工程伦理学教学改革研究项目

工程伦理学教学改革研究项目近年来，世界范围内网络安全问题呈现高发态势，网络安全问题已经从个人或商业层面提升到国家安全层面。美国网络安全专业的高校和研究机构达到了上百所，广泛分布于各个地区，并提供不同层次的网络安全学位教育[1]。许多高校更加重视对学生综合素质的培养，课程体系涵盖多学科内容，使学生的知识体系更加多元。我国网络安全学科建设起步较晚，截至2019年底，全国共有241所高校设立了网络空间安全类专业，数量不多，规模也不大。目前网络安全人才的培养跟不上产业发展的要求，学生的实践应用能力有待进一步提高。为了更好地面对新兴产业带来的挑战与机遇，我国2016年加入最具影响力的国际工程教育学位互认协议《华盛顿协议》[2]。工程教育认证由专门职业协会与该专业领域的教育工作者一起进行，其核心是确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求。通过认证，可以明确工程教育专业的标准和基本要求，发现教学管理的薄弱环节，促进建立科学规范的教学质量管理和监控体系，从而提高大学教学管理水平；引导高等工程教育专业改革与发展方向，密切高等工程教育和工业界的关系；促进人才培养与产业发展的适应性，提高工程教育的质量。1网络安全课程教学现状网络安全技术课程是计算机相关专业的一门专业方向课程，传统的教学方式依据教材的章节设置依次开展，一般是以知识为中心，对学生的要求停留在理解、记忆、简单应用层面，存在以下几个问题[3]。1）课程内容滞后。网络安全问题常常需要跨学科的知识，现有课程内容过于重现技术细节，忽略了工程应用和前沿科学的扩展。网络安全领域的技术不断快速发展，使得课程内容滞后情况严重。2）教学方法单一。网络安全理论知识抽象、深奥，案例陈旧，与行业应用脱节。课程存在注重理论、缺乏实践操作的问题。3）考核方式片面。传统考核注重期末卷面成绩，学生通过考前突击记忆教材中的知识点完成考核。实验部分的考核存在部分学生浑水摸鱼情况，对能力较差的学生不能起到督促作用，也不能准确地评价学习效果。2基于工程教育认证的网络安全课程教学改革实施方案工程教育认证的核心理念是“学生中心、成果导向、持续改进”。整体教学改革方案如图1所示。3基于工程教育认证的网络安全课程教学改革3.1基于“成果导向”理念确定学习目标工程教育认证实施采用反向设计、正向施工的方式，科学制订人才培养方案，包括培养目标、毕业要求、课程体系等。首先确定培养目标，除了需要考虑学校的办学定位、专业特点、教学规律外，还要充分考虑国家、社会、行业和用人单位多方需求，考虑将学生培养成什么样的人才，能做什么，可以从事哪些行业。这一般是对学生毕业5年后的预期发展情况的概述，根据培养目标，确定毕业要求。为了实现培养目标描述的学习成果，毕业要求列举了学生毕业时应该具有的能力。根据2022年发布的《工程教育认证标准》，毕业要求应涵盖12项通用标准每一项通用标准，再细化为能力指标点。毕业要求是建立课程体系的依据，课程体系是达到毕业要求的支撑。毕业要求中的指标需要课程体系中的每一门课程来实现，可以采用课程与毕业要求支持关系矩阵表示。充分考虑每门课与毕业要求指标点的支撑情况，做到横向上每门课都能对3~5个指标点进行支撑，纵向上每个指标点有5~7门课支撑，支撑情况分为低、中、高3个等级。每门课程大纲的制订不再是孤立的，而是相互支撑，共同建立一个更具合理性、完整性的知识体系。以具体情况为例，根据课程与毕业要求矩阵中网络安全技术课程需要，对工程知识及应用能力、使用现代工具、工程与社会3个毕业要求的1-3、5-3、6-2指标点分别给予中支撑、高支撑、中支撑。课程的内容依照学科发展和产业需求有较为成熟的划分，但是根据课程体系中的地位不同，需要适当调整，比如对于毕业要求5使用现代工具能力中的指标点5-3，能够针对计算机领域复杂工程问题的具体模块，开发或选用合适的仿真工具进行合理的模拟、预测，并分析其局限性。网络安全技术课程需要学生在了解理论知识基础上，进行网络安全相关操作[4]，这些操作对于本科生而言就是熟练使用各种网络安全工具。课程将集成了多种网络安全工具的KaliLinux系统引入教学过程，在课堂教学中强化工具的使用，在实验学时给学生更多的操作时间[5]。目标1侧重基本知识的理解和简单运用。目标2强调工具的使用，把网络安全前沿技术引入课程，通过选用合适的仿真工进行实践操作，以激发学生学习兴趣，提高学习效率。目标3体现专业的社会属性，即在学习专业技术的同时也要考虑社会、安全、法律以及文化等多方潜在影响。3个课程目标与毕业要求指标点依次对应，具体关系见表1。3.2基于“学生中心”理念进行教学设计根据课程目标对课程内容进行调整，包括确定其对每个课程目标的支撑情况、理论和实验学时的分配等（见表2）。具体来说，课程目标2对毕业要求5-3高支撑，因此采用合适的现代工具应该重点考虑。课程各个章节都涉及工具的使用，但是学时有限，仍然要有所侧重，否则每个知识点都只能蜻蜓点水，都难以达到很好的效果，因此选择了对课程目标2高支撑的课程内容为网络扫描与监听、网络攻击与防御、恶意代码、防火墙与入侵检测以及网络安全方案设计，包括12个教学项目中的5个，课时占比42%，涉及多个网络安全最实用的技术和工具。引入前沿技术，提高学生兴趣，通过引导学生使用KaliLinux等工具集实践操作，理论联系实践，提高学生综合素质。授课采用个性化学习的方法，通过分层教学、自主学习等方式，满足不同学生的学习需求。采用雨课堂、超星学习通等工具进行线上线下混合式教学，对课前、课中、课后进行全面覆盖。课前发布预习任务，让学生在课前阅读相关资料，观看视频或完成练习，为课堂上的学习做好准备。提供在线学习资源，如电子书、网络课程、视频讲座等，让学生根据自己的兴趣和需求自主学习相关知识。在线平台上组织讨论或社区活动，让学生在课前就能与同学和教师交流、分享思考，促进思想碰撞和问题探讨。提前提出一些问题或案例，鼓励学生思考和预测课堂上可能涉及的问题，激发学生的学习兴趣和主动性。课中，在课堂上重点讲解课程核心概念和知识点，强调难点和重点内容，解答学生的疑问，帮助学生理解和掌握知识。组织案例分析和问题讨论，引导学生运用所学知识解决实际问题，培养学生的问题解决能力和批判性思维。组织小组合作学习活动，让学生在小组中合作完成任务和项目，培养团队合作精神和沟通能力。在课堂上进行实验或展示，让学生亲自动手实践和体验所学知识，加深对知识的理解和记忆。课后，布置作业任务，巩固课堂所学知识，拓展学生的思维和知识面，提高学生的学习主动性。提供在线练习和测验，让学生巩固所学知识，自主检测学习效果，及时发现和纠正错误。在线平台上组织课后讨论，让学生总结课堂所学知识，分享学习体会和感悟，促进学生的深度思考和学习反思。根据学生的学习表现和需求，提供个性化的学习建议和指导，帮助学生更好地规划和管理学习。3.3基于“持续改进”理念构建评价体系课程考核与评价由3部分组成，包括平时表现、小测验和期末考试，所占权重为25%、25%、50%，其中平时表现包括每章作业完成情况、课堂出勤和课堂表现给出得分，再按25%计入总成绩。如表3所示，最后一行为3种考核方式在总成绩中的占比，最后一列为各课程目标在总成绩中的占比。注重过程评价，根据教学方法采用多角度、多元化的评价，比如预习视频对观看情况赋分，课堂测验采用学生互判，小组讨论通过组成评委组分组打分等。考核方式更科学、更合理。根据各项考核成绩计算课程各项目标达成度和课程达成度，公式如下：课程某分目标达成度=SUM(考核方式i平均分/考核方式i总分*考核方式i的权重)课程达成度=SUM(课程目标i达成度*课程目标i的权重)以一次考核成绩为例，3个课程目标的达成度分别为0.92、0.83、0.82，课程总体目标达成度为0.84，及格分为0.6，因此总体课程实现预期目标（见表4）。课程达成度表示课程目标完成情况，根据支撑情况计算各项毕业要求指标点的达成情况。根据计算结果，从宏观上调整各门课程对相应指标点的支撑强弱程度，从微观上调整教学对课程目标的支持，使得整个课程体系到每一门课程更加合理、更加科学。4教改成效经过网络安全课程的教学设计，在课程出勤率、课堂活跃度、成绩等方面呈现出明显改善。近3年课程达成度如图2所示，3个课程目标达成度逐年提高，其中目标1、2提升幅度较小，目标3提升幅度较大。原因是前两个目标更具侧重理解和记忆，随着教师讲授的经验积累和课程资源的丰富，对学生的促进作用较为明显；目标3侧重实践，需要学生实际操作不断实验，由于疫情原因，实验开展情况不好，当疫情过去，线下课恢复，学生实验学时有了较好的保障，则在这个目标上达