作者简介：田俊峰，河北大学网络空间安全与计算机学院院长、教授、博士生导师；何欣枫，河北大学网络空间安全与计算机学院信息安全系主任、副教授；刘凡鸣，河北大学网络空间安全与计算机学院实验师；梁晓艳，河北大学网络空间安全与计算机学院讲师。
基金项目:教育部第二批新工科研究与实践项目“两大课堂互动互融的信息安全新工科人才培养模式的探索与实践”（E-AQGABQ）；河北省教育厅专业学位教学案例库项目“可信Web应用技术教学设计”（KCJSZ）；河北省教育厅专业学位教学案例库项目“基于TPM2.0技术的可信云平台构建”（KCJSZ）；河北省高等教育教学改革与实践项目“面向新工科的网络安全概论课程教学改革研究与实践”（GJJG）
原文刊载于《高等工程教育研究》年第二期23-29页。
摘要：在分析信息安全专业特点的基础上，提出信息安全新工科的两大课堂互动互融培养模式（即IITC模式，InteractiveandInterpenetratingTwo-Classes）。该方案打破两大课堂分离的传统教育模式，弥补信息安全人才培养链条的间隔，以培养面向未来、能应对复杂安全态势的人才为总目标，提出一种统领信息安全专业人才培养全过程，两大课堂互动互融的信息安全体系化专业教育的新工科教育模式。IITC方案提出了以培养学生信息安全系统性思维为中心的新理念；提出了基于互动小组的新实践模式；提出了“四方面互动”的新教学法；提出了两大课堂纵深联动协同演化机制；提出了暂态稳定、自生长、自适应的两大课堂互融人才培养体系；定义了信息安全系统化思维的三种具体能力，给出了其过程化评价方法。正在试点中的IITC模式体现了以体系性能力构建为核心的教学和实践改革。实践结果表明，IITC模式在课程改革、学院发展和学生受益方面均取得了良好成效，可以为地方高校信息安全专业新工科改革提供范式。
关键词：新工科IITC第二课堂两大课堂共同体互动互融
社会发展需要工程技术的人力资源支撑，因而推动了工程教育的变革与发展。[1,2]信息化发展带来了大量的网络安全问题，震网病*攻击伊朗核设施、黑客入侵美国大选等信息安全事件表明，信息安全直接关乎国家安全稳定，信息安全人才肩负着增强我国网络空间安全防御能力、加快提升我国对网络空间的国际话语权和规则制定权的时代使命。
新工科代表最新的产业或行业发展方向，具有引领性[3-6]，作为服务国家战略性新兴产业的信息安全专业，具有显著的新工科专业特征。[7-10]根据“新工科”理念，信息安全专业人才培养应主动适应未来信息安全技术和产业发展的新要求：
（1）信息安全实践性强、专业技术性强。这要求培养学生具备理论与实践相融合、能不断深入发展专业水平的能力。
（2）信息安全风险和挑战错综复杂，这要求培养学生综合运用能力。
（3）当前，新型信息安全问题层出不穷。如勒索病*、加密货币网络攻击等，其取证等问题没有现成经验借鉴。这要求信息安全人才具备综合运用信息安全知识技术、应对新场景的能力。
上述人才能力需求，均指向探索培养信息安全系统化思维人才的新模式的紧迫需求。
目前信息安全专业人才培养中，在实践方面，已进行了实践课堂（即第二课堂）的探索[11-13]，但实践活动零散、孤立。课堂教学（即第一课堂）面向未来的程度不够，也不够即时得到实践环节的反馈并调整、改进。[13]实践课堂与课堂教学融合度不高，甚至有时脱节。虽有研究认识到两大课堂协同育人的重要性，但缺乏实施方案。[14]
因而，信息安全系统性思维人才培养对两大课堂的需求与理论和实践两大课堂现状之间存在着亟待解决的间隔。
本文针对信息安全系统性思维人才培养的间隔，打破两大课堂分离的传统教育模式，提出信息安全新工科的IITC（InterpenetratingandInteractiveTwo-Classes，互动互融两大课堂）模式。IITC旨在两大课堂之间，构建起互动互融的共同体，探索信息安全新工科人才培养的新模式。
一、IITC模式的设计思路
IITC模式，在细化“探索工程教育的新理念，根据新理念建立工程教育的新模式”[6]指导思想的基础上再创新提出。
IITC模式提出以学生信息安全系统性思维培养为中心的新理念。该理念培养出的人才具有系统的信息安全知识结构和能力体系，分别如图1所示的五类知识和八类能力，其中传统教育模式只侧重于培养其中的两类知识和两类能力（如图1中空白方框所示）。
图1IITC模式的设计思路
IITC模式将信息安全人才需掌握的知识分为基础知识、综合知识和应用创新知识三个层次；将基础知识和综合知识进一步分为重要已知知识和扩展已知知识两类，其中前者指第一课堂教学内容中的知识，后者是自学的知识。新知识全部不属于已知知识，因而共划分为五类知识。对应地，将需具备的能力分为简单应用、综合应用和创新应用三个层次，将三个层次的能力进一步按照所获取的三类实践场景的不同细分为八类能力（见图1）。
在上述信安人才需掌握的五类知识、八类能力中，传统的第一课堂和第二课堂只能培养其中的两类知识和两类能力。其余三类知识和六类能力均是IITC模式有待弥补的人才培养间隔。
IITC模式以两大课堂互动为手段，使之互融为一个理论与实践紧密结合的人才培养体系。在该模式中，第一课堂以知识的理解、综合运用为目的，与第二课堂的实践平台、专家资源、实际项目互动，以实践预习和验收、升级实验内容、构建案例库为主要的互动结合点，达成知识拓展的目标；第二课堂以构建解决实际问题所必须的知识体系为目的，以与第一课堂的教师、知识互动为手段，达成为实践问题快速构建出解决方案的目标。另外，上述两个方向的互动，均需要第三种形式的互动，即联动演化，自动发现问题、改进，补充理论和实践与需求的不匹配。
两大课堂互动互融后的人才培养体系，具有暂态稳定、自生长、自适应的特性。其中，暂态稳定指面临变化的人才培养需求，培养体系通过内部的互动过程能尽快找到稳定培养方案；自生长指培养体系能自我纠正错误或补充新内容；自适应指培养体系能够契合不断变化的系统性思维人才培养需求。
二、IITC模式的实施重点
IITC模式，由两大课堂之间的三种互动模式、一个互融体系和一种评价方法构成，具体包括：基于互动小组的新实践，“四方面互动”的新教学，纵深联动的两大课堂新演化，暂态稳定、自生长、自适应的两大课堂互融人才培养体系，以及面向信息安全系统性思维的新评价五个部分，如图2所示。其中，基于互动小组的新实践，“四方面互动”的新教学，纵深联动的两大课堂新演化是两大课堂的三种互动模式，暂态稳定、自生长、自适应的两大课堂互融人才培养体系是两大课堂互动后形成的互融模式，面向信息安全系统性思维的新评价是人才培养过程化评价方法。
图2IITC模式的实施重点
1.基于互动小组的新实践
当前第二课堂的信息安全实践主要采用兴趣小组或项目小组的方式开展，由于成员较为固定、资源条件受限等原因，通常陷入目标模糊、技能准备时间过长、指导资源不丰富的问题。
新实践基于互动小组展开，互动小组指任务驱动的，学生与校内教师和企业导师通过互动组成的，面向兴趣的学习小组或面向项目的技术团队。互动小组可根据任务随时组建，小组成员、实施条件等通过互动确定，跨越了传统小组的局限，具有组织灵活性，可以与产学研三方人员互动。
互动小组的实践研发问题采用面向信息安全系统性思维开发的、有综合运用难度或新意的主题，如智慧城市和物联网安全主题等，因而具有任务先进性特征。由于互动小组以任务驱动，在执行过程中始终与产学研三方教师或导师互动，因而具有解决问题及时、执行效率高、支撑人员专业、多元的特点。以互动小组——河北大学云帆战队为例，该战队为参加CTF比赛而设置，通过互动快速确定了指导教师、训练平台等资源，并由于指导教师专业，训练两个月后参赛，即取得好成绩。
综上，基于互动小组的实践模式与传统实践模式相比优势如图3所示。
图3互动小组的优势
互动小组新实践方式使得多数学生都能在大一完成一两项任务、4年内完成多项任务，因而能使学生能完成多次对知识的体系化体验。
2.“四方面互动”的新教学
新的第一课堂在教学内容、教学方法、教学评价方法、毕业设计四个方面，与第二课堂开展互动，探索能跟上产业新需求的教学创新。
在传统的验证实验、设计实验两类实验基础上将其中一些实验升级为创新和综合实验，使得三类实验按照2∶5∶3的比例构建实验方案，这三类实验分别从基础能力、设计能力、前沿技术复现和综合运用能力等方面锻炼学生能力。其中，创新和综合实验的升级由任课教师与产业专家、科研教师互动设计，该类实验的示例如表1所示。
表1实验升级示例
在理论内容方面，和第二课堂互动，引入第二课堂的信息安全案例库，为信息安全专业各类课程建立动态更新的案例。案例来自于第二课堂中的典型认证考试题目、基于兴趣探索形成的项目、技能赛、作品赛、科研项目、企业优秀项目，具有高技能性、研究先进性、工程性特点。这使得学生从大一到大四，都能接触到实际的、先进的信息安全案例。例如“网络安全”课程的“Web安全”一章为例，与第二课堂互动后，其教学案例库如表2所示。
表2“Web安全”部分案例
第一课堂的教学方法与第二课堂互动，形成以“实际问题为先导”的教学法。该方法分为实践预习、课堂讲授、实践确认三个阶段。让学生结合第二课堂的真实场景完成实践预习使得学生对本堂课知识要点产生兴趣；以学生为主体、将知识点及联系映射入实际场景的讲授方法，使得学生掌握的知识更加准确。学生根据所学内容在实际场景中完成教师布置的检验任务的实践确认，能客观反映出学生理论与实践互动的程度。
在课程考核方面，结合部分第二课堂成绩给出关于知识掌握程度的综合考核评价方法，通过在实践平台上防御效果的考核来进行。
毕业设计采用“产学研协同互动”的组织模式，即通过产业、学业、研究三个方面导师的共同把关完成。在指导教师把关通过的基础上，进入“企业课堂”或具体的研究，在真实的环境和实践中检验题目的开题、设计和答辩。
“四方面互动”的新教学内容如图4所示。
图4“四方面互动”的新教学
3.两大课堂协同联动的新演化
两大课堂的互动除了上述两种互动模式之外，还包括两大课堂间的纵深联动协同演化。
演化机制包括定期反馈机制、培养内容及模式确认或更新机制、联动演化效果评估机制，在互动中，确认其中好的两大课堂的培养内容及模式，发现存在问题的培养内容及模式并改进。
协同演化机制，可作用于多个纵深关联的教学和实践活动，具有纵深联动的性质，纵深指教和学、练、赛和用的三层纵深。以CTF互动小组为例，在CTF比赛中，参赛同学发现战队中缺少逆向人才（赛层面），于是对“汇编语言”（教层面）和战队成员角色（练层面）的教学内容提出了反馈意见，该反馈意见促进了战队逆向人才的培养和“汇编语言”课程的教学内容改革，从而形成“用—练—教”的三层纵深协同演化，如图5所示。
图5两大课堂互动的协同演化机制
4.暂态稳定、自生长、自适应的两大课堂互融的人才培养新体系
在上述互动措施实施基础上，两大课堂打破了壁垒，互融为一个体系。该体系从同学兴趣孵化、技术深化培养、知识技能系统运用解决实际问题的全过程，真正做到理论与实践的体系化互融。该体系互融的资源如图6所示。从图中可以看出，两大课堂互动后，第一课堂的所授知识和第二课堂的实践资源，分别作为理论和实践的相互映射的两个侧面，二者紧密融合、不可分割，为两大课堂所共有。其中，实践资源包括基于实际设备的网络安全实训平台、信息安全靶场、自主开发和维护的程序设计训练营、信息安全对抗训练营、能力认证、科研项目、学科竞赛和企业基地。
图6两大课堂互融的人才培养新体系
通过第一课堂的“四方面互动”的教学法、第二课堂的互动小组和“纵深联动协同演化机制”的互动，两大课堂紧密互融后的新的人才培养体系在面临信息安全需求时能快速找到协同一致的培养方案，并能根据新需求改进培养方案因而该体系具有暂态稳定、自生长和自适应三大特性。
5.面向信息安全系统性思维新评价
互动互融模式的最根本目的是培养高质量的具有信息安全系统性思维人才。首先需要将人才培养目标具体化。IITC模式提出了3个信息安全系统性思维能力的评价维度，如图7所示：
（1）适应能力（AdaptiveCapability）：系统掌握信息安全知识技能适应产业变化发展的能力。
（2）综合能力（SynthesizingCapability）：系统运用信息安全知识和技能解决复杂信息安全实际问题的能力。
（3）拓展能力（DevelopingCapability）：系统关联不同信息安全知识和技能，从而找到不断深化专业路径，并获得不断深入发展的能力。
图7面向过程的评价方法
三种能力均需要过程化评价方法。IITC模式建立了全流程、全关系、多迭代的面向3种能力评价体系。全流程指课程学习、实践学习、实践作品、毕业设计/企业实习，以及就业与发展阶段。全关系指上述各阶段的结果之间关系。多迭代指同一类知识、同一作品、同一项能力定期迭代。
三、IITC模式的试点案例
IITC模式是对一个专业系统性的改革，模式试点实施中院长的支持至关重要。河北大学网络空间安全学院在院长的统筹领导下开展试点实施，持续优化，为该模式广泛实施打下了坚实基础。
试点工作展示IITC模式实施以来第一课堂教学的改革案例和某同学的培养路径案例。
1.“网络安全”课程教学改革案例
“网络安全”课程在实施IITC模式改革教学中，在教学资源、教学内容、教学模式和方法、考核方式上均进行了改革。如图8所示。
图8互融后的“网络安全”课程教学改革
教学内容中，融合了顶刊顶会论文成果、网络安全国家项目介绍等实际科研场景的前沿技术，融合了信安岗位设置等实际应用场景案例，融合了信安大赛等获奖作品。
教学模式上依据融合的资源，设置了主题讨论教学法、案例教学法和增加了分级闯关教学法。考核方式采用论文成绩评价法、考试成绩评价法和实践操作过程评价法的多元考核方式。
课程改革以来，获得同学好评，同学评教成绩由改革前的93分提高到改革后的99.1分。
2.IITC模式下某同学培养路径案例
IITC模式在河北大学试点四年来，信息安全专业利用该模式培养了大量学习和实践成绩均优秀的同学。图9所示的案例是IITC模式培养某同学的过程。案例中，该同学在第一课堂的“四方面互动”的新教学法的授课下，掌握了体系化的与实践互融的信息安全知识。该同学在第二课堂实践中，通过互动小组，获得了理论支撑，依次完成了训练营、参加程序设计天梯赛、CTF比赛、各类信息安全竞赛、参加科研项目和企业实习等实践任务。四年IITC模式的培养，使得该同学成长为学业成绩和实践能力均突出的同学，被北京邮电大学免试录取为研究生。同时，该同学在第二课堂的实践过程中，三次提出了针对第二课堂或第一课堂的改进意见，如图9中的反馈1、反馈2和反馈3所示，这些意见使得互动小组中建立了常态化的学长负责制的“Python语言学习小组”、优化了第一课堂“编译原理”和“Web安全程序设计”两门课程的教学。
图9两大课堂互动互融的某同学培养路径
上述案例体现了IITC模式的如下作用：
（1）两大课堂互动互融。在该同学的培养中，两大课堂成为了一个互动互融、不可分割、相互支撑的体系。
（2）该培养体系具有自生长性和自适应的性质。如图9所示两门课程的优化。
（3）能够帮助同学明确学习的意义。该同学通过大二参加CTF比赛，对专业产生了强烈的兴趣。大二的成绩排名年级第2，在名信安同学中提升了50名。
（4）可帮助同学拓展能力。该同学通过互动小组、参赛等方式认识了相同兴趣的同学，帮助同学深入提高技能，被帮助同学通过内推进入北京快手科技有限公司实习，毕业时被阿里巴巴集团控股有限公司录用。
四、实践效果
我院自年开始探索适应学科及行业发展的信息安全专业人才培养机制，2年新工科开始推行后，更加增强了探索培养新型复合人才的动力。经过几年的摸索与实践，两大课堂相融合的人才培养体系初见成效。
（1）课程改革实践效果
在IITC模式下，信息安全新工科本科教学模式积极改革，采用新型教学方式，提升学生对理论知识的掌握程度。“程序设计基础”“数据结构”“密码学”“网络安全”等专业基础课程积极实践基于“MOOC+SPOC+翻转课堂”的混合式教学模式改革。其中“数据结构”“程序设计基础”获批省级一流本科课程，被分别推荐申报国家级一流课程。“程序设计基础”获批河北省高校精品在线开放课程。
（2）学院发展和学生培养效果
2年我院获批河北省信息安全人才培养基地，2、连续两年，获批河北省案例库教学建设项目，年获批河北省一流网络安全学院建设单位,信息安全专业获批河北省省级一流本科专业。自2年开始，河北大学发起和组织了河北省大学生信息安全比赛，并蝉联一等奖。
自年起，连续两年，我院累计7名同学获得国家网络安全奖学金。同时基于复合型人才培养模式，我院考研率逐年增加，近三年31%的学生保研/考研到北京大学、华中科技大学、武汉大学、西安电子科技大学、浙江大学等名校，保/考研各名校学生比例分布如图10所示。
图10近三年保/考研名校学生分布
五、结语
本文面向信息安全产业发展新要求，提出了“以学生信息安全系统性思维培养为中心”的人才培养理念；提出了一种信息安全专业新工科人才培养新模式——IITC模式。该模式包括新实践、新教学、新演化等互动模式，以及互融的新体系及其过程性评价方法。实践结果表明，该培养模式人才培养效果明显，并促进了学院的专业发展。
受地方院校条件、资源限制，经验还需要进一步在更广泛的范围内验证和改进，愿意就IITC方案的培养模式以及对新工科教育的再深化与同行共同探讨和学习。
参考文献
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