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摘 要：为解决目前网络空间安全新工科课程设置及产出评测缺乏量化分析的问题，文章提出采用机器学习中的线性模型计算方法，构建基于SCP的课程设置评测模型及基于OBE的课程产出评测模型，可量化分析课程设置的合理性。利用模型对“网络文化安全”课程进行评测，实验结果表明，评测模型有效降低人工经验存在的误差，提高网络空间安全新工科课程的建设质量。
关键词：网络空间安全;课程建设评测;课程产出评测
中图分类号：G622.3 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）16-0180-04
Research on Evaluation Model of Course Construction
——Example of New Engineering Course of Cyberspace Security
WANG Wei1，LIN Xinxin2，CHEN Xin2，WANG Kainan2
（1.College of Computer Science and Technology，Changchun University，Changchun 130022，China;
2.College of Cyberspace Security，Changchun University，Changchun 130022，China）
Abstract：At present，there is a lack of quantitative analysis on curriculum setting and output evaluation of new engineering in cyberspace security. In order to solve this problem，a linear model calculation method in machine learning is proposed to construct curriculum setting evaluation model based on SCP and curriculum output evaluation model based on OBE. The model can be used to quantitatively analyze the rationality of curriculum setting. The model is used to evaluate the course of “Network Cultural Security”. The experimental results show that the evaluation model can effectively reduce the error of artificial experience and improve the quality of new engineering course construction of network space security.
Keywords：cyberspace security;evaluation of curriculum system;evaluation of course output
0 引 言
伴隨着信息技术的飞速发展，计算机网络渗透到各个领域之中，互联网构成的网络空间所包含的内容日益扩充，网络空间问题已经不再仅仅局限于传统的技术安全，更应把握网络空间环境中的意识形态安全、文化内容安全。根据2017年教育部指出的新工科建设的新思路，结合时下国家对网络空间安全的新型人才需求，长春大学网络空间安全学院提出建设网络空间技术安全与网络空间文化安全相融合的新工科方向，注重人才技术与人文素质综合能力培养，实现工科互建、文理共建的新专业构建模式，解决网络空间技术安全与网络空间文化安全间的断层问题。
针对新兴学科的课程体系建设，国内外许多学者进行了研究并取得了相应的成果。朱艳萍等[1]提出基于人工智能的网络空间安全课程体系建设，强调在网络空间安全学科内构建面向人工智能的网络安全课程体系，再以机器学习促进网络空间安全。曹鹏飞等[2]构建了以通识基础、专业方向、实习实践、竞赛创新为4阶段的课程体系，并通过OBE理论对学生毕业后的综合能力进行评价。这种基于产出的教育理念只有标准，缺乏计算方法。文献[3]针对学生兴趣不足的特点提出采用启发式教学并用案例和任务加以驱动，缺点在于不能更好地选择适合学生的课程。文献[4]针对课程内容独立采用自顶向下的方式构建课程体系，并提出综合实践分级培训模式。
以上方法从不同的方向针对网络空间安全新工科课程体系建设进行了研究，但都缺乏量化的标准进行评估，构建课程量化评测模型具有一定的意义。本文为吉林省高等教育教学改革课题“应用型网络空间安全新工科建设研究”，吉林省职教课题“新时代校企融合背景下技术技能人才培养模式实践研究”的重要研究内容，力求通过模型构建，为课程体系设置及技术技能人才培养提供量化的评价依据。
1 网络空间安全的背景及发展
1.1 网络空间的产生与发展
伴随着互联网的快速发展，网络给人们提供了交往的新方式，网络主体通过搭载互联网的各类载体进行各种操作完成信息资源的交流，网络空间是人类利用计算机和通信设备所构建的由信息所组成的空间，其中包括互联网、物联网以及网络中所传输、处理和存储的一切信息[5]。方滨兴院士将网络空间定义为“构建在信息通信技术基础设施之上的人造空间，用以支撑人们在该空间中开展各类与信息通信技术相关的活动”[6]。面对网络空间安全问题的存在及新兴交叉学科的兴起，网络空间安全学科及专业应运而生，国家对于网络空间安全的重视度和人才队伍建设的重视度提升到了一个更高的水平，但目前全球网络安全人才依然存在大量的缺口，网络安全关系到国家安全、社会稳定等诸多方面，只有建设合理的课程体系才能为社会输出更多合格的专业人才，保障国家网络空间安全。 1.2 网络空间安全新工科
2014年2月，中央网络安全和信息化领导小组及其办公室宣告成立。2015年6月，国务院学位委员会与教育部批示决定在“工学”门类下增设“网络空间安全”一级学科并开设一级博士点，推动网络安全领域人才培养。2016年1月，共29所院校增列网络空间安全一级学科博士学位授权点。2017年9月中央网信办、教育部确定7所高校作为首批网络空间安全示范项目，截至2020年全国开设网络空间安全本科专业院校数量增至62所。网络空间安全作为新兴的交叉学科，传统的工科建设模式已然不适合其发展目标，新工科建设才是这一专业的出口。网络空间安全新工科在建设过程中要积极加强其内容建设，强调学科交叉融合，人才培养。只有正确进行课程体系建设和人才能力评估才能实现专业人才缺口的填充，进而实现网络空间的安全运行，实现“互联网+文化”“互联网+社会”“互联网+管理”等多学科交叉，实现技术、文化、管理的有机融合。
3 网络空间安全新工科的课程与能力评测
3.1 基于SCP的课程建设评测模型
目前普通高校的网络空间安全专业课程主要以传统的网络安全理论与技术为主，网络空间安全本身便需要各类学科知识进行支撑，课程的开设应有一个具体的量化标准，本文将机器学习中的线性模型计算方法应用于此，线性模型简单、易于建模，将学生、企业和专家的意见作为属性描述，通过3个属性的线性组合进行课程评价总分的计算，通过不同的阈值规划等级，并通过Python使用Matplotlib库将具体的模型实例进行表现。
网络空间安全新工科的课程体系在制定过程中应考虑多方因素，包括学生意见、社会企业意见以及专家意见等等，针对每一门课程是否需要开设，可构建基于SCP（Student、Company、Exoert）3标志值的课程建设评测模型。
在此模型中将课程评价分为不满意、基本满意以及非常满意三部分，其次设置课程开设标准的标志值1～5分别代表必须取消课程、推荐取消课程、推荐设置为选修课程、推荐设为必修课程以及必须开设课程。统计参与课程开设评测的学生、企业以及专家数目，将其求和标记为n，再统计不同参与者中对于该课程不满意、基本满意以及非常满意的数目，分别标记为a、b、c，参照表1记录不同参与类型的标志值。
将上述方法所计算的各类标志值进行计算p=0.1q+0.5w+ 0.4e，其中q，w，e是根据上表计算公式所获得的学生、企业和专家的标记值。将p的值参照表2即可得到该课程开设的评测标准。该参考模型的课程评测周期为1年，记录课程评测值，当连续3年都是推荐取消时，便将其标志值设为1。
该模型对于新开设课程以及传统课程中存在的问题提供了一个数值标准，有助于对新课程的评价以及对课程体系的更新。根据该模型编写程序以学生为参与者，对“网络文化安全”课程针对50名学生进行评测，结果如图1所示，图2为课程最终标志值的变化图。
专家以及企业对课程的评价标志值变化类型与学生相同，以三维坐标中点的颜色深度为衡量标准，由颜色深度变换表示该课程的评价标准，五种颜色深度表示五种开设标准，其中最深颜色表示必须取消，最浅颜色表示必须开设，其余依此类推，这样课程设置的就有明确的量化值。
3.2 基于OBE的课程产出评测模型
新工科建设的核心在于人才的培养，人才的能力是课程产出的结果，课程产出的效益同样需要量化。
一门课程开设的目的是对学生的某一种或某几种能力进行培养，同时学生某一能力的培养是多门课程作用的结果。在开设课程时将该课程对学生的某一种或某几种能力的培养力度按照总和100%做定量分配，将支撑学生一种能力的所有课程考核分数的加权总和记为SA，所有学生在该能力上的课程分综合SA的平均数记为MA，将学生在单项能力的达成度记为DA。为避免学生在不同占比的课程中得分的差距过大，当SA/MA≥1.2时将DA标记为高，当SA/MA≥0.8时且SA/MA<1.2时将DA标记为合格，当SA/MA<0.8时将DA标记为不合格。
将某一学生各项能力相加标记为ST，所有学生各项能力值总和取平均记为MT，将学生总能力达成度记为DT。为避免学生在各项能力上的差距过大，当ST/MT≥1.2时将DT标记为高，当ST/MT≥0.8时且ST/MT<1.2时将DT标记为合格，当ST/MT<0.8时将DT标记为不合格。
该课程产出效益的评测周期为一年，针对学生每年的能力变化及时调整课程体系及培养方案，使新工科的课程体系更为合理。
“网络文化安全”是长春大学网络安全学院开设的一门专业特色课程，是以网络技术安全为基础、网络文化安全为特色的一门课程，是重点建设课程。应用该模型对“网络文化安全”课程进行评测，其中“网络文化安全”课程支撑专业人才培养方案中毕业要求指标点为5项，不同考核环节考核得分为4项，分别记为t1、t2、t3、t4，评测结果如表3所示。
在该案例中以SA/MA为计算方法将学生的各项能力指标做分析，学生能力分布如图3所示，以0.2的冗余作为调整，全面展现学生能力分布情况。
4 结 论
基于SCP的课程体系建设评测模型结合学生、企业以及专家三方的意见使用机器学习中的线性模型计算方法给出量化标准，有助于解决新工科建设中的课程建设的盲目性问题，也为课程体系的调整提供参考依据。基于OBE的课程产出评测模型将课程能力培养在学生测试中进行量化，方便及时更新培养计划，有效解决课程设置不符合学生能力培养需求的问题，更有助于优化课程体系结构。
参考文献：
[1] 朱艳萍，张云春，林英，等.面向人工智能的网络空间安全课程体系建设 [J].计算机教育，2019（9）：120-124.
[2] 曹鹏飞，杨望，叶传标，等.新工科背景下应用型大学网络空间安全专业课程体系构建研究 [J].计算机教育，2019（11）：54-57+63.
[3] 韦丽娟.计算机网络安全课程教学模式研究 [J].软件导刊（教育技术），2017，16（10）：76-77.
[4] 陈凯，付才，邹德清，等.网络空间安全综合实践分级通关课程体系构建 [J].网络与信息安全学报，2019，5（3）：67-74.
[5] 刘华芹.网络人类学：网络空间与人类学的互动 [J].广西民族学院学报（哲学社会科学版），2004（2）：64-68.
[6] 龚征，温雅敏.网络空间安全人才培养的实践教学探索 [J].计算机教育，2016（2）：113-117.
作者简介：王薇（1975—），女，汉族，吉林延吉人，副院长，教授，硕士生导师，硕士，研究方向：机器学习与智能数据分析;林欣欣（1997—），男，汉族，山东临沂人，硕士研究生，研究方向：网络安全、网络文化治理、人工智能、雾计算;陈鑫（1999—），女，汉族，山东长清人，硕士研究生，研究方向：边緣计算;王凯楠（1996—），男，汉族，山西长治人，硕士研究生，研究方向：网络安全、大数据分析。
关键词：网络空间安全;课程建设评测;课程产出评测
中图分类号：G622.3 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）16-0180-04
Research on Evaluation Model of Course Construction
——Example of New Engineering Course of Cyberspace Security
WANG Wei1，LIN Xinxin2，CHEN Xin2，WANG Kainan2
（1.College of Computer Science and Technology，Changchun University，Changchun 130022，China;
2.College of Cyberspace Security，Changchun University，Changchun 130022，China）
Abstract：At present，there is a lack of quantitative analysis on curriculum setting and output evaluation of new engineering in cyberspace security. In order to solve this problem，a linear model calculation method in machine learning is proposed to construct curriculum setting evaluation model based on SCP and curriculum output evaluation model based on OBE. The model can be used to quantitatively analyze the rationality of curriculum setting. The model is used to evaluate the course of “Network Cultural Security”. The experimental results show that the evaluation model can effectively reduce the error of artificial experience and improve the quality of new engineering course construction of network space security.
Keywords：cyberspace security;evaluation of curriculum system;evaluation of course output
0 引 言
伴隨着信息技术的飞速发展，计算机网络渗透到各个领域之中，互联网构成的网络空间所包含的内容日益扩充，网络空间问题已经不再仅仅局限于传统的技术安全，更应把握网络空间环境中的意识形态安全、文化内容安全。根据2017年教育部指出的新工科建设的新思路，结合时下国家对网络空间安全的新型人才需求，长春大学网络空间安全学院提出建设网络空间技术安全与网络空间文化安全相融合的新工科方向，注重人才技术与人文素质综合能力培养，实现工科互建、文理共建的新专业构建模式，解决网络空间技术安全与网络空间文化安全间的断层问题。
针对新兴学科的课程体系建设，国内外许多学者进行了研究并取得了相应的成果。朱艳萍等[1]提出基于人工智能的网络空间安全课程体系建设，强调在网络空间安全学科内构建面向人工智能的网络安全课程体系，再以机器学习促进网络空间安全。曹鹏飞等[2]构建了以通识基础、专业方向、实习实践、竞赛创新为4阶段的课程体系，并通过OBE理论对学生毕业后的综合能力进行评价。这种基于产出的教育理念只有标准，缺乏计算方法。文献[3]针对学生兴趣不足的特点提出采用启发式教学并用案例和任务加以驱动，缺点在于不能更好地选择适合学生的课程。文献[4]针对课程内容独立采用自顶向下的方式构建课程体系，并提出综合实践分级培训模式。
以上方法从不同的方向针对网络空间安全新工科课程体系建设进行了研究，但都缺乏量化的标准进行评估，构建课程量化评测模型具有一定的意义。本文为吉林省高等教育教学改革课题“应用型网络空间安全新工科建设研究”，吉林省职教课题“新时代校企融合背景下技术技能人才培养模式实践研究”的重要研究内容，力求通过模型构建，为课程体系设置及技术技能人才培养提供量化的评价依据。
1 网络空间安全的背景及发展
1.1 网络空间的产生与发展
伴随着互联网的快速发展，网络给人们提供了交往的新方式，网络主体通过搭载互联网的各类载体进行各种操作完成信息资源的交流，网络空间是人类利用计算机和通信设备所构建的由信息所组成的空间，其中包括互联网、物联网以及网络中所传输、处理和存储的一切信息[5]。方滨兴院士将网络空间定义为“构建在信息通信技术基础设施之上的人造空间，用以支撑人们在该空间中开展各类与信息通信技术相关的活动”[6]。面对网络空间安全问题的存在及新兴交叉学科的兴起，网络空间安全学科及专业应运而生，国家对于网络空间安全的重视度和人才队伍建设的重视度提升到了一个更高的水平，但目前全球网络安全人才依然存在大量的缺口，网络安全关系到国家安全、社会稳定等诸多方面，只有建设合理的课程体系才能为社会输出更多合格的专业人才，保障国家网络空间安全。 1.2 网络空间安全新工科
2014年2月，中央网络安全和信息化领导小组及其办公室宣告成立。2015年6月，国务院学位委员会与教育部批示决定在“工学”门类下增设“网络空间安全”一级学科并开设一级博士点，推动网络安全领域人才培养。2016年1月，共29所院校增列网络空间安全一级学科博士学位授权点。2017年9月中央网信办、教育部确定7所高校作为首批网络空间安全示范项目，截至2020年全国开设网络空间安全本科专业院校数量增至62所。网络空间安全作为新兴的交叉学科，传统的工科建设模式已然不适合其发展目标，新工科建设才是这一专业的出口。网络空间安全新工科在建设过程中要积极加强其内容建设，强调学科交叉融合，人才培养。只有正确进行课程体系建设和人才能力评估才能实现专业人才缺口的填充，进而实现网络空间的安全运行，实现“互联网+文化”“互联网+社会”“互联网+管理”等多学科交叉，实现技术、文化、管理的有机融合。
3 网络空间安全新工科的课程与能力评测
3.1 基于SCP的课程建设评测模型
目前普通高校的网络空间安全专业课程主要以传统的网络安全理论与技术为主，网络空间安全本身便需要各类学科知识进行支撑，课程的开设应有一个具体的量化标准，本文将机器学习中的线性模型计算方法应用于此，线性模型简单、易于建模，将学生、企业和专家的意见作为属性描述，通过3个属性的线性组合进行课程评价总分的计算，通过不同的阈值规划等级，并通过Python使用Matplotlib库将具体的模型实例进行表现。
网络空间安全新工科的课程体系在制定过程中应考虑多方因素，包括学生意见、社会企业意见以及专家意见等等，针对每一门课程是否需要开设，可构建基于SCP（Student、Company、Exoert）3标志值的课程建设评测模型。
在此模型中将课程评价分为不满意、基本满意以及非常满意三部分，其次设置课程开设标准的标志值1～5分别代表必须取消课程、推荐取消课程、推荐设置为选修课程、推荐设为必修课程以及必须开设课程。统计参与课程开设评测的学生、企业以及专家数目，将其求和标记为n，再统计不同参与者中对于该课程不满意、基本满意以及非常满意的数目，分别标记为a、b、c，参照表1记录不同参与类型的标志值。
将上述方法所计算的各类标志值进行计算p=0.1q+0.5w+ 0.4e，其中q，w，e是根据上表计算公式所获得的学生、企业和专家的标记值。将p的值参照表2即可得到该课程开设的评测标准。该参考模型的课程评测周期为1年，记录课程评测值，当连续3年都是推荐取消时，便将其标志值设为1。
该模型对于新开设课程以及传统课程中存在的问题提供了一个数值标准，有助于对新课程的评价以及对课程体系的更新。根据该模型编写程序以学生为参与者，对“网络文化安全”课程针对50名学生进行评测，结果如图1所示，图2为课程最终标志值的变化图。
专家以及企业对课程的评价标志值变化类型与学生相同，以三维坐标中点的颜色深度为衡量标准，由颜色深度变换表示该课程的评价标准，五种颜色深度表示五种开设标准，其中最深颜色表示必须取消，最浅颜色表示必须开设，其余依此类推，这样课程设置的就有明确的量化值。
3.2 基于OBE的课程产出评测模型
新工科建设的核心在于人才的培养，人才的能力是课程产出的结果，课程产出的效益同样需要量化。
一门课程开设的目的是对学生的某一种或某几种能力进行培养，同时学生某一能力的培养是多门课程作用的结果。在开设课程时将该课程对学生的某一种或某几种能力的培养力度按照总和100%做定量分配，将支撑学生一种能力的所有课程考核分数的加权总和记为SA，所有学生在该能力上的课程分综合SA的平均数记为MA，将学生在单项能力的达成度记为DA。为避免学生在不同占比的课程中得分的差距过大，当SA/MA≥1.2时将DA标记为高，当SA/MA≥0.8时且SA/MA<1.2时将DA标记为合格，当SA/MA<0.8时将DA标记为不合格。
将某一学生各项能力相加标记为ST，所有学生各项能力值总和取平均记为MT，将学生总能力达成度记为DT。为避免学生在各项能力上的差距过大，当ST/MT≥1.2时将DT标记为高，当ST/MT≥0.8时且ST/MT<1.2时将DT标记为合格，当ST/MT<0.8时将DT标记为不合格。
该课程产出效益的评测周期为一年，针对学生每年的能力变化及时调整课程体系及培养方案，使新工科的课程体系更为合理。
“网络文化安全”是长春大学网络安全学院开设的一门专业特色课程，是以网络技术安全为基础、网络文化安全为特色的一门课程，是重点建设课程。应用该模型对“网络文化安全”课程进行评测，其中“网络文化安全”课程支撑专业人才培养方案中毕业要求指标点为5项，不同考核环节考核得分为4项，分别记为t1、t2、t3、t4，评测结果如表3所示。
在该案例中以SA/MA为计算方法将学生的各项能力指标做分析，学生能力分布如图3所示，以0.2的冗余作为调整，全面展现学生能力分布情况。
4 结 论
基于SCP的课程体系建设评测模型结合学生、企业以及专家三方的意见使用机器学习中的线性模型计算方法给出量化标准，有助于解决新工科建设中的课程建设的盲目性问题，也为课程体系的调整提供参考依据。基于OBE的课程产出评测模型将课程能力培养在学生测试中进行量化，方便及时更新培养计划，有效解决课程设置不符合学生能力培养需求的问题，更有助于优化课程体系结构。
参考文献：
[1] 朱艳萍，张云春，林英，等.面向人工智能的网络空间安全课程体系建设 [J].计算机教育，2019（9）：120-124.
[2] 曹鹏飞，杨望，叶传标，等.新工科背景下应用型大学网络空间安全专业课程体系构建研究 [J].计算机教育，2019（11）：54-57+63.
[3] 韦丽娟.计算机网络安全课程教学模式研究 [J].软件导刊（教育技术），2017，16（10）：76-77.
[4] 陈凯，付才，邹德清，等.网络空间安全综合实践分级通关课程体系构建 [J].网络与信息安全学报，2019，5（3）：67-74.
[5] 刘华芹.网络人类学：网络空间与人类学的互动 [J].广西民族学院学报（哲学社会科学版），2004（2）：64-68.
[6] 龚征，温雅敏.网络空间安全人才培养的实践教学探索 [J].计算机教育，2016（2）：113-117.
作者简介：王薇（1975—），女，汉族，吉林延吉人，副院长，教授，硕士生导师，硕士，研究方向：机器学习与智能数据分析;林欣欣（1997—），男，汉族，山东临沂人，硕士研究生，研究方向：网络安全、网络文化治理、人工智能、雾计算;陈鑫（1999—），女，汉族，山东长清人，硕士研究生，研究方向：边緣计算;王凯楠（1996—），男，汉族，山西长治人，硕士研究生，研究方向：网络安全、大数据分析。