以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心的信息內(nèi)容安全課程建設(shè)

任延珍，朱婷婷，王麗娜，姬東鴻，何炎祥

（1.武漢大學(xué) 國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院，湖北 武漢 430072；2.海軍工程大學(xué) 信息安全系，湖北 武漢 430033）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)信息傳播技術(shù)和應(yīng)用的飛速發(fā)展，各種色情、反動(dòng)、恐怖、謠言等不良信息同時(shí)也在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上得到大量傳播。提高對(duì)互聯(lián)網(wǎng)各種不良信息的監(jiān)管能力, 凈化網(wǎng)絡(luò)空間已經(jīng)成為目前網(wǎng)絡(luò)空間安全的重要工作任務(wù)。信息內(nèi)容安全技術(shù)是研究如何利用計(jì)算機(jī)從包含海量信息并且迅速變化的網(wǎng)絡(luò)中, 對(duì)特定安全主題的信息進(jìn)行自動(dòng)獲取、識(shí)別和分析的技術(shù)，是管理信息傳播的重要手段, 屬于網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)的核心理論與關(guān)鍵組成部分, 對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)使用效率, 凈化網(wǎng)絡(luò)空間, 保障社會(huì)穩(wěn)定具有重要意義[1,2]。信息內(nèi)容安全是信息安全的重要分支，其相關(guān)知識(shí)、概念和技術(shù)的傳授在信息安全專業(yè)教學(xué)建設(shè)中非常重要[3]。

雖然信息內(nèi)容安全課程已經(jīng)是教育部頒布的《高等學(xué)校信息安全專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》[4]中規(guī)定的主要專業(yè)選修課程之一，但由于信息內(nèi)容安全是網(wǎng)絡(luò)空間安全中新的研究領(lǐng)域，學(xué)術(shù)界對(duì)信息內(nèi)容安全的認(rèn)識(shí)尚不一致，因此目前該課程的教學(xué)體系建設(shè)工作滯后，國(guó)內(nèi)開(kāi)設(shè)信息內(nèi)容安全課程的學(xué)校非常少，而在少量開(kāi)設(shè)的課程中，往往以信息內(nèi)容安全中某個(gè)局部研究領(lǐng)域作為主要授課內(nèi)容，缺少教學(xué)內(nèi)容的全面性和系統(tǒng)化。由于信息內(nèi)容安全是涵蓋了包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、自然語(yǔ)言理解、多媒體信號(hào)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)，因此，信息內(nèi)容安全課程的建設(shè)對(duì)于學(xué)生全面系統(tǒng)地了解和掌握該領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)和最新技術(shù)具有非常重要的意義，也是目前信息內(nèi)容安全教學(xué)工作亟須解決的重要問(wèn)題。

1 課程內(nèi)容建設(shè)

信息內(nèi)容安全課程是《高等學(xué)校信息安全專業(yè)指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》[3]規(guī)定的選修內(nèi)容。課程的培養(yǎng)目標(biāo)是讓學(xué)生了解信息內(nèi)容安全的威脅，掌握信息內(nèi)容安全的基本概念，熟悉信息內(nèi)容的獲取、識(shí)別和管控的基本知識(shí)和基本技術(shù)。因此本課程內(nèi)容以信息內(nèi)容安全技術(shù)的處理過(guò)程為主線，在總體介紹信息內(nèi)容安全的相關(guān)概念之后，從信息內(nèi)容的獲取、信息內(nèi)容的特征提取、信息內(nèi)容的理解識(shí)別以及信息內(nèi)容安全的多種應(yīng)用方面進(jìn)行介紹。課程內(nèi)容的結(jié)構(gòu)如圖1所示，課程內(nèi)容所參考的教材資料主要包括文獻(xiàn)[5—7]。

信息內(nèi)容安全概述。介紹信息內(nèi)容安全的總體概念，信息內(nèi)容所面臨的安全威脅，國(guó)家所頒布的相關(guān)法律法規(guī)以及解決互聯(lián)網(wǎng)信息內(nèi)容安全問(wèn)題的相關(guān)技術(shù)及其研究現(xiàn)狀。

圖1 信息內(nèi)容安全課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)

信息內(nèi)容獲取技術(shù)。分類介紹互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布和交互的通信機(jī)制；介紹互聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布主流渠道網(wǎng)頁(yè)信息的獲取原理及相關(guān)技術(shù)；介紹網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互中數(shù)據(jù)包捕獲技術(shù)的基本概念和相關(guān)技術(shù)及工具。

信息內(nèi)容特征提取技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)信息載體類型主要包括文本、圖像、音頻及視頻，其中文本是主流的網(wǎng)頁(yè)信息載體。該部分是信息內(nèi)容安全的核心內(nèi)容，分別對(duì)文本、圖像、視頻、音頻信息的語(yǔ)義內(nèi)容特征的提取方法和技術(shù)進(jìn)行介紹。

信息內(nèi)容識(shí)別技術(shù)：該部分內(nèi)容主要針對(duì)不同類型載體信息特征獲取之后的信息內(nèi)容安全識(shí)別、分類和聚類技術(shù)進(jìn)行介紹，是各種不同類型信息載體識(shí)別的通用技術(shù)。主要包括模式匹配技術(shù)、特征分類和特征聚類技術(shù)。

信息內(nèi)容安全應(yīng)用：以信息內(nèi)容安全的主要應(yīng)用為案例，將信息內(nèi)容安全技術(shù)串聯(lián)起來(lái)介紹，讓學(xué)生了解技術(shù)和應(yīng)用之間的實(shí)際關(guān)系。由于課程時(shí)間受限，本課程主要以垃圾郵件過(guò)濾和網(wǎng)絡(luò)輿情檢測(cè)預(yù)警系統(tǒng)為例[8-10]，介紹系統(tǒng)所面臨的應(yīng)用問(wèn)題、系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)等。

2 實(shí)驗(yàn)課程安排

信息內(nèi)容安全實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的目的，是通過(guò)上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生將課程中所學(xué)習(xí)的理論和方法進(jìn)行實(shí)踐，通過(guò)授課和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使得學(xué)生真正掌握信息內(nèi)容安全的相關(guān)概念、知識(shí)，提高其應(yīng)用內(nèi)容安全技術(shù)的技能。實(shí)驗(yàn)課程的安排與授課內(nèi)容基本平行同步。主要包括基本編程技能訓(xùn)練、網(wǎng)頁(yè)信息獲取技術(shù)實(shí)驗(yàn)、文本內(nèi)容理解技術(shù)實(shí)驗(yàn)、圖像內(nèi)容理解技術(shù)實(shí)驗(yàn)、音頻內(nèi)容理解技術(shù)實(shí)驗(yàn)等五大方向。其中文本內(nèi)容理解技術(shù)實(shí)驗(yàn)為課程核心內(nèi)容，圖像和音頻內(nèi)容理解作為介紹性的實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們體會(huì)此類多媒體的特征提取技術(shù)。該課程的實(shí)驗(yàn)安排主要包括8次實(shí)驗(yàn)課，每次4學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)課由老師授課，介紹總體實(shí)驗(yàn)環(huán)境安排、技術(shù)原理和實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)編程，教師輔助指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的安排如下。

實(shí)驗(yàn)1：Python語(yǔ)言及Requests網(wǎng)頁(yè)信息獲取技術(shù)介紹及實(shí)踐。

實(shí)驗(yàn)2：BeautifulSoup網(wǎng)頁(yè)文本信息獲取工具介紹及實(shí)踐。

實(shí)驗(yàn)3：Re庫(kù)使用方法介紹及實(shí)踐。實(shí)例：淘寶網(wǎng)站信息定向爬取分析。

實(shí)驗(yàn)4：Scrapy高級(jí)網(wǎng)絡(luò)爬取技術(shù)介紹及實(shí)踐，實(shí)例：股票信息定向爬取分析。

實(shí)驗(yàn)5：Jieba中文分詞工具介紹及實(shí)踐，word2Vec技術(shù)介紹及實(shí)踐。

實(shí)驗(yàn)6：樸素貝葉斯分類技術(shù)介紹，實(shí)例：垃圾郵件分類實(shí)踐。

實(shí)驗(yàn)7：基于Python的圖像處理技術(shù)介紹，圖像特征提取技術(shù)和圖像檢索實(shí)踐。

實(shí)驗(yàn)8：基于Python的音頻處理技術(shù)介紹，音頻特征提取技術(shù)和音頻分類實(shí)踐。

3 綜合實(shí)踐能力考核

該課程通過(guò)課堂授課介紹基本概念和方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程讓學(xué)生實(shí)踐。在課程的考核環(huán)節(jié)中，取消了早期的卷面考試模式，采用以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的綜合實(shí)踐能力的考核方式。

由于該課程所涵蓋的知識(shí)面非常廣，而且課程所涉及的技術(shù)大多都是目前計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)，如果能夠通過(guò)該課程讓學(xué)生關(guān)注實(shí)際網(wǎng)絡(luò)空間中的信息內(nèi)容安全問(wèn)題，利用所學(xué)習(xí)的方法和技術(shù)分析和解決問(wèn)題，將會(huì)比僅僅通過(guò)卷面考試的方式更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，發(fā)現(xiàn)其自身所具備的潛能，從而讓學(xué)生感到學(xué)有所用，能夠更積極主動(dòng)地關(guān)注周圍環(huán)境和應(yīng)用需求，考慮解決方案，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在本課程考核環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中，可以采用自主選題、分組實(shí)踐、綜合測(cè)試的方式。

1）選題庫(kù)設(shè)計(jì)。

綜合實(shí)踐考核的選題包括教師設(shè)計(jì)選題庫(kù)和學(xué)生自主選題兩類。教師設(shè)計(jì)的選題庫(kù)主要圍繞課程內(nèi)容，根據(jù)選題所屬的技術(shù)領(lǐng)域，主要分為以下四大類：高級(jí)網(wǎng)絡(luò)信息爬取技術(shù)、文本內(nèi)容理解技術(shù)、圖像內(nèi)容理解技術(shù)、音頻內(nèi)容理解技術(shù)。每類技術(shù)主題中設(shè)計(jì)相關(guān)的應(yīng)用，構(gòu)建多個(gè)選題供學(xué)生選擇。學(xué)生設(shè)計(jì)選題由學(xué)生根據(jù)其興趣點(diǎn)和對(duì)社會(huì)需求的分析，自行設(shè)計(jì)選題，與教師溝通確認(rèn)后，加入選題庫(kù)。進(jìn)行選題庫(kù)設(shè)計(jì)的基本原則是選題與課程內(nèi)容相關(guān)、具有一定的難度和挑戰(zhàn)性，同時(shí)須具備可行性。選題設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)性是為了確保題目具有一定的難度，從而可以給學(xué)生提供面對(duì)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)；選題設(shè)計(jì)的可行性是確保選題任務(wù)是學(xué)生在其所學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)之上可以完成的目標(biāo)，從而使學(xué)生獲得解決問(wèn)題后的成就感，提高其對(duì)科研實(shí)踐的興趣。

2）考核形式改革。

學(xué)生以自由組合的方式分組，一組成員以4人以內(nèi)較為合適?？己艘苑纸M為單位，同時(shí)對(duì)組內(nèi)每位成員的工作內(nèi)容和工作成果進(jìn)行評(píng)估，確定每個(gè)人的考核成績(jī)。考核的內(nèi)容主要包括：小組課程實(shí)踐成果的PPT介紹、實(shí)踐報(bào)告、成果代碼、個(gè)人工作情況報(bào)告。通過(guò)PPT介紹，可以鍛煉學(xué)生對(duì)其工作的凝練總結(jié)和口頭表達(dá)能力，實(shí)踐報(bào)告的考核可以鍛煉學(xué)生的文字總結(jié)和表達(dá)能力，個(gè)人工作情況報(bào)告用來(lái)評(píng)估每位成員的實(shí)踐能力。

課程實(shí)踐的時(shí)間是4周。從學(xué)生們最后的課程實(shí)踐成果報(bào)告中，可以看出此次考核方式改革所帶來(lái)的效果。所有小組都完成了其分組所選定的課題。其中部分同學(xué)由于已經(jīng)提前進(jìn)入科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展科研工作，因此將其目前研究領(lǐng)域中的一些最新技術(shù)應(yīng)用在內(nèi)容分析選題實(shí)現(xiàn)中，如深度學(xué)習(xí)、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，已經(jīng)超出了本課程所介紹的內(nèi)容。同時(shí)，還有部分同學(xué)在自主分析和解決問(wèn)題的過(guò)程中，產(chǎn)生了對(duì)該領(lǐng)域技術(shù)研究的興趣，初步感受到科研的魅力。這些成果都說(shuō)明了，這種不設(shè)置“天花板”的考核機(jī)制能夠非常有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，讓他們能夠真正領(lǐng)悟到學(xué)有所用的益處。

4 課程教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽的相互促進(jìn)

通過(guò)以上模式的信息內(nèi)容安全課程的授課，很多學(xué)生了解了信息內(nèi)容安全中豐富的技術(shù)，對(duì)信息內(nèi)容安全技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，有了進(jìn)一步深入研究相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的需求。為了進(jìn)一步提高部分優(yōu)秀學(xué)生的創(chuàng)新能力，武漢大學(xué)結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽機(jī)制，鼓勵(lì)教師指導(dǎo)本科生提前進(jìn)入科研領(lǐng)域。目前在信息內(nèi)容安全方面，學(xué)生主要參與的學(xué)科競(jìng)賽為全國(guó)大學(xué)生信息安全競(jìng)賽作品賽，武漢大學(xué)在該研究方向每年的參賽作品超過(guò)4項(xiàng)，從2014年起，與信息內(nèi)容安全技術(shù)相關(guān)的獲獎(jiǎng)數(shù)量達(dá)到9項(xiàng)，其中一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)4項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)。在參賽獲獎(jiǎng)的同時(shí)，很多學(xué)生也展現(xiàn)出了良好的科研潛力。多位同學(xué)在參賽過(guò)程中同時(shí)取得了學(xué)術(shù)論文、發(fā)明專利以及軟件著作權(quán)等科研成果。學(xué)生通過(guò)參加大學(xué)生信息安全競(jìng)賽，進(jìn)一步提高了科研實(shí)踐能力，為其后續(xù)的研究生學(xué)習(xí)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語(yǔ)

信息內(nèi)容安全是信息安全領(lǐng)域中新的研究方向和學(xué)科，信息內(nèi)容安全課程的建設(shè)非常重要。為了順應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對(duì)信息內(nèi)容安全監(jiān)管人才的迫切需求，武漢大學(xué)于2014年率先開(kāi)展了信息內(nèi)容安全課程建設(shè)和教學(xué)工作，通過(guò)5年的信息內(nèi)容安全課程的教學(xué)實(shí)踐，構(gòu)建了一套完整的課程體系。該課程建設(shè)以學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為中心，在課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)課程以及考核機(jī)制3方面進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，通過(guò)“課程講授+上機(jī)實(shí)驗(yàn)+綜合實(shí)踐”考核的方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生從提出問(wèn)題、分析問(wèn)題到解決問(wèn)題的綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)和鍛煉，將“基礎(chǔ)性”教學(xué)轉(zhuǎn)化為“實(shí)用性”教學(xué)，獲得了良好的教學(xué)效果。希望武漢大學(xué)提出的信息內(nèi)容安全課程的建設(shè)思路，能夠?yàn)閷⒁_(kāi)設(shè)信息內(nèi)容安全課程的學(xué)校提供參考。