产学合作协同育人教学内容和课程体系改革项目申报书-训赛一体的网络空间安全人才创新实践能力培养

2023年美丽软件科技有限公司教育部产学合作协同育人项目申请书项目名称：训赛一体的网络空间安全人才创新实践能力培养负责人：联系电话：工作邮箱：学校名称：通信地址：二○二三年七月制填表说明(1)全日制本科高校在职教师或在校学生；(2)原则上不接受之前已获得过同类项目资助的重复2.有关项目内容、具体要求和说明请参考项目申报指3.项目负责人填写的内容由所在单位负责审核，所填内容必须真实、可靠。4.申请书由项目负责人填写并手写签名，报送所在高校主管部门审查、签署意见并盖章后，将扫描文件上传到项目平台()。项目概况(单选)项目负责人(主要教学及科研工作)获得蓝桥杯软件设计大赛省赛二等奖2020.10操作系统慕课设计和制作的探究2024.6疫情下教师在线教学能力提升的探究项目主要成员(不含项目负近年来，网络空间安全面临严重威胁，我国逐渐加大人才培养建设力度。2016年4月，习主席在网络安全和信息化工作座谈会上提出，“没有网络安全就没有国家安全”。目前我国网络空间安全人才数量缺口巨大，尤其缺乏实用型和实战型的网络空间安全人才。高校是网络空间安全人才培养的主阵地。当前，高校在网络空间安全人才创新实践培养过程中面临较大挑战：①课堂教学偏重理论教学，教师和学生缺乏参与产业实践的机会；②实践教学活动以知识点的验证性实验为主，所使用的案例、环境、资源、方法等更新不及时，难以有效提升学生的认知和实践水平；③学生学业任务重，疲于应对多个松散的知识点实验验证，实践效果不佳、学习主动性不够。为此，将科研项目、学科竞赛、本科毕业设计有机融合，打通理论学习、实践训练、创新活动等诸多环节，设计训赛一体的网络空间安全人才创新实践能力培养模式，有助于提高学生的学习积极性和实践创新能力。1已有创新实践能力培养模式根据驱动的方式不同，将已有的创新实践能力培养模式分为教学实验驱动模式、学科竞赛驱动模式、科研项目驱动模式。教学实验驱动模式

[1-2]，是指在课上安排多个教学实验任务要求学生完成，其教学实验内容通常是对已有知识的复现或综合运用，通过报告、演示等方式进行验收并作为课程成绩的全部或一部分。根据教学实验活动安排，可以安排学生独立完成或组队完成，实验周期通常在一个学期之内。该模式的优势包括：①实验任务与成绩挂钩，学生完成作业的动力强；②实验内容可操作性强、可评估性强。缺点包括：①实验任务通常依托相对独立的或少量关联的知识点，距离解决现实复杂工程问题的能力要求还有一定距离；②由于学生学业任务重，在单个教学实验中的工作量和创新实践难度不宜过高，否则可能面临多数学生无法完成实践任务的情况，打击学生的学习积极性；③实验任务不能跳出教学大纲要求，其内容设计的灵活性不高。学科竞赛驱动模式

[3-4]，是指鼓励学生课外参加高水平学科竞赛活动，以比赛促进创新实践能力的提升。网络空间安全领域的重要比赛包括作品赛和夺旗赛两种类型。作品赛的重要比赛包括全国大学生信息安全竞赛作品赛、中国高校计算机大赛—网络技术挑战赛等，夺旗赛的重要比赛包括全国大学生信息安全竞赛创新实践能力赛、DEFCONCTF、XCTF等。该模式的优势包括：①无论是自命题还是答题方式，高水平网络空间安全竞赛对学生的知识宽度和深度要求较高，对于提升学生的创新实践水平具有较好的促进作用；②竞赛激励机制明显，学生通过团队作业方式有机会在短时间内完成较高质量的作品或短时间内快速提升实践水平。缺点包括：①参与竞赛的受众相对于全体网络空间安全专业的学生比例有限；②教师和学生在参与比赛过程中，承受的外界压力相对较小，管理上相对松散，可能出现完成质量不高、中途退赛等情况。科研项目驱动模式

[5-6]，是指鼓励学生参加创新实践项目或科研项目，在利用网络安全技能解决现实问题的过程中促进创新实践能力培养。该模式的优势包括：①科研项目周期相对较长，能够深入了解相对具体的问题挑战和技术难点等；②以实际科学问题为导向培养学生的实践水平和创新能力，符合创新发展规律。缺点包括：①类似于竞赛驱动模式，项目驱动模式的受众相对有限；②通常学生只参与项目的少部分工作，缺乏对项目的整体把握和理解。表1从多个维度展示了3种创新实践能力培养模式的优缺点。本次项目的实施为后续企业与高校的合作搭建了平台，具有桥梁的作用，项目实施的意义较大。2.项目培训方式：本项目培训的方式更加多元化，采用线上线下、理论+实践相结合的培训方式。大数据分析相关师资培训研议报告及大数据分析技术相关学习资料等，。在进行线下培训时，采用理论+实践的培训方式，不仅要注重理论知识，还要注重实战锻炼，在实学习成效。为了提高教师的学习效率，以及更好地掌握教师培训情况，本项目采用以任务为导向，将培训内容分解成每天的学习任务，最后以学习日志和课程设计的形式提交。除进行线下培训外，还可以带领高校教师参观企业，组织专任教师去企业顶中去。项目实施的途径和方式更加多元化，更具有趣味性，可以训。3.项目培训内容：本项目实施目的是提高教师专业技能、教学能力和课程建设水平。本项目对教师专业技能的培训更注重教师实践能力的提升，培训内容不拘泥于课本理论，侧重于大数据分析技术在企业中的实际应用。通过实际项目演练，加深教师对所学知识点的理解和掌握，使得教师通过培训达到大数据专业的能力要求。2训赛一体的创新能力培养模式实施方案设计为了有效提升网络空间安全人才培养的创新实践能力，提出训赛一体的创新能力培养模式。该模式的基本思想是将科研项目、学科竞赛及本科毕业设计有机融合，打通理论学习、实践训练、创新活动等多个环节。具体实施方案包括以下两种思路。2.1打造“科研项目—学科竞赛—毕业设计”的创新实践闭环该实施方案的基本思路是依托科研项目研究内容设计竞赛作品，依托科研团队力量协助竞赛作品开发，并进一步孵化毕设课题。具体流程包括6个步骤（如图1所示）。1）项目需求凝练。从科研项目中提炼需求，恰当定位研究问题。科研项目中的研究问题，是开展关键技术研究和突破的前提，也是设计竞赛题目的基础。该环节中应注意选择难度适中的研究问题开展研究和竞赛题目设计，原因是参赛本科学生的知识广度和深度相对有限，不宜选择难度过高的问题。2）竞赛选题落地。将研究问题与具体应用场景相结合，凝练为竞赛题目。应注意到，相比科研项目中的研究课题，竞赛题目更重视理论创新与实际应用场景的结合，竞赛作品需落地见效，避免将竞赛题目仅停留在理论或方法的研究层面。3）科研团队协助。利用科研团队资源协助学生开展竞赛活动。一方面，请科研团队的研究生在竞赛作品的系统框架设计、算法设计等方面予以指导，本科学生的实验测试结果也为研究生的课题开展提供验证支持。另一方面，请相关合作单位尤其是企业单位在系统前端和部分后端逻辑方面予以指导，本科学生在界面设计、Web前端、数据库等使用方面通常停留在概念层面，缺乏对业务系统成熟框架的理解和使用，通过企业单位工程师的协助，参赛学生能够较快掌握系统开发所需的必备前后端技能。4）多方协同推进。学生主要专注于竞赛相关算法、模型的设计、开发、测试以及文档撰写工作，学生定期向指导教师汇报进展情况、面临的问题挑战以及下一步工作计划，指导教师根据学生当前进度协调科研团队资源，协助解决学生问题、推进竞赛项目进度。5）竞赛作品升级。学生在初步完成竞赛作品后，需要从创新性、安全性、可用性、鲁棒性、可扩展性等维度提升作品质量，使其接近或达到生产环境的要求。6）毕设课题孵化。在完成竞赛基础上，结合科研项目研制需要，可进一步孵化本科毕业设计进行深入研究。同时，竞赛和本科毕设的成果可直接服务于科研项目。相比单一的竞赛驱动和项目驱动模式，本实施方案的优势主要包括2点：①参赛学生与科研团队之间形成良性互动，达成双赢，学生完成竞赛作品的动力强，完成质量相对较高；②受训范围相对较广，包括竞赛学生、本科毕业设计学生、参研项目学生等多种类型。2.2打造“科研项目—毕业设计—学科竞赛”的创新实践闭环该实施方案的基本思路是依托毕设课题组队参加学科竞赛，协同推进毕设课题和竞赛作品，进一步促进创新实践升级并为科研项目提供支撑。具体流程包括以下6个步骤（如图2所示）。1）项目需求凝练。从科研项目中提炼需求，恰当定位毕设课题的研究问题。不同于竞赛选题，毕设课题的难度可适当增加，这是因为大四学生已经掌握了较扎实的专业知识，具备独立开展探索性研究的基础。同时，毕业设计不能完成意味着学生无法毕业，其内在驱动力高于竞赛，也更能激发学生的学习动力。2）毕设课题落地。在发布毕设课题任务时，必须将毕设的研究内容与实际场景相结合，并开发相应的原型系统，这是继续开展学科竞赛等活动的前提。如果指导教师发现毕设课题研究内容难以运用到实际中，则需要重新设计毕设内容。3）毕设学生遴选。该创新实践模式对毕设学生提出了相对高的要求，学生不仅需要完成毕设课题的研究内容，同时还负责带队参加学科竞赛。4）组队参加竞赛。依托毕设课题内容，由毕设学生发起参加竞赛的申请，联合多名低年级学生共同组队参加全国大学生信息安全竞赛等创新实践活动。实际上，联合组队的对象通常是低年级学生，其原因包括2点：①同年级大四学生也在开展本科毕设，通常难以有精力同时参与2个及以上课题；②不同年级学生搭配，队伍的层次性好，有利于长期开展梯队培养建设。5）协同推进竞赛和毕设。毕设学生主要负责课题相关研究内容的算法研究、设计及开发工作。低年级学生工作包括2项：①以毕设内容为基础，开展系统集成和实验验证工作；②在毕设学生的统一协调下，协助完成竞赛文档撰写、系统测试等工作。6）创新实践升级。在完成毕设课题和竞赛项目后，可持续迭代优化作品内容和形态，孵化新的毕设课题和竞赛项目。同时，竞赛和本科毕设的成果可直接服务于科研项目。相比单一的竞赛驱动和项目驱动模式，本实施方案的优势主要包括两方面。一方面，本科毕设和竞赛完成质量相对较高，这是因为大四学生必须较好完成本科毕设才能毕业，其动力较强。同时，低年级参加竞赛学生在毕设基础上进一步进行拓展提升，其创新实践活动技术路线的可行性较强。另一方面，受训范围相对较广，包括竞赛学生、本科毕业设计学生等。3训赛一体的创新能力培养模式实施案例根据“科研项目—毕业设计—学科竞赛”的创新实践流程，笔者于2020年度和2021年度分别进行了尝试和探索。下面以2020年度的经历为例，具体说明其实施过程。2019年12月，根据正在承担的科研项目研制任务需要，笔者选择了“如何在公共网络环境下实现安全隐蔽传输”这一问题拟设置本科毕业设计。选择该研究问题主要有以下原因：课题具有较强的开放性，学生在已有研究的基础上比较容易激发出更多的创意和灵感；课题具有较强的可行性，学生已经掌握或通过短时间学习即可掌握该课题所依赖的网络传输、信息隐藏、身份认证、信息加密等知识背景；课题具有较多的落地应用场景，在线办公、在线教育、在线会议等场景下都需要保证数据传输的安全性。2020年1月，遴选1名本科学生完成该毕设课题。通过前期沟通判断，该学生具备完成毕设课题的能力素质，同时也具有较好的执行力和团队协作意识。2020年2月，该学生发起组队，邀请3名大三学生共同组队参加信息安全比赛。同时，请科研团队的1名研究生和1名工程师在竞赛作品的系统框架设计方面予以指导。2020年2月—6月，科研团队与参赛学生以线上或线下会议形式至少每周沟通1次，讨论内容包括本周工作进度、遇到的问题及下周工作安排等。参赛学生分工明确，毕设学生主要负责安全隐蔽传输系统的框架设计、算法设计与实现等，大三学生主要负责系统测试环境搭建、系统参数设置、部署环境搭建、文档撰写等工作。2020年6月，大四学生完成本科毕业设计，并获得院级优秀毕设称号。2020年8月，学生组队参加了2020年度的中国高校计算机大赛—网络技术挑战赛，竞赛题目为“基于多通道的安全通信体系结构”，获得华中赛区一等奖、全国三等奖。比赛过程中，学生提出的系统设计思路、算法流程等对科研项目起到了较好的辅助支撑作用。比赛结束后，参赛的1名大三学生主动向本人申请做本科毕业设计，同时组队参加了2021年度中国高校计算机大赛—网络技术挑战赛。最终，学生本科毕设获得校级优秀毕业设计称号，参赛作品获得华中赛区二等奖、全国三等奖。根据2次实践经历，未来可改进的地方包括2点：①进一步发挥科研团队对竞赛的辅助支撑作用，2次比赛在全国赛中仅获得三等奖的一个重要原因是系统的可视化界面效果不佳，使竞赛作品的可用性打了折扣，参赛学生通常在可视化方面缺乏经验，之后的比赛组织中应加强科研团队前端工程师对参赛学生的指导协助；②进一步激发学生的创新意识，在比赛过程中，学生在初步完成作品后，缺乏深度探索研究、提升作品创新性的动力，为此，以发表学术论文为牵引进一步提升学生的创新意识，提高竞赛作品和本科毕设的质量。4训赛一体的创新能力培养模式思考与建议4.1准确设计课题内容学生的毕业设计、竞赛项目源自教师团队的科研项目。准确设计课题内容包括3个方面：①选题准确，选择的问题场景既要源于科研项目的直接或间接需要，又要与网络空间安全有密切联系；②研究内容准确，研究内容的范围既不能太大导致无法完成，又不能太小导致工作量不足；③难度设计准确，内容的难度既不能太难导致无法完成，又不能太简单导致没有创新性。4.2仔细遴选优秀学生该培养模式对承担主要工作的学生素质提出了较高要求：①学生应具备与科研项目内容相关的背景领域知识，这是顺利开展本科毕设和竞赛项目的前提；②学生应具备较强的人际沟通能力，在该模式中，学生需要与指导教师、工程师、研究生学长、同学等多种类型的人员沟通协调工作，才能将工作状态调整到最佳；③学生应具有较强的执行能力，尽管该模式给学生创造了较好的资源环境，但主体工作主要是靠学生推进执行。4.3及时掌握工作进度在该培养模式中，指导教师的主要责任是能够及时掌握工作进度，并解决学生的工作困难。学生可能面临多种挑战问题，例如没有工作思路，缺乏有经验的研究生学长指导，碰上技术难题后长时间无法解决，需要请研究生和工程师等帮助时难以有效沟通，研究生和工程师无法投入足够时间对其指导等，这些问题都需要指导教师定期与学生开会沟通并及时解决，进而协助学生尽快进入状态并发挥自己的能量。通过本课题的研究，力求达到以下预期目标：（1）对区域代表性企业进行调查走访，通过调查结果分析得到围绕软件工程专业人才培养方案要求及毕业要求的解决复杂工程问题的创新能力需求报告；（2）校企双方教师尝试在嵌入式核心课程的实践教学中将OBE教学模式进行应用，包括共同进行项目选择、案例设计、场景设计及实施过程；（3）校企双方教师在课程设计中加入师生协同创新，制定过程化考核机制，完善软件工程专业课程体系；（4）形成带有实践效果的应用研究报告；（5）发表教学改革论文1-2篇。2023年8月-2023年1月：开展性工科产教融合、校企合作模式相关外政策及文献的整理，并对相关文献和法规进行研究探索，深入理解国家对新工科专业人才需求的具体标准和方向，并以此为基础