劉 靜, 賴英旭, 趙 虎, 楊 震, 楊勝志

(1. 北京工業(yè)大學(xué) a. 計算機學(xué)院; b. 信息處，北京100124;2. 北京航空航天大學(xué) 人文社會科學(xué)學(xué)院， 北京 100191)

基于大類招生的網(wǎng)絡(luò)安全實踐能力培養(yǎng)體系研究

劉 靜1a, 賴英旭1a, 趙 虎2, 楊 震1a, 楊勝志1b

(1. 北京工業(yè)大學(xué) a. 計算機學(xué)院; b. 信息處，北京100124;2. 北京航空航天大學(xué) 人文社會科學(xué)學(xué)院， 北京 100191)

我國網(wǎng)絡(luò)安全問題日益突顯，主要內(nèi)因在于全民網(wǎng)絡(luò)空間安全意識淡薄、網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)和現(xiàn)實社會需求還有一定的差距。近年高校開始實行大類招生，涉及到人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方式方法等方面的深化改革。本文針對社會對網(wǎng)絡(luò)安全人才的實際需求，結(jié)合大類招生改革特點，切實從職業(yè)發(fā)展、全民安全意識等多個維度出發(fā)，構(gòu)建了多方位的網(wǎng)絡(luò)安全人才實踐能力培養(yǎng)體系。低年級通識教育階段學(xué)生通過實踐活動培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全意識；高年級專業(yè)教育階段學(xué)生通過課程體系、科技活動和基于職業(yè)場景的實踐項目相融合提高實踐工程能力。并且通過評價體系反饋修正實踐教學(xué)內(nèi)容，切實保證提高本科生實踐教學(xué)質(zhì)量。

大類招生； 網(wǎng)絡(luò)安全； 實踐能力； 培養(yǎng)體系

0 引 言

我國接入國際互聯(lián)網(wǎng)的20多年以來，已經(jīng)快速成長為信息化大國，但是同時應(yīng)該認識到中國尚未成為信息強國，隨著互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量的不斷攀升，網(wǎng)絡(luò)安全的風(fēng)險及維護保障工作也在持續(xù)增加[1]。另外，隨著各大國對網(wǎng)絡(luò)空間權(quán)力爭奪的愈演愈烈，我國網(wǎng)絡(luò)安全面臨著多重威脅[2-4]。究其主因，一方面我國互聯(lián)網(wǎng)用戶網(wǎng)絡(luò)空間安全意識淡薄，非網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人員缺乏保證自身上網(wǎng)安全的基本知識素質(zhì)教育；另一方面我國網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的核心技術(shù)創(chuàng)新及研發(fā)能力弱，網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)和現(xiàn)實社會需求還有一定的差距[5]。2014年中央成立了網(wǎng)絡(luò)安全和信息化領(lǐng)導(dǎo)小組多次指出建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國，首先要制定國家網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，明確網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)發(fā)展路線，部署網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)具體措施。其次，要構(gòu)建全方位的網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)體系，從網(wǎng)絡(luò)安全人才結(jié)構(gòu)、職業(yè)發(fā)展、正規(guī)教育以及全民安全意識等多個維度出發(fā)，加強國家網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)力量建設(shè)，打造跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的復(fù)合型人才，培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全世界級頂尖專家，并做好人才的培育、選拔、使用和吸引[6-7]。

其他國家同樣面臨著網(wǎng)絡(luò)空間安全問題，著重培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人才，廣泛開展全民網(wǎng)絡(luò)安全意識教育，已經(jīng)成為各國網(wǎng)絡(luò)安全戰(zhàn)略的重要組成部分。美國“國家網(wǎng)絡(luò)空間安全教育計劃”(National Initiative of Cybersecurity Education，NICE)于2011年9月公布了《NICE網(wǎng)絡(luò)空間安全人才隊伍框架(草案)》(NICE Cybersecurity Workforce Framework)[8-9]，該《框架》將網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)領(lǐng)域劃分為七個大類：安全地提供(Securely Provision)、運營與維護(Operate and Maintain)、保護與防御(Protect and Defend)、調(diào)查(Investigate)、監(jiān)管與指導(dǎo)(Oversee and Govern)，搜集與行動(Collect and Operate)、分析(Analyze)，共32個專業(yè)崗位。詳細給出了每個專業(yè)領(lǐng)域?qū)?yīng)的典型任務(wù)(Task)和應(yīng)具備的知識、技能和能力(KSAs)，以及各個專業(yè)領(lǐng)域的職位舉例[10-11]。這對開展網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)學(xué)歷教育、職業(yè)培訓(xùn)和專業(yè)化人才隊伍建設(shè)有重要的影響和指導(dǎo)作用。2014年5月美國國家科學(xué)基金(NS F)加大了網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域研究的支持力度，通過“NSF早期概念的探索性研究(EAGERs)”項目進一步資助網(wǎng)絡(luò)空間安全教育研究[12]。俄羅斯在其網(wǎng)絡(luò)安全綱領(lǐng)性文件《國家信息安全學(xué)說》指出，網(wǎng)絡(luò)安全是國家安全的基礎(chǔ)，要著力構(gòu)建從學(xué)歷教育到在職教育的人才培養(yǎng)體系[13]。努力使我國本科生實踐教學(xué)質(zhì)量盡快接近或達到發(fā)達國家水平，構(gòu)建適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全多方位實踐能力培養(yǎng)體系，才是一個我國網(wǎng)絡(luò)安全長治久安的必由之路。

1 大類招生背景下實踐能力培養(yǎng)體系的問題

經(jīng)過近8年的教學(xué)改革和探索，以及對國外網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)措施的細致研究，我們構(gòu)建了一套較為成熟的網(wǎng)絡(luò)安全人才實踐能力培養(yǎng)體系。但是隨著國家網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)戰(zhàn)略的調(diào)整，同時在大類招生中各專業(yè)進行了一系列的課程改革以及生源情況發(fā)生的變化，原有的培養(yǎng)體系出現(xiàn)了以下幾個主要問題。

(1) 缺乏基于大類招生的實踐能力培養(yǎng)模式的系統(tǒng)規(guī)劃。大類招生改革，學(xué)生將從大學(xué)三年級才開始接觸網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)知識，原先制定的四年專業(yè)性的實踐能力逐步培養(yǎng)模式不能完全滿足現(xiàn)有情況。在前期的通識教育階段，缺乏網(wǎng)絡(luò)安全意識的基礎(chǔ)實踐知識培養(yǎng)和系統(tǒng)的實驗配套。特別是在新形勢下，更加突顯出對于多方位實踐能力培養(yǎng)缺乏理論指導(dǎo)和系統(tǒng)規(guī)劃，將會影響最終的培養(yǎng)效果。

(2) 缺乏工程實訓(xùn)基地建設(shè)的理論指導(dǎo)。利用實訓(xùn)營地、企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)等通用模式提高學(xué)生的工程實踐能力培養(yǎng)仍存在不同程度上的問題，例如企業(yè)安排的項目和教學(xué)內(nèi)容差距較大，學(xué)生無法獲得提高性的指導(dǎo)等等。因此對工程實踐能力的提高程度未達到預(yù)期高度，并不能完全解決學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量與社會目標(biāo)之間的差距。此外，網(wǎng)絡(luò)安全人才的不同應(yīng)用領(lǐng)域、不同職位，所要求應(yīng)具備的技能和能力也不盡相同，科技競賽、科技項目、工程項目、企業(yè)實習(xí)等培養(yǎng)模式不能簡單的混合搭配就作為工程能力提高的方法，需要一套詳盡、細致地理論指導(dǎo)依據(jù)，制定工程實訓(xùn)基地工程訓(xùn)練實施方案，為系統(tǒng)建設(shè)工程實訓(xùn)基地奠定基礎(chǔ)。

(3) 缺乏網(wǎng)絡(luò)安全實踐能力培養(yǎng)模式推廣價值。目前，高校缺乏大范圍的來自網(wǎng)絡(luò)安全畢業(yè)生或者相關(guān)行業(yè)繼續(xù)深造學(xué)生關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全實踐工程能力水平的反饋信息，無法做到較為科學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)，存在以偏概全的現(xiàn)象，這無疑將影響實踐教學(xué)環(huán)節(jié)發(fā)揮應(yīng)有的作用。急需在對實踐教學(xué)考核模式及現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，收集來自就業(yè)人員和公司企業(yè)兩方面的反饋數(shù)據(jù)，修正問題與豐富培養(yǎng)模式，推動實踐教學(xué)質(zhì)量，進而具有真正的推廣價值。

針對以上問題，需結(jié)合招生改革進一步調(diào)整實踐能力培養(yǎng)體系，切實從職業(yè)發(fā)展、全民安全意識等多個維度構(gòu)建多方位的網(wǎng)絡(luò)安全人才實踐能力培養(yǎng)體系。

2 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全多方位實踐能力培養(yǎng)體系

首先，確定大類招生背景下網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人才實踐工程能力的培養(yǎng)目標(biāo)，兼顧不同學(xué)習(xí)階段、不同生源情況，保證通識教育階段學(xué)生通過實踐活動培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全意識；專業(yè)教育階段學(xué)生通過優(yōu)化的培養(yǎng)途徑，最大程度地提高實踐工程能力，如圖1所示。其次，對國內(nèi)外的知名企業(yè)進行充分地調(diào)研，了解企業(yè)對人員工程能力的需求，并將需求對應(yīng)到實踐工程能力培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)定不同專業(yè)知識水平學(xué)生對應(yīng)的實訓(xùn)項目。根據(jù)評價反饋體系中的數(shù)據(jù)分析，不斷修正實訓(xùn)項目中的問題，構(gòu)建出雙贏的人才培養(yǎng)模式，如圖2所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)安全人才實踐工程能力培養(yǎng)目標(biāo)

圖2 反饋校企雙贏的人才培養(yǎng)合作模式

在明確實踐能力培養(yǎng)體系的方針目標(biāo)之后，部署具體的改革措施包括了3個主要方面。

2.1 基于大類招生的階次提升實踐工程能力培養(yǎng)

以培養(yǎng)目標(biāo)為準(zhǔn)則，根據(jù)學(xué)生具備的專業(yè)知識，由低到高設(shè)置階梯式實踐工程能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)。對于一年級學(xué)生，通過新生認知實習(xí)課程，網(wǎng)絡(luò)安全素養(yǎng)講座，開放性專業(yè)實驗室實踐等方式，通過基礎(chǔ)實踐知識和系統(tǒng)的實驗配套相結(jié)合建立學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)素養(yǎng)。針對二年級學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)知識有所認識和了解，采用安全業(yè)界企業(yè)宣講，配套與企業(yè)宣講技術(shù)相應(yīng)的星火基金課題等開展興趣引導(dǎo)，加強專業(yè)適應(yīng)性和自我定位能力，對自我學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)目標(biāo)增加了網(wǎng)絡(luò)安全認識，逐步啟發(fā)工程意識。學(xué)生在三年級上半學(xué)期在課堂教學(xué)中了解現(xiàn)有安全方案的基本原理，讓學(xué)生懂得如何提供安全的服務(wù)，同時匹配相應(yīng)的實訓(xùn)基地項目使學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全思維路徑得到了訓(xùn)練。在三年級下半學(xué)期，課程體系和實訓(xùn)基地項目緊密結(jié)合，包含安全產(chǎn)品研發(fā)公司開發(fā)項目的某個技術(shù)難點，如樣本分析、對話還原、關(guān)鍵詞快速匹配等，理論和實踐相互滲透讓學(xué)生不斷提高專業(yè)知識水平，同時在開發(fā)項目的過程中學(xué)習(xí)團隊協(xié)作。學(xué)生在四年級已經(jīng)掌握了網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的主要關(guān)鍵技術(shù)，對邊界學(xué)科知識有了較好的融合，形成了網(wǎng)絡(luò)安全思維模式，具有安全架構(gòu)設(shè)計和產(chǎn)品研發(fā)的一些經(jīng)驗，創(chuàng)新性、新穎性的實訓(xùn)基地項目能夠讓學(xué)生總結(jié)自己的實踐經(jīng)驗，不斷修正缺陷，不斷針對新問題提出新思路、新方案，不斷往復(fù)實踐，完成創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。

通過課程體系、科技活動和實踐項目相融合，在四年的階次提升中可以養(yǎng)成學(xué)生獨立思考、批判思維的能力、嚴(yán)密分析的能力、從不同視角看問題的能力。

2.2 基于職業(yè)場景的實訓(xùn)基地建設(shè)模式

實訓(xùn)基地項目不能再是單純的指導(dǎo)教師設(shè)定，也不是簡單將學(xué)生推向企業(yè)實習(xí)，而是通過更新實驗教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)安全科研課題、與企業(yè)需求結(jié)合建立實習(xí)基地實訓(xùn)項目。參照網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)職業(yè)工作場景，詳細制定每個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?yīng)的典型任務(wù)和應(yīng)具備的知識、技能和能力；依據(jù)場景需要的技能和能力，選擇與之相適應(yīng)的科技競賽、科技項目、工程項目、企業(yè)實習(xí)等，制定出一套能提供良好實踐和工程教學(xué)環(huán)境的新型多元化的實訓(xùn)基地建設(shè)模式，與學(xué)生特點、工作崗位要求技能和能力相適應(yīng)。實訓(xùn)基地模式與任務(wù)目標(biāo)如圖3所示。

圖3 實訓(xùn)基地模式與任務(wù)目標(biāo)

職業(yè)場景劃分為七個大類：安全產(chǎn)品銷售、網(wǎng)絡(luò)安全運維、安全產(chǎn)品研發(fā)、安全調(diào)查與搜集、監(jiān)管與指導(dǎo)、安全分析，安全測試。制定每個職業(yè)場景的典型任務(wù)和應(yīng)具備的知識、技能和能力。各職業(yè)場景的項目訓(xùn)練遵照工程能力培養(yǎng)目標(biāo)，分為由易到難四個層次。每個層次對應(yīng)一個階梯培養(yǎng)環(huán)節(jié)，即工程意識啟蒙、工程思維訓(xùn)練、職業(yè)素養(yǎng)形成和創(chuàng)新意識。在每一類職業(yè)場景的不同層次中，配套相應(yīng)的科技競賽、科技項目、工程項目、企業(yè)實習(xí)等。以網(wǎng)絡(luò)安全運維職業(yè)場景為例，實訓(xùn)設(shè)計概況實例如圖4所示。

圖4 實訓(xùn)設(shè)計概況實例圖

2.3 基于能力量化評價體系反饋完善實踐能力培養(yǎng)

為了全面反映每個學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，客觀度量實踐教學(xué)效果實現(xiàn)的程度，在培養(yǎng)過程中考慮職業(yè)場景、生源情況、畢業(yè)生反饋等因素，采集大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對實踐工程能力進行量化，量化指標(biāo)包括基礎(chǔ)知識、核心工程基礎(chǔ)知識、高級工程技術(shù)知識、工程推理和解決問題、實驗和發(fā)現(xiàn)知識、系統(tǒng)思維的方法、個人能力和態(tài)度、職業(yè)能力和態(tài)度培養(yǎng)、團隊精神、交流、外語交流、外部和社會環(huán)境、企業(yè)和商業(yè)環(huán)境、構(gòu)思與工程系統(tǒng)、設(shè)計、實施和運行等17項；利用建立的隱馬爾可夫模型λ=(π,A,B)對量化指標(biāo)參數(shù)來做進一步的分析，將各項培養(yǎng)內(nèi)容得分抽象成特征向量序列XT，觀察狀態(tài)序列，然后用前向算法分別求出該特征向量序列在各個工程能力分項隱馬爾可夫模型λi下的后驗概率φ(XT|λi)，根據(jù)貝葉斯決策原則，得出學(xué)生實踐工程能力最終評價，確定學(xué)生各項能力指標(biāo)。根據(jù)職業(yè)場景需要的技能和能力，反饋修正實踐工程能力培養(yǎng)體系，進行適度的調(diào)整，建立科學(xué)合理的教學(xué)內(nèi)容和實踐方案。還是以網(wǎng)絡(luò)安全運維職業(yè)場景為例，量化指標(biāo)項分別為基礎(chǔ)知識(網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識)、核心工程基礎(chǔ)知識(安全設(shè)備知識)、高級工程技術(shù)知識(安全標(biāo)準(zhǔn)化實施)、工程推理和解決問題(漏洞發(fā)現(xiàn))、實驗和發(fā)現(xiàn)知識(網(wǎng)絡(luò)安全新技術(shù)研究)、個人能力和態(tài)度、職業(yè)能力和態(tài)度培養(yǎng)、團隊精神、交流(技術(shù)交流談判)、外語交流、設(shè)計(解決方案設(shè)計)、實施(網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境部署)和運行(運行維護)。能力量化評價體系得出的學(xué)生實踐工程能力最終評價實際平均水平略低于預(yù)期平均水平，其中漏洞發(fā)現(xiàn)和技術(shù)交流談判指標(biāo)過低，如圖5所示。根據(jù)反饋的結(jié)果，針對漏洞發(fā)現(xiàn)在實訓(xùn)項目中配套增加了網(wǎng)絡(luò)滲透測試、威脅情報等內(nèi)容；針對技術(shù)交流談判在企業(yè)實習(xí)項目中安排企業(yè)增加相應(yīng)的培訓(xùn)和講座。

能力量化評價體系中的指標(biāo)設(shè)定可以依據(jù)不同的專業(yè)方向進行調(diào)整，因此可以為普通高校網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)及計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的工程能力培養(yǎng)提供一定的理論和實踐基礎(chǔ)。為相關(guān)學(xué)者進行同類研究提供基礎(chǔ)依據(jù)。進而促進高等教育的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新實踐人才的不斷涌現(xiàn)。

圖5 能力量化評價體系指標(biāo)圖

3 結(jié) 語

本科教育作為網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)，多年來為網(wǎng)絡(luò)的安全基礎(chǔ)運行維護和保障性工作培養(yǎng)了大批人才[14]；同時，本科教育也為研究生等高層次人才的培養(yǎng)做了生源的儲備[15]。針對網(wǎng)絡(luò)安全人才的社會需求，本科教育也在不斷探索出有利于培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)能力的教學(xué)體系和方法。面對國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全的戰(zhàn)略規(guī)劃，基于構(gòu)建多方位的網(wǎng)絡(luò)安全人才實踐能力培養(yǎng)體系的理念，我們分析出目前網(wǎng)絡(luò)安全方向?qū)嵺`工程能力培養(yǎng)中存在的問題，詳盡地設(shè)計完善了培養(yǎng)方案。特別是在專業(yè)進行大類招生改革契機下，通識教育階段為建立網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)素養(yǎng)和專業(yè)實踐能力多元化的培養(yǎng)模式提供了有利的環(huán)境支撐。對于未進入網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)學(xué)習(xí)的學(xué)生，可以培養(yǎng)其網(wǎng)絡(luò)安全意識，從事各行業(yè)都能共建網(wǎng)絡(luò)安全；對于網(wǎng)絡(luò)安全本專業(yè)學(xué)生，逐步培養(yǎng)其成為國家需求的應(yīng)用型網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人才。

我們已經(jīng)依據(jù)制定的網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)人才實踐工程能力的培養(yǎng)目標(biāo)，修改了所有教學(xué)課程大綱、實踐實習(xí)項目。具備了一套完整的實訓(xùn)基地建設(shè)模式與任務(wù)目標(biāo)。通過能力量化評價體系的數(shù)據(jù)分析和實習(xí)公司的反饋信息，證明了學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全素養(yǎng)得到了顯著的提高，學(xué)生的實踐工程能力更加符合市場實際需求，培養(yǎng)體系是可行、有效的。但是招生改革探索絕非一朝一夕就能完成，必將是一項長期的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在大類招生背景下如何調(diào)整實踐工程能力培養(yǎng)模式各高校也尚屬探索過程中，還需要進行大量有益的探討，不斷深入探索出一系列有利于提高學(xué)生網(wǎng)絡(luò)安全實踐工程能力的培養(yǎng)體系，構(gòu)建高質(zhì)量的教學(xué)效果。

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Study on Cultivation System of Practical Ability of Network Security Based on Enrollment in Large Category

LIUJing1a,LAIYing-xu1a,ZHAOHu2,YANGZhen1a,YANGSheng-zhi1b

(a. College of Computer Science; b. Center of Information, 1. Beijing University of Technology, Beijing 100124, China； 2. School of Humanities and Social Sciences，Beijing University of Aeronautics and Astronautics， Beijing 100191，China)

The problem of network security is increasingly evident in China, the main reason lies with the lack of network security awareness among the public as well as the substantial gap between the cultivation of the Internet security talents and the real social demand for talents. However, in recent years, colleges and universities have started to conduct large class enrollment, involving deepening reform in various aspects like talents cultivation modes, teaching methods. Against this background, this paper constructs a multidirectional cultivation system for network security talents' practical abilities from multi-dimensions including career development, public security awareness. It also integrates the characteristics of the reform of large class enrollment with the target of meeting the real social demand for network security talents. In the system, during comprehensive education phase, students increase their network security awareness via practical activities, while during specialized education phase, students improve their practical engineering abilities via the integration of curriculum systems, scientific activities and practical activities based on working scenarios. In addition, it could substantially ensure an improvement of the practical teaching level of undergraduates through revising its teaching contents based on the evaluation and feedback system.

large category enrollment; network security; practical ability; cultivation system

2016-02-24

北京市高等教育學(xué)會“十二五”高等教育科學(xué)研究規(guī)劃課題(BG125YB054)；北京工業(yè)大學(xué)研究生精品課程建設(shè)(CR2016-15)

劉 靜(1978-) ，女，北京人，碩士，講師，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全。

Tel.：13801088857; E-mail：jingliu@bjut.edu.cn

G 642.0; TP 393.08

A

1006-7167(2017)01-0196-05