学科竞赛驱动的网络安全创新实践课程设计

许艳萍 仇建 叶挺聪 张桦 吴以凡 张灵均 徐明 邱洪君

1.杭州电子科技大学网络空间安全学院

2.西湖大学通识教育中心

3.杭州电子科技大学计算机学院

● 能力导向的网络安全人才培养需求

随着云计算、物联网、大数据和人工智能技术的迅速发展，网络边界逐渐模糊，现实与虚拟世界高度融合，给社会发展提供新平台、带来新机遇。但受利益驱使，网络安全事件频发，网络生态安全受到极大挑战。网络安全的坚固防御，归根结底取决于网络安全人才的能力。唯有培养一批知识丰富、能力全面、实践专精的网络安全专业人才，才能及时、有效地应对网络安全事件，全面维护风清气正的网络环境。但当下高质量的人才输出不能满足市场持续增长的需要，而且学校人才培养模式与企业实际需求之间存在一定程度的脱节现象。尤其在本科高校的新办网络空间安全学院，高学历、理论化、论文强是现下网安师资能力结构的重要标签，教学经验弱、实践能力不足等问题也在年轻的教师队伍中普遍存在。因此，如何发挥教师的知识和研究优势，填补实践教学的短板，成了亟待解决的教学难题。

网络安全的本质是人与人的信息对抗，网络安全人才的能力体现在知识、技能、素养三个方面。知识是人才自身具备的网络安全的整个知识体系，会影响其对安全场景的理解、对安全事件的判断、对安全风险的评估和对安全防御策略的规划。丰富的知识储备是保障网络安全工作顺利开展的基础。技能是人才掌握并熟练运用专业技术开展工作的能力，直接影响其对网络安全措施的部署和实施，决定网络安全防护的水平和效能。素养是人才在工作过程中表现出的综合品质，包括法律意识、思想品质、工作态度、职业操守等，严重影响其对某些特定风险和事件的认知、判断和处置。因此，在进行网络安全人才培养时，需要同时注重知识、技能、素养等方面的综合发展。

● 网络安全创新实践课程模式

1.创新实践课程理念

随着“互联网+”、物联网、5G时代来临，网络化、智能化、物联化带动了产业转型升级，网络范围不断延伸，数字资产不断升值，安全威胁的类型日渐增多，危险性逐步加剧。为应对这一形势，笔者所在学校网络空间安全学院改革了专业实践课程体系，主打以导师制、项目化、小班化为特色的创新实践课程，给予教师自由发挥的空间，调动其主观能动性和创新力，联动科研、竞赛和社会服务，坚持以赛促学、科研反哺教学等理念。

课程坚持“实践为根本，创新为导向”“课程为主体，竞赛为载体”“技术能力与非技术素养同步发展”的宗旨，通过多年的努力，形成了导师制、贯穿式、个性化的实践创新能力培养新模式。“导师制”体现实践教学贯彻全过程育人，师生之间相处长久且紧密，形成了本科生在学业中“有人找、有人问、有人教”的新格局；“贯穿式”的课内外实践设计，让学生在两三年时间内围绕某一项目或者一脉相承的系列项目获得全面锻炼；“个性化”的兴趣培养，让本科生拥有充分的选择权，实现在某一领域的个人能力突破。

2.创新实践课程实施

创新实践作为一个贯穿式的课程群，连续分布到2～4个学期，课程大纲明确规定了导师制的组织架构：一名导师负责指导15～20名学生，并连续结对指导2～4个学期，原则上不得中途更换导师。课程内容根据导师要求围绕某一方向由易到难开展，培养学生循序渐进的学习能力和解决实际问题的能力。课程形式采用分组式，学生轮流担任组长、组员等不同角色，培养学生的组织管理能力和团结协作能力。

课程具体实施方案如下：①开放课题。在课程开始前，导师根据自己的研究方向，设置课题并向学生发布课题。②师生互选。学生根据个人兴趣选择课题以及对应的导师，之后，导师查看选题的学生名单，对学生进行考查和选择，经过多轮优化匹配，确定选题结果。③项目实施。课程开展采用分组项目依托式，每个小组负责设计和完成一个项目，项目符合复杂工程问题的普遍特性，需要学生运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决。④常态考核。课程考核综合评价学生的知识积累、实践技能、管理素养等，评价点除了项目系统所需要的代码编写任务完成度外，还需包含需求分析、流程设置、进度把控、文档撰写、项目宣讲等。

3.创新实践课程成效

创新实践课程在校内已经连续开展7年，在针对毕业生的问卷调查中，毕业生对专业培养的满意度大幅提升，尤其是对“创新实践”系列课程给出高度评价，认为它是整个本科学习期间对自己最有用的一门课；而用人单位则对本校学生的实践动手能力和解决问题的综合能力高度认可。

● 网络安全学科竞赛+分组项目驱动课程开展

1.以赛导向，目标明确

近年来，网络安全方向的竞赛层出不穷，根据比赛形式和内容，可将其大体分为CTF竞赛、AWD对抗赛、系统和方案挑战赛、作品赛、知识竞赛等。为了激发学生持续学习的热情和动力，同时考虑到学生研发能力和水平，结合各类网络安全比赛的形式、内容和时间，笔者选择了全国大学生信息安全赛的作品赛作为学习和参赛的目标。在这个过程中，笔者不断督促学生抓紧时间研发作品，完善作品功能，突出作品特色，达成参赛要求。在目标明确的情况下，学生也更有学习和实践的动力，并主动扩展作品功能，积极解决困难，推动作品研发有序地进行。

2.以赛选题，迎合热点

在明确参赛目标的情况下，针对“自主组队，自主命题，自主设计”的参赛要求，根据学生兴趣和意愿，教师牵头开展队伍分组。首先，每支队伍内部讨论，确定赛题大方向，主要列举出了恶意代码检测、论坛舆情、学生信息管理等几块。其次，结合当前热点技术，如云计算、大数据、人工智能、区块链等，在教师的指导下，将热门技术与选题相融合，深入细化赛题内容，形成基于人工智能的恶意代码云检测系统、基于深度学习的大学生论坛舆情监督系统、基于区块链的大学生信息流转管理系统等课题。最后，在此基础上设计作品的架构、功能和流程，充分凸显出作品的原创性和实用性。

优秀的选题和完整的系统实现，一方面有助于从众多参赛作品中突围而出，另一方面也考验学生的学习能力和探索能力。在选题设计中，将传统技术与前沿热点技术融合，能够激发学生学习的兴趣和热情，也能拓宽学生的知识领域。从长远发展的角度看，紧随时代发展的潮流，掌握先进的技术，不仅能够奠定学生以后工作、读研的扎实基础，还能够使他们在竞争中占据优势。

3.以赛促学，积极备赛

在竞赛选题确定后，进入研发备赛阶段。教师在课程中采用开放式教学，课下指导学生围绕选题进行系统自主研发，课上开展各小组以及小组内部交流讨论。课下的学生系统研发是一个学以致用的过程，由于选题融合了传统网络安全技术和前沿热点技术，所以要求学生不仅要扎实掌握网络安全知识并编程实现，而且要不断深入学习人工智能、区块链等新技术。在掌握新技术原理的基础上，将其灵活应用于网络安全的场景中，实现创新与应用结合的网络安全作品。在每周课上的讨论中，教师一方面听取学生汇报上一周研发工作，判断是否符合系统的设计，解决学生研发过程中遇到的疑难问题，另一方面为学生讲解技术内涵，缓解自学压力，同时指导学生对下周研发工作做出合理规划。

4.决赛培养综合能力和素养

经过两个多月的努力，部分参赛系统研发完成，学生按期提交了作品成果。通过对初赛作品严格的评审和选拔，一组作品进入决赛，初步验证了竞赛驱动的创新实践课程取得了良好的成效。决赛过程需要答辩，其中包括PPT陈述、作品演示和专家提问三个环节。如果说前期的作品研发阶段是对学生知识和技能的锻炼，那么决赛答辩更多的是对综合素养的考查。

针对PPT陈述，笔者指导学生设计了PPT的结构和内容，一方面要在有限时间内完整介绍作品，另一方面要突出作品的创新和特色，吸引并打动评委。针对作品演示，为了呼应PPT的内容介绍，学生反复梳理了作品运行流程，根据应用技术的深度和难度，设计了清晰的演示路线，重点强调作品的原创点。针对专家提问，要求学生不断切换角色，从专家角度拔高看问题的角度和范围模拟专家思维，从技术人员角度充分挖掘系统的缺点做好万全准备，从学生的角度准备严谨和周全的回答让专家信服系统作品的先进性和优越性。

在整个过程中，以赛促学、以赛促练提升的绝不仅仅是网络安全方面的知识和技能，还有项目管理、团队合作、沟通表达、创新思维等多方面的综合素养。

● 总结

导师制、项目化和小班化的创新实践课程，充分发挥了青年教师的学术优势，允许教师借助自身研究专长，科研反哺教学，弥补了经验上的短板；对学生来说，该课程不仅拓展了专业知识面，使学生接触了前沿领域，而且通过对技术的研发落地，促进了学生实践创新能力的提升。但这一模式也深度依赖教师、学生的自觉性，需要有强大的教与学的内在动机做支撑。