網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科人才培養(yǎng)機(jī)制探索

李錦青，底曉強(qiáng)，2，母一寧，管紅梅

（1.長(zhǎng)春理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院；2.長(zhǎng)春理工大學(xué)信息化中心；3.長(zhǎng)春理工大學(xué)理學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130022）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及與信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們每天都頻繁地使用網(wǎng)絡(luò)獲取和傳輸信息，許多日常活動(dòng)都要在網(wǎng)絡(luò)空間中進(jìn)行。然而信息技術(shù)的濫用給網(wǎng)絡(luò)空間安全帶來(lái)的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻，網(wǎng)絡(luò)攻擊和威脅持續(xù)存在，且手段越來(lái)越隱蔽和高級(jí)，網(wǎng)絡(luò)空間安全問(wèn)題愈發(fā)凸顯，但維護(hù)網(wǎng)絡(luò)空間安全的人才卻嚴(yán)重短缺。目前，理論與實(shí)踐操作能力兼?zhèn)涞木W(wǎng)絡(luò)空間安全人才供需嚴(yán)重失衡，而培養(yǎng)該類人才的高校普遍缺乏網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)踐場(chǎng)景，導(dǎo)致學(xué)生理論功底強(qiáng)、實(shí)戰(zhàn)能力弱，畢業(yè)后很難滿足用人單位的要求。社會(huì)上的大多數(shù)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)沒(méi)有合格資質(zhì)，僅能傳授基礎(chǔ)知識(shí)，無(wú)力培訓(xùn)具有較強(qiáng)實(shí)踐能力的網(wǎng)絡(luò)空間安全人才。鑒于以上原因，目前我國(guó)網(wǎng)絡(luò)空間安全人才數(shù)量少且質(zhì)量不高，迫切需要建立、完善并落實(shí)全面有效的人才培養(yǎng)機(jī)制。

近年來(lái)，高校相繼開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)空間安全人才培養(yǎng)機(jī)制的探索與研究，取得了一定成果。例如，肖蓉等探索了網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)人才培養(yǎng)模式，主要分析了該專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)、教育資源、學(xué)科特點(diǎn)、行業(yè)特色等，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了以能力為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式及實(shí)施途徑；胡曦月從科研和教學(xué)兩方面提出新形勢(shì)下網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科建設(shè)與人才培養(yǎng)改革的具體措施，即在科研方面打造精品科研團(tuán)隊(duì)，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化；在教學(xué)方面注重產(chǎn)學(xué)研一體化，以賽促學(xué)、以賽促教，進(jìn)一步提升學(xué)生的專業(yè)技能水平和實(shí)踐能力；李永忠等探究了專業(yè)認(rèn)證視域下信息安全專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，以工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)重構(gòu)了人才培養(yǎng)方案。

以上研究構(gòu)建的人才培養(yǎng)模式均未給出具體教學(xué)方法、課堂教學(xué)流程及實(shí)踐方案。為此，本文深入分析網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容配置特點(diǎn)以及實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)困境，提出教學(xué)方法設(shè)計(jì)方案和評(píng)價(jià)體系優(yōu)化策略，采用基于學(xué)習(xí)目標(biāo)的多維教學(xué)方法明確課堂教學(xué)流程；同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，開(kāi)設(shè)多元化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培訓(xùn)，進(jìn)行最新商業(yè)實(shí)踐案例講解，搭建攻防環(huán)境進(jìn)行模擬練習(xí)，開(kāi)展各種課外拓展訓(xùn)練，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，全面培養(yǎng)其實(shí)踐能力。

1 網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科介紹

網(wǎng)絡(luò)空間是所有信息系統(tǒng)的集合，是人類賴以生存的信息環(huán)境，因此維護(hù)網(wǎng)絡(luò)空間安全至關(guān)重要。目前，信息技術(shù)及其工業(yè)應(yīng)用空前繁榮，網(wǎng)絡(luò)空間安全問(wèn)題越來(lái)越突出，黑客攻擊、惡意軟件入侵、計(jì)算機(jī)犯罪和侵犯隱私等不良行為給人們?nèi)粘Ｉ顦?gòu)成巨大威脅。為滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)技術(shù)人才需求，2015 年6 月，國(guó)務(wù)院根據(jù)《學(xué)位授予和人才培養(yǎng)學(xué)科目錄設(shè)置與管理辦法》，決定在工學(xué)門(mén)類下增設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間安全一級(jí)學(xué)科。網(wǎng)絡(luò)空間安全是深入研究網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)、形態(tài)、安全和管理等的學(xué)科，重視學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使其可以在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代背景下成為具備信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析、網(wǎng)絡(luò)空間安全技術(shù)咨詢與評(píng)估服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)空間安全設(shè)備設(shè)計(jì)與應(yīng)用等能力，與國(guó)際接軌、視野開(kāi)闊并勇于創(chuàng)新的高級(jí)工程人才。

2 教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)

與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)相比，網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)具有更廣的教學(xué)范疇，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)上增加了復(fù)雜化、多層次的網(wǎng)絡(luò)空間知識(shí)，更加側(cè)重于虛擬網(wǎng)絡(luò)這類特殊領(lǐng)域的安全性分析與防護(hù)技術(shù)的教學(xué)與研究。網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)與傳統(tǒng)學(xué)科之間的關(guān)系如圖1 所示。可以看出，該學(xué)科內(nèi)容除了涉及傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全等基礎(chǔ)課程外，還需適當(dāng)選取電子信息、光電、航空航天、空間探索專業(yè)的相關(guān)課程進(jìn)行輔助學(xué)習(xí)。此外，從網(wǎng)絡(luò)的文化特性角度考慮，網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)應(yīng)考慮人文社科、管理、法律法規(guī)類課程的補(bǔ)充學(xué)習(xí)。

Fig.1 Relationship between cyberspace security and traditional majors圖1 網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)與傳統(tǒng)專業(yè)的關(guān)系

3 實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)困境

網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)理論知識(shí)相對(duì)抽象、難以理解，在整個(gè)課程體系中占據(jù)較多課時(shí)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以理論教學(xué)為主，輔以簡(jiǎn)單、獨(dú)立的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為實(shí)踐內(nèi)容，導(dǎo)致理論知識(shí)與實(shí)踐內(nèi)容脫節(jié)，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力難以得到有效培養(yǎng)。

網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中的不利影響因素有很多，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①網(wǎng)絡(luò)空間安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金缺乏，多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室條件相對(duì)落后，無(wú)法滿足實(shí)際教學(xué)需求；②網(wǎng)絡(luò)空間安全實(shí)驗(yàn)具有特殊性和破壞性，對(duì)硬件性能要求很高，當(dāng)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭^為復(fù)雜、規(guī)模較大時(shí)，無(wú)法在一般實(shí)驗(yàn)室內(nèi)順利進(jìn)行；③在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，企業(yè)參與程度低，與實(shí)際工程標(biāo)準(zhǔn)接軌難度大，難以滿足企業(yè)用人需求；④課程實(shí)踐考核以平時(shí)考勤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，未對(duì)日后就業(yè)崗位能力培養(yǎng)給予足夠重視，教師在評(píng)價(jià)過(guò)程中受主觀因素影響較大，不能全面、客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐能力。

4 教學(xué)方法設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)體系優(yōu)化

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間安全的學(xué)科特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容的配置要求以及人才培養(yǎng)的客觀需求，本文提出以下教學(xué)方法調(diào)整策略。

4.1 基于學(xué)習(xí)目標(biāo)的多維教學(xué)方法設(shè)計(jì)

跳出傳統(tǒng)教學(xué)的思維模式，以學(xué)生為本，提出以學(xué)習(xí)目標(biāo)為導(dǎo)向的多維教學(xué)方法。以教學(xué)設(shè)計(jì)為主觀驅(qū)動(dòng)，以教學(xué)技術(shù)為科技工具，以教學(xué)活動(dòng)為興趣點(diǎn)，以課業(yè)考評(píng)為價(jià)值引導(dǎo)，建立全方位、多渠道、多維復(fù)合型全新教學(xué)方法?；趯W(xué)習(xí)目標(biāo)的多維教學(xué)方法具體設(shè)計(jì)如圖2所示。

Fig.2 Design guide of multidimensional teaching method based on learning objectives圖2 基于學(xué)習(xí)目標(biāo)的多維教學(xué)方法設(shè)計(jì)導(dǎo)圖

4.2 課堂教學(xué)流程設(shè)計(jì)

為夯實(shí)理論基礎(chǔ)，加強(qiáng)不同學(xué)科、專業(yè)、課程內(nèi)容之間的融合，網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)課堂教學(xué)流程設(shè)計(jì)如圖3 所示。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)加強(qiáng)與學(xué)生在各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的互動(dòng)，采用啟發(fā)引導(dǎo)、由淺入深的教學(xué)方式，使教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，與學(xué)生感興趣的熱點(diǎn)問(wèn)題相結(jié)合。理論知識(shí)與實(shí)踐內(nèi)容相互佐證，可最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深其對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解與掌握程度。

4.3 實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)強(qiáng)化

針對(duì)部分畢業(yè)生實(shí)踐動(dòng)手能力差、理論知識(shí)與實(shí)踐相脫節(jié)的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的人才培養(yǎng)應(yīng)在鞏固理論知識(shí)的基礎(chǔ)上突出實(shí)訓(xùn)教學(xué)的重要性。由于網(wǎng)絡(luò)空間領(lǐng)域的特殊性和技術(shù)更迭的快速性，僅依靠教材中的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容難以達(dá)到很好的教學(xué)效果。因此，應(yīng)通過(guò)多元化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培訓(xùn)，結(jié)合最新實(shí)踐案例進(jìn)行講解和模擬練習(xí)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性；通過(guò)開(kāi)展各種課外拓展訓(xùn)練，使學(xué)生感受技術(shù)的更新與發(fā)展，全面培養(yǎng)其實(shí)踐能力；通過(guò)搭建攻防環(huán)境進(jìn)行模擬練習(xí)，使學(xué)生在實(shí)際操作中理解網(wǎng)絡(luò)空間安全的內(nèi)涵與重要性。實(shí)訓(xùn)方法可分為以下幾類：①攻防競(jìng)技。提供在線理論答題、在線CTF、攻防兼?zhèn)銩WD、競(jìng)速奪旗CFS 等競(jìng)賽模式，使參與者在競(jìng)技對(duì)抗中提升網(wǎng)絡(luò)攻防技能水平；②攻防演訓(xùn)。紅藍(lán)雙方進(jìn)行高逼真化的攻防對(duì)抗演練，以攻促防，從攻擊維度訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)攻防技能，并對(duì)訓(xùn)練結(jié)果進(jìn)行量化評(píng)估；針對(duì)突發(fā)入侵威脅和安全事件，從防守維度進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)和處置技能的訓(xùn)練和提升；③基于APT 仿真環(huán)境，紅藍(lán)雙方進(jìn)行對(duì)抗訓(xùn)練和技能培訓(xùn)。

以上仿真對(duì)抗練習(xí)均可在網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)上進(jìn)行。作為網(wǎng)絡(luò)空間安全人才培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)融合云計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、容器和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，構(gòu)建了集學(xué)習(xí)、競(jìng)賽、演訓(xùn)、測(cè)評(píng)、科研于一體的實(shí)踐型人才培養(yǎng)平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)采用靈活的網(wǎng)絡(luò)編排管理、虛擬化部署、虛實(shí)結(jié)合等場(chǎng)景仿真技術(shù)，結(jié)合攻擊、防御、流量模擬、數(shù)據(jù)采集與評(píng)估、學(xué)習(xí)構(gòu)建等組件，形成了一套完整的競(jìng)爭(zhēng)、評(píng)估和培訓(xùn)體系，可以滿足用戶在理論研究、攻防競(jìng)賽、攻防訓(xùn)練、測(cè)試評(píng)估、技術(shù)研究等多方面的業(yè)務(wù)需求。網(wǎng)絡(luò)靶場(chǎng)采用大數(shù)據(jù)分析、行為分析、態(tài)勢(shì)理解、機(jī)器學(xué)習(xí)、ATT&CK 和殺傷鏈等技術(shù)，對(duì)靶場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度理解、推理和關(guān)聯(lián)分析，利用3D/2D 動(dòng)態(tài)可視化模型，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)攻防訓(xùn)練和對(duì)抗態(tài)勢(shì)，并進(jìn)行效能評(píng)估。用戶還可以對(duì)攻防數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)盤(pán)分析，以總結(jié)實(shí)踐性經(jīng)驗(yàn)和推演技術(shù)方法。

攻防仿真訓(xùn)練等實(shí)踐活動(dòng)既能吸引學(xué)生積極參與，提高其自主學(xué)習(xí)能力，又能加強(qiáng)學(xué)校對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的了解與監(jiān)測(cè)，以此觸發(fā)良性循環(huán)。學(xué)生在仿真實(shí)訓(xùn)活動(dòng)中可以快速發(fā)現(xiàn)自身不足、查漏補(bǔ)缺、提高實(shí)踐操作能力。在校期間有該類實(shí)踐活動(dòng)經(jīng)歷的學(xué)生可快速適應(yīng)工作崗位需求，節(jié)省崗前培訓(xùn)時(shí)間，為社會(huì)節(jié)約大量成本。

Fig.3 Classroom teaching process圖3 課堂教學(xué)流程

4.4 網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)研究生培養(yǎng)

網(wǎng)絡(luò)空間安全涉及知識(shí)面較廣，需要不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)模式。目前網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)研究生培養(yǎng)存在手段單一、缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作等問(wèn)題。為使學(xué)生更好地掌握學(xué)科專業(yè)知識(shí)與技能，本文對(duì)研究生培養(yǎng)方法提出以下建議：①學(xué)生應(yīng)重視工程倫理的學(xué)習(xí)，提高政治素養(yǎng)，正確使用網(wǎng)絡(luò)空間安全技術(shù)維護(hù)國(guó)家信息安全；②教師教學(xué)過(guò)程中不能單一依靠PPT，要嘗試各種形式的教學(xué)平臺(tái)，根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)其主動(dòng)學(xué)習(xí)并積極思考；③研究生培養(yǎng)不能將論文作為唯一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，還要將實(shí)戰(zhàn)能力引入到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中。要制定合理的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行資源分配，提高研究生培養(yǎng)效率；④建立健全的校企合作機(jī)制，學(xué)校與企業(yè)聯(lián)合制定培養(yǎng)方案，使學(xué)生緊跟網(wǎng)絡(luò)空間安全最新技術(shù)趨勢(shì)，提高其就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

4.5 評(píng)價(jià)體系優(yōu)化

由于網(wǎng)絡(luò)空間安全是新興專業(yè)，很多高校采用的教學(xué)評(píng)價(jià)體系難以適應(yīng)新時(shí)期人才培養(yǎng)的需求?，F(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系存在形式化、單一化等問(wèn)題。為減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高其學(xué)習(xí)成效，建立完善的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，本文提出以下優(yōu)化方法：①提倡教師采用個(gè)性化教學(xué)模式，不能采用統(tǒng)一的教學(xué)風(fēng)格；②課程質(zhì)量評(píng)價(jià)不能僅依賴于學(xué)生的期末成績(jī)，需將多種評(píng)價(jià)指標(biāo)相結(jié)合；③將就業(yè)情況作為評(píng)價(jià)學(xué)生能力的重要因素，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力，建立完善的就業(yè)評(píng)價(jià)方法；④建立多樣化激勵(lì)機(jī)制，打破唯論文的評(píng)優(yōu)方式。

5 實(shí)施效果

選取2 個(gè)40 人的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)班級(jí)，分別作為實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班，實(shí)驗(yàn)班采用本文教學(xué)模式，對(duì)照班采用傳統(tǒng)教學(xué)模式。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生理論成績(jī)平均分可達(dá)90 分以上。以解決攻防問(wèn)題的學(xué)生比例為評(píng)價(jià)指標(biāo)，兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的表現(xiàn)比較如圖4 所示，可以看出，采用本文培養(yǎng)模式的學(xué)生更善于解決攻防問(wèn)題，實(shí)踐能力更強(qiáng)。

Fig.4 Comparison of students'solving attack and defense problems between experimental class and control class圖4 實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班學(xué)生解決攻防問(wèn)題情況比較

6 結(jié)語(yǔ)

建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)需要高素質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)空間安全人才隊(duì)伍，人才的數(shù)量、質(zhì)量及結(jié)構(gòu)是國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全軟實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。本文提出的網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科人才培養(yǎng)模式不僅能加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解與應(yīng)用，還能充分調(diào)動(dòng)其對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間安全課程的興趣，有助于培養(yǎng)其終身學(xué)習(xí)理念。然而，新的培養(yǎng)模式并不是一蹴而就的，今后乃至未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間還應(yīng)繼續(xù)結(jié)合新知識(shí)、新技術(shù)不斷創(chuàng)新、不斷調(diào)整教學(xué)方式以提高學(xué)生的理論和實(shí)踐水平，培養(yǎng)出符合國(guó)家發(fā)展需求、切實(shí)承擔(dān)起新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)重任的網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)技術(shù)人才。