新工科背景下網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)課程教學(xué)探索

孫佳佳 馬駿 常德顯

摘 ?要 新工科教育是為了更好地適應(yīng)新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)提出的人才需求而產(chǎn)生的一種新型工程教育模式。作為信息對抗技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)方向課，如何在新工科背景下提高網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)以學(xué)生為主體的創(chuàng)新能力顯得尤為重要。針對現(xiàn)存的課程內(nèi)容偏難、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高等問題，從新工科對教學(xué)內(nèi)容變革的要求出發(fā)，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式進行探索和改進，以期達到提高課程教學(xué)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞 新工科;網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知;教學(xué)改革;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.3 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）12-0088-03

Research on Teaching of Network Security Situation Awareness under New Engineering Background//SUN Jiajia， MA Jun， CHANG

Dexian

Abstract New engineering education is a new kind of education mode to better meet the demand of talents in new industry and eco-

nomy. As an important specialized course， it is crucial to improve the

teaching quality of the course and to cultivate students innovation capability under new engineering background. In view of the diffi-

culty of the existing curriculum and the low enthusiasm of students， starting from the requirements of the new engineering for the change

of teaching content， improvement and exploration of teaching con-

tent， teaching methods and assessment methods are made to improve

the teaching quality.

Key words new engineering; network security situation awareness; teaching reform; flipped classroom

1 引言

網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)課程是戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學(xué)信息對抗技術(shù)專業(yè)的專業(yè)特色選修課。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知的基本流程;理解掌握網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢分析、網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢評估以及網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢預(yù)測等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基本原理和典型方法;具備運用態(tài)勢感知技術(shù)分析解決網(wǎng)絡(luò)空間信息防御中實際問題的能力。

新工科是在國家應(yīng)對戰(zhàn)略需求和支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的前提下應(yīng)運而生的，其目的不僅是培養(yǎng)在工程領(lǐng)域從事規(guī)劃、設(shè)計、施工、勘探、維護和管理等方面工作，具有高級工程技術(shù)和實際應(yīng)用能力的人才，而且要培養(yǎng)在新形勢、新環(huán)境、新需求等情況下，適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展需要且具有新型技術(shù)和綜合應(yīng)用能力的專門人才，即為滿足國家戰(zhàn)略和新興產(chǎn)業(yè)的市場發(fā)展需求以及多學(xué)科交叉融合的新型工程技術(shù)的需求，培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[1-3]。

因此，在這樣的背景下，特別是在習(xí)主席4·19講話以及《網(wǎng)絡(luò)安全法》和《國家網(wǎng)絡(luò)空間安全戰(zhàn)略》相繼出臺、網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知被提升到戰(zhàn)略高度的背景下，作為一門重要的專業(yè)課程，網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)課程需要思考如何結(jié)合新工科的思維來調(diào)整優(yōu)化現(xiàn)有課程教學(xué)模式，以滿足新時代、新的使命任務(wù)對信息對抗技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)需求。

2 網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)教學(xué)內(nèi)容寬泛，涉及的基礎(chǔ)知識較多，主要內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)預(yù)處理、網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢分析與評估以及網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢預(yù)測等方面。課程內(nèi)容包括繁多抽象的概念、模型以及算法，講授過程中又不可避免地要向?qū)W生介紹涉及的各種模型和算法，而受限于有限的課時，很多內(nèi)容教員并不能充分展開，講課速度也較快，有時還需要學(xué)生課下對所學(xué)內(nèi)容進行進一步的學(xué)習(xí)，因而對學(xué)習(xí)主動性不強的學(xué)生來說學(xué)起來可能會感到吃力。此外，網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)涉及的知識相對零散，已有的內(nèi)容多是研究者個人的研究成果，知識體系不夠嚴謹，使得學(xué)生無法進行標準化學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)時很難快速形成完整的知識體系和宏觀認識，學(xué)習(xí)過程容易感到困惑。

以往教學(xué)過程中側(cè)重于向?qū)W生灌輸事實性知識，多偏重理論和技術(shù)的講解，而對其實際應(yīng)用介紹相對較少，導(dǎo)致部分學(xué)生在初接觸這門課時提出“學(xué)這門課有什么用”的疑問，形成不好的第一印象，進而影響教學(xué)效果。而且教員基本采取課堂講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，課堂氣氛比較沉悶枯燥，又缺乏實踐環(huán)境，學(xué)生提不起興趣，教學(xué)效果事半功倍。此外，雖然網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)作為一種實踐性很強的技術(shù)發(fā)展非常迅速，市場上已經(jīng)有很多相關(guān)的產(chǎn)品面世，但其理論研究相對滯后，目前公開出版的適合本科生學(xué)習(xí)的教材鮮有耳聞。以往選用的教材也存在內(nèi)容陳舊、重難點不突出、邏輯層次不夠清晰等問題，致使學(xué)生沒有合適稱手的教材作為學(xué)習(xí)的基本遵循。

考慮到網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)涉及的諸多內(nèi)容以及本門課選修課的定位，以往選擇以大作業(yè)的方式作為課程考核方式。但這種方式不僅無法體現(xiàn)學(xué)生平時學(xué)習(xí)的情況，給出過程性評價，而且從上交的作業(yè)來看，部分學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容只限于膚淺了解，更不用說靈活運用所學(xué)知識解決實際的網(wǎng)絡(luò)安全問題。

3 新工科模式在網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用

新工科背景下，傳統(tǒng)學(xué)科的界限越來越模糊，現(xiàn)代工程問題往往要求不同學(xué)科協(xié)同合作來解決復(fù)雜問題;再加上網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)本就是一個交叉性極強的研究范疇，內(nèi)容涉及計算機科學(xué)、信息科學(xué)、工程學(xué)、行為科學(xué)、密碼學(xué)、統(tǒng)計學(xué)以及認知科學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，因此需要在教學(xué)過程中充分考慮網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)所涉及的交叉學(xué)科領(lǐng)域以改進傳統(tǒng)教學(xué)模式。

適度調(diào)整擴充教學(xué)內(nèi)容 ?近年來，以人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)為代表的新技術(shù)的成熟、應(yīng)用與推廣，為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)造了突破的機遇，其相互之間的結(jié)合也越來越緊密。因此，本學(xué)期在制訂課程教學(xué)計劃時，適時增加了有關(guān)大數(shù)據(jù)平臺和技術(shù)的內(nèi)容，包括大數(shù)據(jù)主流平臺框架、大數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理技術(shù)以及大數(shù)據(jù)的存儲和管理技術(shù)等;并在后續(xù)實例展示部分結(jié)合國內(nèi)著名網(wǎng)絡(luò)安全廠商天融信的態(tài)勢感知系統(tǒng)加以講解，不僅使學(xué)生明白所學(xué)理論和技術(shù)很有用，而且向他們展示了如何將理論與實踐相結(jié)合，同時向?qū)W生傳達了要重視學(xué)科交叉、跨越人為劃分的學(xué)科界限廣泛深入學(xué)習(xí)的思想。

此外還調(diào)整增加了包括完整內(nèi)容數(shù)據(jù)、提取內(nèi)容數(shù)據(jù)、會話數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)以及告警數(shù)據(jù)在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)范圍部分的內(nèi)容，旨在使學(xué)生從源頭開始，對網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知關(guān)注的數(shù)據(jù)范圍有一個清晰準確的認識。而且提供給學(xué)生Wireshark、Snort等常用的安全分析軟件和相關(guān)資料供其在課外學(xué)習(xí)之用，從而一定程度上緩解了本課程純理論講授而缺乏實踐環(huán)節(jié)的不利影響。

豐富教學(xué)方法和手段 ?針對學(xué)生反映的課程內(nèi)容偏難、聽不懂的問題，本學(xué)期在備課過程中，特別是在課堂設(shè)計時，充分利用動畫、圖片等方式，并結(jié)合生活中的實例，由淺入深、循序漸進，力爭將復(fù)雜抽象的算法模型具體化、形象化，從而加深學(xué)生對知識點的理解。如在講解態(tài)勢分析部分的信息融合技術(shù)時，從學(xué)生熟悉的盲人摸象的例子出發(fā)，引入信息融合的思想，進而引導(dǎo)學(xué)生自己得出在計算機領(lǐng)域信息融合的定義，然后類比人體中信息融合的過程，給出著名的JDL信息融合模型。考慮到該模型中包括目標評估、態(tài)勢評估、影響評估和過程評估在內(nèi)的這四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)比較抽象難懂，又結(jié)合中印洞朗對峙事件的整個過程對這四個環(huán)節(jié)加以類比說明以幫助其加深理解。

最后，從信息融合的諸多技術(shù)中選取原理相對簡單、應(yīng)用比較廣泛、學(xué)生有一定基礎(chǔ)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行重點講解，并以對報警信息進行融合處理從而發(fā)現(xiàn)攻擊行為為例，對所學(xué)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)信息融合技術(shù)進行應(yīng)用總結(jié)。從授課情況來看，學(xué)生參與度較高，課堂氣氛比較活躍，比較好地完成了預(yù)定的教學(xué)任務(wù)。

為了彌補傳統(tǒng)的以教師為主的講授方法無法滿足新工科注重提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)參與度、學(xué)習(xí)質(zhì)量和能力培養(yǎng)要求的不足，本學(xué)期嘗試采用翻轉(zhuǎn)課堂的模式對部分章節(jié)內(nèi)容進行設(shè)計，并結(jié)合考核評價方式以激勵學(xué)生充分參與課堂。如本學(xué)期授課時選取網(wǎng)絡(luò)資源比較豐富、內(nèi)容相對簡單的態(tài)勢關(guān)聯(lián)分析技術(shù)這部分內(nèi)容進行翻轉(zhuǎn)課堂的實踐。具體實施時，由學(xué)生以4～5人自由組合成為一個小組，并由組員推舉產(chǎn)生小組長，由小組長負責(zé)統(tǒng)籌安排本組的資料收集、PPT制作以及PPT宣講等事宜。以小組為單位進行討論，確定內(nèi)容提綱并完成本章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，然后通過小組互評的方式促使學(xué)生將本章節(jié)內(nèi)容中的重難點討論清楚、掌握牢固。其間，教員適時進行指導(dǎo)、點評、總結(jié)提高。

在授課過程中，學(xué)生角色的轉(zhuǎn)變促使其學(xué)習(xí)態(tài)度發(fā)生改變，從而提高了學(xué)習(xí)效率和授課質(zhì)量。與此同時，團隊分工協(xié)作的模式也使學(xué)生在吸收知識—課堂講授的過程中提升了自學(xué)能力、歸納總結(jié)能力和表達能力。

此外，為了進一步提高授課質(zhì)量，筆者結(jié)合自身體會和對教學(xué)過程的反思，本學(xué)期在部分章節(jié)的授課過程中摒棄了以往因教學(xué)內(nèi)容過多過難而采取的“撒胡椒面兒”式的教學(xué)方法，而采取案例式教學(xué)以達到既降低教學(xué)難度又增加內(nèi)容深度的效果。如在講解網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢評估部分的內(nèi)容時，選取難度適中又非常有代表性的學(xué)者陳秀真的研究成果作為案例進行講解。在課前，先讓學(xué)生對課上要用的案例論文《層次化網(wǎng)絡(luò)安全威脅態(tài)勢量化評估方法》進行自學(xué)，課上再圍繞這個案例進行知識點的深入學(xué)習(xí)。從反饋的結(jié)果看，學(xué)生對這樣的教學(xué)方式接受度較高，講授內(nèi)容也能較好掌握。

與此同時，將國內(nèi)一些知名安全廠商如奇虎360、天融信以及安恒信息等的官方網(wǎng)址、最新信息動態(tài)以及官方微信公眾號等分享給學(xué)生，使其了解網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)的最新進展和最新產(chǎn)品。此外，組建課程微信群，方便學(xué)生及時溝通課程學(xué)習(xí)過程中的問題和疑惑，通過即時溝通實現(xiàn)課后學(xué)習(xí)效果最優(yōu)化[4]。

創(chuàng)新教學(xué)評價形式 ?教學(xué)評價是提高教學(xué)質(zhì)量和促進學(xué)生發(fā)展的重要手段。因此，圍繞提高教學(xué)質(zhì)量的最終目的，本學(xué)期加大了平時成績在總成績中的比重，并記錄學(xué)生課堂聽講情況、回答問題情況以及翻轉(zhuǎn)課堂的準備情況等作為平時成績的重要依據(jù)。此外，筆者還采用師生、生生多向問答的評價方式[5]。每個知識模塊的內(nèi)容學(xué)習(xí)完成后會進行一次15分鐘左右的多向問答環(huán)節(jié)，并對深入思考過的、有創(chuàng)新性的提問或回答給予獎勵，以激勵學(xué)生積極參與問答環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)的教師提問、學(xué)生回答的方式不同，學(xué)生之間問答的氣氛更顯平等，更容易激發(fā)其參與的熱情并進而提高問答的質(zhì)量。

4 結(jié)語

“沒有網(wǎng)絡(luò)安全就沒有國家安全?！本W(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)作為提高國家信息安全保障能力的一種重要手段，正受到越來越多的關(guān)注。為了適應(yīng)新工科的發(fā)展要求，提高課程教學(xué)質(zhì)量，通過將新工科的思維與網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知技術(shù)的課堂教學(xué)相結(jié)合進行教學(xué)改革探索，調(diào)整了教學(xué)內(nèi)容，綜合運用了多種教學(xué)手段，并采用比較全面的考核方式以促使學(xué)生發(fā)揮自主學(xué)習(xí)的能動性，提高學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)、綜合解決問題的能力，為新工科建設(shè)和維護國家網(wǎng)絡(luò)安全培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才。

參考文獻

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