信息安全专业“应用安全方向”CDIO实践探索
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摘要：为了满足信息安全产业对高素质人才培养质量的要求，为了进一步探索以“做中学”为中心的方法改革，强化实践能力培养，本文以云南大学软件学院信息安全专业为背景，以CDIO先进教育理念为指导，选择本专业“应用安全”方向进行cdio理念教学实践。并进一步探讨在适当的条件下，把该CDIO工程教育模式推广应用到本专业其他三个发展方向，以培养具有创新精神和实践能力的信息安全学科的优秀创新型人才。
关键词：CDIO；信息安全；应用安全；工程实践
云南大学软件学院信息安全专业秉承学院“培养国际化、工程型、应用型的高水平软件工程人才”的办学定位，把培养具有良好科学技术与工程素养，系统掌握信息安全的基本理论、专业知识、基本方法与基本技能，受到严格工程训练和思维训练，具有本学科及跨学科的应用系统开发与应用基本能力和较强知识更新能力，能在网络与信息安全及相关领域从事信息安全系统设计、安全产品开发、系统集成的高素质专门人才，作为本专业的人才培养目标。
目前，云南大学软件学院信息安全专业为了配合教育部高等学校质量工程项目“基于CDIO的国际化、工程化软件人才培养创新实验区”的建设，为了更好地满足信息安全产业对高素质人才培养质量的要求，也为了进一步探索以“做中学”为中心的方法改革，强化实践能力培养，修订和完善了该专业09版的人才培养方案，将信息系统安全、网络安全、应用安全和密码学作为该专业有特色的四个发展方向，并在此基础上，以CDIO教学理念为指导，设计教学大纲和课程体系，建立更加面向需求的课程体系。
CDIO(Conceiving-Designing-Implementation-Operation)，即构思，设计，实现，运作，是国际工程教育与人才培养的创新模式，也是培养创新型工程人才的有效途径。为了有效探索该工程教育模式，本专业首先选择“应用安全”作为发展方向，并探索采用CDIO理念进行教学实践，在适当的条件下，将CDIO工程教育模式推广应用到其他三个方向，以培养具有创新精神和实践能力的信息安全学科的优秀创新型人才。
1 信息安全专业“应用安全方向”CDIO实践
以CDIO教学理念指导信息安全专业“应用安全”方向建设是为了强调教育与产业相结合、理论与实践相结合，并以该方向课程体系、实践教学、毕业实习等环节作为改革的核心内容，着重培养学生技术创新能力、工程实践能力、团队协作能力及沟通能力，以达到培养基础理论知识扎实，具有较强分析解决问题能力、主动获取知识能力以及综合应用能力的高素质信息安全创新人才。
根据CDIO大纲的要求，我们以12项CDIO标准作为CDIO改革的评价和实施指南，并分别从以下几个方面进行CDIO工程教育实践。
1.1 营造求知背景与环境
在云南大学软件学院的环境中全面开展CDIO教育，项目的参加者除了需要直接投入到专项实践项目之中，还需要项目参加者本人自始至终对CDIO的整个教育观念和体系有一个逐步深入理解和反馈优化的处理过程。因此，营造符合信息安全专业方向CDIO的求知背景与环境，是为了能在信息安全专业推广CDIO教育体系的初期，针对信息安全方向的专业建设的实际需要，在学生和教师两个层次深入地探索如何才能更加有效地建立起相关的前期教育培训体系以满足信息安全工程化教育中人才培养的具体模式和方法的系列问题。
营造符合信息安全专业方向CDIO的求知背景与环境，具体来说，也就是首先要在信息安全专业教师和学生两个层面弄清楚我们为什么需要CDIO和CDIO是什么的问题。回答为什么需要CDIO，首先需要我们回答两个问题，一是工程师需要具备哪些知识、能力和素质；二是工程教育应如何使学生具备这些知识、能力和素质。
我们通过开设相关课程，开设一系列讲座和论坛，组织教师和学生学习CDIO理念，转变教师和学生的观念以更好地实现工程教育改革目标。通过对参与教师灌输CDIO理念，让每个教师都了解自己的课程在整个专业培养体系中的作用，包括知识能力培养中的贡献，在构建学生的知识体系中有什么作用，每门课程涉及哪些能力和知识，每门课程中应有20～30％时间用于互动、启发式、探究式的学习，引导学生提出问题，找到解决问题的方法，提取概念和有规律性的方法；通过对学生灌输CDIO理念，强调“做中学”和“基于项目的学习”，能让学生理解和接受CDIO，提高学生的学习主动性。
1.2 实行课程体系的一体化建设，加强课程群的CDIO实践
实行“应用安全”方向课程体系的一体化，是基于该方向的课程群来进行建造和完善的，即把相关联的课程知识有机地结合起来，使学生认识到有机和关联的知识群而不是孤立的知识点，并把该方向课程群的建设与实践结合起来，避免内容的重复。通过实行“应用安全”方向课程体系的一体化，使学生获得一体化的学习经验，使学生在学习学科知识的同时获得个人和人际交往能力，产品、过程和系统构建能力。
学院信息安全专业的课程设置包括公共必修课、素质教育课、学科基础课、专业核心课、专业方向课和实践能力六个模块。“应用安全”方向公共必修课、素质教育课、学科基础课、专业核心课和实践能力五个模块的课程与信息安全专业其他三个方向相同，而不同之处主要体现在专业方向课上。目前，该方向的专业选修课包括安全电子政务与电子商务、安全电子支付与电子货币、信息隐藏、PKI体系与CA技术、嵌入式系统概论、网络犯罪侦查技术、信息技术与数据隐私、应用安全实践和应用安全前沿专题等。
实行“应用安全”方向课程体系的一体化，建立面向需求的一体化课程体系，要求我们必须在信息安全专业实现“应用安全”方向一体化的教学计划，整合能力和项目的要求，以相互支撑该方向的课程来设计培养计划，将个人能力、人际交往能力以及产品、过程和系统构建能力的培养整合在同一个培养计划中，将相应的知识和学习目标联系起来，并且以明确的方式将工程能力和多学科合作能力联系起来。
具体建设措施有以下几方面：
(1)调整和优化该方向专业课，减少课程中交叉重复的内容，突出课程教学重点和特色，实行精品教学；
(2)增加该方向多元化专业选修课程，特别是以就业方向为主的专业选修课程；
(3)加强实践课，增加模拟操作课程、社会调查课程与社会实践课程；
(4)开展教学内容专题与创新研究，使教学内容反映学科与实践的最新发展。
在课程教学方法方面，要增加主动学习和动手实践，强调分析问题和解决问题的能力，增强概念方面的学习，加强学习反馈机制，我们以以下的步骤来实施：首先，我们引导学生系统了解课程的主要内容，并合理使用多种教学方法，通过探索以问题为中心的学习模式，以互动的方式引导学生进行主动性的学习；建立习题及资料库，建设课程网站，通过网络课 程达到师生互动、学生之间互动和教学相长的目的，通过网络资源共享，为学生创造一个丰富多彩的自主学习的空间；对于与课程相对应的实验教学，除了要求学生做综合性实验之外，我们还鼓励教师进行探索性的实验教学，由学生在教师指导下自行选题，并写出实验设计和开题报告，进行自选课题的实验研究，并写出研究论文或实验报告。
1.3 加强实践场所建设，创新实践教学方法
CDIO强调实践场所的建设，我们非常重视专业实验室和实习基地的建设，通过依托本学院得天独厚的教学条件，来支撑实践场所的建设。CDIO教育理念强化学生实践能力的培养，创新基于实践的教学方法，要求教师在教学理念、内容、方法和管理等方面的改革上与时俱进，不断发展创新。培养高素质的信息安全“应用安全”方向人才，必须探索出好的实践教学模式，并勇于创新。通过完善和构建一套完整的实践教学模式，解决现阶段课程实践教学中存在的不足，提高实践教学质量，达到培养基础理论知识扎实，分析解决问题的能力和主动获取知识的能力强，以及综合应用能力和创新意识强的高质量的人才的目的。
目前，我们主要从以下几个方面构建该方向多元化的实验(践)教学体系。
(1)课程实验。课程实验由基础课实验、专业基础课实验、专业课实验、选修课实验4个层次构成。所有实验项目都在实验教学大纲中予以规定，并分为必做项目和可选项目。基础课实验、专业基础课实验主要在一二年级完成，专业课实验、选修课实验在二三四年级开出。
在实验教学中，及时更新实验内容是非常必要的。实验内容的更新应当紧密结合当前信息安全应用和科研实践，利用先进的实验平台提供的软硬件环境，设计和安排实验内容。
实验内容可以分成三个类型来安排，验证型实验、设计型实验和综合型实验，循序渐进地培养学生的实际动手能力，为学生开展自主创新活动提供条件。验证型实验――主要是提高学生对应用安全的理解；设计型实验――巩固学生所学的各种应用安全技术的原理和扩展方法：综合型实验――要求学生综合应用所学知识，设计一个应用安全综合解决方案，提高学生的系统设计能力和解决实际问题的能力。
(2)CDIO项目。要求专业教师精心策划并建立与该方向密切相关的能体现和贯彻CDIO构思、设计、实现、运作过程的综合性实践项目。该实践项目将该方向课程知识关联，以项目为载体，培养学生综合应用相关知识的能力，尤其是创新思维能力与终生学习能力。通过项目设计将整个方向的课程体系有机的、系统的结合起来，所有需要学习和掌握的内容都围绕项目设计这个核心，并与这个核心融合在一起，形成一个整体。引导学生对该方向专业课程的学习兴趣和能力培养，并对该应用安全方向形成较清醒的总体认识。
教师将学生分成小组，并做一两个系统的、跨越该方向多门课程的课程设计，这种方式拓宽了学生的专业方向视野，加强了学生沟通协作能力，激发了学生动手实践的兴趣，达到主动学习的目的，团队协作的模式也使学生能够完成较为复杂的实践题目，加深了学生对信息安全专业，特别是应用安全方向的理解。
所有的项目均为团队合作项目，学生在项目进行的过程中学习探索、综合应用知识，锻炼团队精神、学习基本项目组织、管理，培养CDIO能力。
(3)毕业实习。学生的毕业实习，分为校内和校外实习，学院通过积极寻求与企业的多种形式合作，毕业班学生2／3以上都送到校外实习，确保学生了解企业最新技术动向，提供企业实践机会。校外实习学生一般都能接触到实习单位的实际工程项目，得到实际的锻炼，但对于校内实习的学生，指导教师就需要考虑一个问题，即如何以实际的工程项目来指导学生的开发。
1.4 建立完善学生学习评估体系
传统的学生学习评估体系，是通过学生的期末考核来体现的，而CDIO教育理念的实施，对学生学习的评估应不同于传统的方法。信息安全专业作为实践性很强的工程学科，考察的重点不应是纯粹的理论，而是学生能否真正具备运用所学知识进行项目开发的能力，必须加大实践能力考核的力度，因此，建立一套完整的信息安全专业应用安全方向学生学习的评估体系，合理利用考试成绩评定体系也是值得探讨的问题。
目前，我们在CDIO实践教学过程中，允许教师采用不同的有效方法衡量学生的专业知识、个人自身能力、团队合作能力、建造产品和系统的能力，例如除了采用传统的笔试方法之外，允许教师采用口试、学生表现考察、评分、学生反映、论文、学生互评和自评等方式和方法来评价学生学习。
我们主张不同的能力用不同的方式进行考核，专业知识可用试卷或口头测验，而CDIO相关的能力则可采用记录、报告、自评、互评等形式进行。例如对设计型实验的考核包括设计方案、实验报告、实验日志以及演示实验：对于综合应用型实验，考核的内容包括需求分析，设计方案，实验报告，实验日志以及演示实验结果等。
考核方式的多样化促使学习方式广泛化，并能建立更完整可靠的评价系统。由于学生的实践项目大多应该从工业界获得，学生也应有一定的产业实践机会，因此，对学生能力的评价不仅要来自学校教师和学生群体，也要来自工业界。特别是对学生工程实践能力和产业经验的评价，产业工程师应更有发言权。
1.5 提升教师工程实践能力
学院很多教师在自己专业知识和科研方面都是专家，但在实际工程和产业中的经验非常有限。为了更好地推进CDIO在本专业的教育实践，学院要求教师必须加强工程知识和能力，以便在教学中为学生提供恰当的工程实例，并能同时成为学生心目中的当干弋工程师榜样。
为了保证师资队伍建设工作的有效推进，学院实施了“师资队伍建设工程”，并制定了《云南大学软件学院“师资队伍建设工程”实施方案》。信息安全专业正按照学校和学院的有关规定，建设一支具有“双师型”特长、学历结构、职称结构、学缘结构、年龄结构合理，能满足教学和学科建设需要的高水平教师队伍。
具体措施包括几个方面：(1)实行青年教师导师制度，指导青年教师自学与学科或课程教学相关的若干课程和教学案例；(2)制订青年教师提高学历层次计划，鼓励和安排青年教师攻读硕士、博士学位；(3)与实际工作部门联系，有计划安排青年教师到业务部门进行业务实习、调研；(4)请校内外知名专家、教授和业务骨干来校进行教学与科研学术讲座；(5)选派青年教师到国内外知名大学作访问学者，有计划地安排青年教师参加各种高级研讨班的学习。
目前，信息安全专业的教师通过积极参加一些著名企业的短期培训项目，参加学院横向科研项目，参加实际工程项目开发，来积极提升自己的工程实践经验。
2 结语
云南大学软件学院信息安全系通过在本专业的一个方向课程体系建设上来实践CDIO教育理念，具有示范性效应。如果该CDIO教育实践完成质量效果较好，就可以推广和指导该专业其他方向的课程体系CDIO建设。
在该专业方向CDIO教学实践过程中，我们以CDIO教育理念为指导思想，以课程体系、实践教学、毕业实习等环节作为改革的核心内容，积极探索，着重培养学生技术创新能力、工程实践能力、团队协作能力及沟通能力，以达到培养基础理论知识扎实，具有较强分析解决问题能力、主动获取知识能力以及综合应用能力的高素质信息安全创新人才。
教学质量的保证，也带来很好的学习效果。信息安全专业的学生在专业教师的指导下，专业基础知识扎实，整体素质较高。通过四年的学习，学生能够在在校内外的实习基地完成教学计划规定的毕业设计。在严格的教学质量控制体系之下，本专业学生毕业论文选题符合专业培养目标，论文指导、撰写、答辩等环节规范。学生通过实习锻炼，其专业能力、团队精神与职业道德水平都得到了进一步地提升。除了极少数学生因能力问题被企业退回外，绝大部分学生都得到了企业的好评，有的学生在实习期间得到了企业的认可，毕业后留在实习企业工作。前本专业毕业生适应期明显缩短，不少学生已经成为所在单位技术骨干，已形成数量上供不应求，质量上得到用人单位认可的态势，社会评价高。
总之，以CDIO教学理念指导该专业方向的教学活动，取得了良好的教学效果。