(wǎng)絡安全分析的難度有錯誤認識。又由于學生長期習慣于理論學習，容易對各種課程的動手實踐部分產(chǎn)生抵觸心理，又由于該類課程的實踐內容偏難，抵觸心理更是高發(fā)多發(fā)易發(fā)，面對困難缺乏堅持，一個分析步驟過不去就容易放棄。因此，亟須加強對學生不怕困難和繁瑣精神的塑造。2教評一體化的網(wǎng)絡安全人才BITS能力培養(yǎng)模型過去的培養(yǎng)方式存在能力提升針對性不強、思維意識塑造性不足等問題，導致學生在能力成長上參差不齊，進而，培養(yǎng)質量難以達到預期，學生較難適應和擔負未來工作。應以新的視角看待網(wǎng)絡安全人才的培養(yǎng)，即基于這類課程的本質——網(wǎng)絡安全方面的思維意識能力和動手實踐能力，著力于提高學生的綜合能力。進一步地，將網(wǎng)絡安全綜合能力定義為如下幾種能力的總和：①Base能力：網(wǎng)絡安全領域基礎知識的理解運用能力；②Initiative能力：網(wǎng)絡安全領域新知識的自主研究和學習接受能力；③Thinking能力：逆向的思維意識和對脆弱點敏銳感知的能力；④Spirit能力：面對未知困難和繁瑣過程時敢于迎難而上的精神和耐心；統(tǒng)稱為BITS能力。在計算機科學中，bit意為“位”，是計算機中最基礎、最底層之概念，bits為其復數(shù)，將網(wǎng)絡安全綜合能力概括為bits，乃“多位一體”之意。BITS能力覆蓋網(wǎng)絡安全人才的所需能力項，培養(yǎng)學生進行BITS能力生成，可以解決過去培養(yǎng)方式帶來的不足，實現(xiàn)培養(yǎng)預期，擔負未來重任。以提高學生BITS能力為導向的網(wǎng)絡安全人才培養(yǎng)新路徑——BITS能力模型如圖1所示。對圖中內容進行闡釋針對當前網(wǎng)絡安全人才培養(yǎng)過程中存在的實戰(zhàn)教學不突出、自主學習不突出、思維培養(yǎng)不突出和精神塑造不突出4個問題，在教學和評價過程中進行探索和優(yōu)化。在教學過程中，抓住理論課程的主干內容，騰出課時以增加實踐內容，強化學生Base和Initiative能力；精心遴選實驗內容，提高課程的針對性，強化學生Base、Initiative、Thinking和Spirit能力；在課堂中穿插思政元素，夯實學生的精神塑造，強化學生Spirit能力。在評價過程中，教師評閱學生提交的報告，重點關注報告中“個人心得體會”部分；學生錄制具體軟件的脆弱性調試分析過程，并跟隨視頻進行講解；請個別實驗效果好的學生上臺演示分析過程。對教學和評價兩個過程中的新做法評估效果，通過課程組教師評閱材料得出普遍感受，以及發(fā)放調查問卷，統(tǒng)計對比分析結果。根據(jù)評估的結果，評價是否達到了知識傳授、自主學習、思維培養(yǎng)、精神塑造的預期目標，同時，對做得不足或可以做得更好的地方予以反饋改進。本次項目的實施為后續(xù)企業(yè)與高校的合作搭建了平臺，具有橋梁的作用，項目實施的意義較大。2.項目培訓方式：本項目培訓的方式更加多元化，采用線上線下、理論+實踐相結合的培訓方式。大數(shù)據(jù)分析相關師資培訓研議報告及大數(shù)據(jù)分析技術相關學習資料等，。在進行線下培訓時，采用理論+實踐的培訓方式，不僅要注重理論知識，還要注重實戰(zhàn)鍛煉，在實學習成效。為了提高教師的學習效率，以及更好地掌握教師培訓情況，本項目采用以任務為導向，將培訓內容分解成每天的學習任務，最后以學習日志和課程設計的形式提交。除進行線下培訓外，還可以帶領高校教師參觀企業(yè)，組織專任教師去企業(yè)頂中去。項目實施的途徑和方式更加多元化，更具有趣味性，可以訓。3.項目培訓內容：本項目實施目的是提高教師專業(yè)技能、教學能力和課程建設水平。本項目對教師專業(yè)技能的培訓更注重教師實踐能力的提升，培訓內容不拘泥于課本理論，側重于大數(shù)據(jù)分析技術在企業(yè)中的實際應用。通過實際項目演練，加深教師對所學知識點的理解和掌握，使得教師通過培訓達到大數(shù)據(jù)專業(yè)的能力要求。3.1在教學過程中的新做法3.1.1

抓住理論課程主干內容，增加實踐內容課時梳理理論教學內容，抓住理論課程的主干脈絡和關鍵內容

[2-3]。在課時量不變的限制條件下，梳理網(wǎng)絡安全類課程的理論教學內容，抓住理論課程的主干脈絡和關鍵內容，裁減非主干脈絡的教學內容，作為選講或者學生課外自學內容，騰出的課時用于增加實踐教學內容。3.1.2

精心遴選實踐課程內容，提高實踐課程針對性在實踐內容的安排上，將重點放在實驗案例的選擇和設計上，精心選擇實驗案例，從而保證選擇的實驗案例能夠針對性提高BITS能力

[4-9]，而非隨意選擇實驗案例或使用自編典型脆弱性程序進行教學。課題組遴選出14個近年來出現(xiàn)的網(wǎng)絡安全脆弱性實例，進行仔細甄別分析，分別指出有較強針對性的能力提升項。網(wǎng)絡安全脆弱性實例與能力提升對照見表1，學生從中選擇任一實例進行實驗。具體來說：（1）Base能力：網(wǎng)絡安全領域基礎知識的理解運用能力。網(wǎng)絡安全脆弱性實例與Base能力提升內容對照見表2。（2）Initiative能力：網(wǎng)絡安全領域新知識的自主研究和學習接受能力。網(wǎng)絡安全脆弱性實例與Initiative能力提升內容對照見表3。（3）Thinking能力：逆向的思維意識和對脆弱點敏銳感知的能力。網(wǎng)絡安全脆弱性實例與Thinking能力提升內容對照見表4。（4）Spirit能力：面對未知困難和繁瑣過程時敢于迎難而上的精神和耐心。網(wǎng)絡安全脆弱性實例與Spirit能力提升內容對照見表5。3.1.3

穿插課堂思政元素，夯實學生的精神塑造在教學過程中，課程組穿插多個思政元素，夯實學生的精神塑造

[10-11]。目的主要有兩個：①一是讓學生習慣困難，使學生在實驗過程中明白，網(wǎng)絡安全分析在客觀上就是一件存在困難和繁瑣過程的事，進而通過教學過程中的激勵和課程評價的督促，使學生樹立不怕逆向分析困難和繁瑣分析過程的精神；②讓學生意識到學習該類課程的巨大效益，在互聯(lián)的時代，網(wǎng)絡安全事關國家和社會方方面面，例如引入蘋果iOS9系統(tǒng)上爆發(fā)的三叉戟（Trident）事件。2016年8月，阿聯(lián)酋一知名人權人士的iPhone6收到一條短信，稱有“阿聯(lián)酋監(jiān)獄虐囚的新秘密”，文末附有超鏈接，如果他點擊鏈接，他的這部iPhone便會被遠程控制，發(fā)件人將能看到里面的所有短信、郵件、通話記錄，并且可以追蹤到屏幕上的每一次點擊，甚至可以監(jiān)聽手機周遭的聲音，而在iPhone的屏幕上什么都看不出來。這是以色列NSO集團公司利用CVE-2016-4655、CVE-2016-4656、CVE-2016-4657三個iOS操作系統(tǒng)的0Day漏洞，再配合黑客工具“天馬”（Pegasus）實施的網(wǎng)絡襲擊

[12]。2021年7月，又有媒體報道印度疑似使用間諜軟件監(jiān)控中巴外交官，利用的黑客工具仍是NSO公司“天馬”

[13]。告訴學生從中可以看出，軟件安全能夠在政治、經(jīng)濟、軍事、社會、人權等領域產(chǎn)生巨大的效益。3.2在課程評價中的新做法理論考試不符合該類課程的評價規(guī)律，因此，網(wǎng)絡安全類課程以實踐考核為主，新做法主要有：①學生從上述實例中選擇一個進行分析復現(xiàn)，并提交脆弱性分析報告，報告中需撰寫的一項為“個人心得體會”；②利用錄屏工具，錄制分析過程，并跟隨視頻畫面進行講解；③在課時安排得開的情況下，請個別實驗效果好的學生上臺演示調試分析過程。任課教師在評價每一個學生的學習效果時，重點根據(jù)個人心得體會和錄制的講解視頻進行評價。通過本課題的研究，力求達到以下預期目標：（1）對區(qū)域代表性企業(yè)進行調查走訪，通過調查結果分析得到圍繞軟件工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求及畢業(yè)要求的解決復雜工程問題的創(chuàng)新能力需求報告；（2）校企雙方教師嘗試在嵌入式核心課程的實踐教學中將OBE教學模式進行應用，包括共同進行項目選擇、案例設計、場景設計及實施過程；（3）校企雙方教師在課程設計中加入師生協(xié)同創(chuàng)新，制定過程化考核機制，完善軟件工程專業(yè)課程體系；（4）形成帶有實踐效果的應用研究報告；（5）發(fā)表教學改革論文1-2篇。2023年8月-2023年1月：開展性工科產(chǎn)教融合、校企合作模式相關外政策及文獻的整理，并對相關文獻和法規(guī)進行研究探索，深入理解國家對新工科專業(yè)人才需求的具體標準和方向，并以此為基礎對國內知名高校新工科專業(yè)建設現(xiàn)狀進行調研，收集整理相關信息資料，通過學術交流等方式與領頭高校專業(yè)負責人和領域專家進行溝通探討，找到新工科專業(yè)與優(yōu)質企業(yè)進行產(chǎn)教融合、校企合作的型模式，新標準。2024年2月-2024年7月：對現(xiàn)有“新工科”專業(yè)校企聯(lián)合培養(yǎng)模式進行深入分析，進一步明確校企合作下的“新工科”專業(yè)辦學定位，調整課程體系架構、學分設置、課程設置，實踐實習課程內容，制定出一套更加符合國家對“新工科”專業(yè)人才在交叉學科領域中實際工作能力勝任要求的實用型課程體系。2024年8月-2025年1月：與企業(yè)協(xié)商簽訂“雙師型”教師培養(yǎng)計劃，并將雙師型教學引入專業(yè)課程教學體系，在學生專業(yè)學習、政治理論學習、思想建設和實踐學習中發(fā)揮重要作用。2025年2月-2025年4月：完善校企合作育人模式下的實踐創(chuàng)新教學體系，一方面，利用學校和企業(yè)資源，幫助學生理論結合實踐完成實習實踐學習計劃；另一方面，同時開展大學生科研訓練計劃、大學生科研活動、大學生專業(yè)學科競賽、大學生創(chuàng)業(yè)知培訓和大賽、實驗教