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摘要：文章以“网络攻防技术实训”课程为例，在概述相关背景的基础上，首先说明了基于 OBE 理念的虚拟 仿真教学创新思路，然后阐述了基于 OBE 理念的虚拟仿真教学创新设计，最后论述了基于 OBE 理念的虚 拟仿真教学创新实践。
关键词：虚拟仿真教学,OBE 理念,“网络攻防技术实训”课程
“互联网+教育”是互联网科技与教育领域相结合的 一种新的教育形式 。 目前，全面深入地运用现代信息技 术促进教学改革与发展，推动“互联网+”条件下教学理 念变革和模式创新，使教学变得数字化、网络化、智能化 和多媒体化，已是教学的新常态。
虚拟仿真教学强调创新实验教学项目资源的呈现 方式，注重通过文字、图片、视频等形式促进实验教学准 备，探索提升实验教学效果的方式与方法 。开展虚拟仿 真教学，可促进信息技术与实验教学的深度融合，不断 加强实验教学优质资源的建设与应用。
在开展虚拟仿真教学时，如何不断改革和创新教学 模式，以确保教学过程与培养目标的一致性，是需要深 入思考的问题 。对此，本文引入了 OBE(Outcome-Based Education，成果导向教育) 理念，以“网络攻防技术实训” 课程为例，分析和探讨这一过程。
一、相关背景概述
虚拟仿真技术最早出现在“真实场景”的虚拟上，如 汽车操纵稳定性虚拟仿真 、 电梯群控系统虚拟仿真等， 其为技术研究和科学研究提供了便利条件 。随着虚拟仿 真技术的不断成熟，人们逐渐认识到其在教育领域的应 用价值。
虚拟仿真技术应用于实验教学，成了教育信息化的 一个有效手段，可以有效补充实体教学的不足，节约教 育成本 。开展虚拟仿真实验教学建设，可以为实践教学 提供创新思维[1]。2013 年，已有文献阐述了虚拟仿真实验 教学的意义，随后诸多高校逐步开展虚拟仿真实验教学 模式及应用研究，涉及化学化工、微生物学、地球系统科 学、基础医学等诸多专业及领域[2] 。如今，虚拟仿真实验 教学研究已在高校的实践教学建设及改革层面大范围 地开展开来。
虚拟仿真主要研究点体现在两个方面： 一方面，围绕人才培养目标，设计和构建虚拟仿真实验平台;另一方 面，围绕实践教学体系，研究虚拟仿真实验教学方法。
我国开展工程教育改革， 推进高校专业工程认证，其 核心理念是以学生为中心[3]。提高学生自主学习能力、创新 意识和工程实践能力， 是高校实践教学改革的重中之重。 在虚拟仿真教学上， 还需要进一步开展教学改革研究，不 断创新教学模式，从而助推我国高校专业工程认证工作。
二、基于 OBE 理念的虚拟仿真教学创新思路
(一)立足专业分析课程实验教学特点
虚拟仿真教学研究首先应服务于课程教学实践，应 源于课程而高于课程， 并最终体现在人才培养的结果与 培养目标的一致性上。立足网络工程专业[4]，就“网络攻防 技术实训”课程的实验教学特点进行分析和探讨，主要包 括以下三个方面。
1.知识结构复杂，实践性强。课程的知识结构较复杂， 导致课程学习难度较大。为了有效改善教学效果，提升教 学质量，课程教学的实践环节就尤为重要。采用可视化、可 仿真的实验场景开展实践教学，有利于学生理解和应用知 识，同时还可进一步拓展知识，如此可有效提高学生的自 主学习能力和工程实践能力。概言之，在“网络攻防技术实 训”课程的实践教学环节，开展虚拟仿真教学非常重要。
2.实验实施过程对实验平台依赖性强 。课程实验的 具体实施过程与实验环境、操作平台等密切相关，由此导 致学生对实验平台有较强的依赖性。一方面，致使实验过 程难以在其他实验平台下再现， 这给学生的学习带来了 限制，不利于学生自主学习能力和工程实践能力的培养; 另一方面，学生太过依赖实验平台，致使实验平台不易维 护和升级，这使得实验机房服务的专业和课程较为有限， 不利于提高实验机房的利用率。而采用虚拟仿真平台，可 以有效规避这一不足。
3.实验实施过程对实验平台存在安全威胁 。课程部分实验是攻击的实施过程分析和模拟实操，即对实验平 台进行一系列的信息扫描和攻击操作，这会对实验设备 和操作平台带来一定的安全威胁，同时增加了实验机房 的管理工作 。针对这一现状，实验机房一般不接入外网， 只提供机房的局域网环境 。而采用虚拟仿真教学平台[5]， 可以解决潜在的安全风险。
从上述分析可以看出，利用虚拟仿真平台开展“网 络攻防技术实训”课程的虚拟仿真教学非常必要。
(二) 以 OBE 理念为虚拟仿真教学创新主思想
OBE 理念是教育模式改革研究中非常流行的一种 教育理念，最早由斯派帝等人于 1981 年提出，是美国、英 国、加拿大等国家教育改革的主流思想 。OBE 理念突出 学生的学习成果，符合工程教育专业认证要求 。美国工 程教育认证协会全面接受 OBE 理念，并将其贯穿工程教 育认证标准的始终。OBE 理念强调围绕学生实现预期学 习成果开展教学过程，在一定程度上保证了教育目标与 结果的一致性，将该理念应用于“网络攻防技术实训”课 程的虚拟仿真教学改革，具有极为重要的意义。
为培养高素质、高技能的网络安全人才，在“网络攻 防技术实训”课程的虚拟仿真教学中，教师有必要引入 OBE 理念[6]，开展虚拟仿真教学创新。教师要结合该课程 的教学特点及教学目标，引入 OBE 理念，充分考虑虚拟 仿真教学设计与学生的能力培养目标，虚拟仿真教学创 新思路主要包括以下六个方面。
第一，改革实践教学模式 。教师要改革课程的实践 教学模式，突出学生的主体地位，采用启发引导式教 学法，激发学生的学习兴趣，发挥学生的主观能动性， 使学生能够主动思考和探索知识 。第二，重视课程的 实践教学设计 。教师要重视课程的实践教学设计，从 课程实践教学 目标 、课程实践教学模块 、模块学习成 果等方面开展实践教学设计 。第三，分解课程培养 目 标 。教师要分解课程的培养目标，按不同层次不同要 求进行设计，并给出相应的权重，为模块学习的达标 测试提供基础数据。第四，优化实验项目设计。教师要 优化实验项目设计，突出实验的模块化、项目化特点， 并与企业案例有效结合， 体现知识技能的场景应用， 以进一步提高学生的知识应用能力和工程实践能力 。 第五，定制个性化实验场景 。教师要结合课程项目，定 制个性化实验场景，鼓励学生利用课余时间参与实验 环境的搭建和实验工具的开发，这样一方面可提高学 生的学习兴趣和工程实践能力，另一方面可帮助学生 在不同场景下应用知识和所学技能，真正解决各种实 际问题。第六，设计课程实践教学评价体系。教师要设 计课程实践教学评价体系，充分结合课程培养目标及 目标权重值，完成课程实践教学成果评价，进一步保 障人才培养的结果与培养目标的一致性。
三、基于 OBE 理念的虚拟仿真教学创新设计
教师要立足网络工程专业，在“网络攻防技术实训” 课程的虚拟仿真教学中，引入 OBE 理念，开展虚拟仿真 教学创新设计和实践研究。
成果导向决定了学生是教学的中心[7]，在具体的教 学实践中，课程案例的选取、教学具体设计、教学的过程 组织等都是为学生达到预定目标服务的，且需要对教学 各环节进行评价与分析，发现存在的问题，并及时进行 调整、修正与完善。
课程教学设计要以学生为中心，即在全面考虑学生 毕业时的素质要求及毕业后一段时间应该具备的职业 能力的基础上，设定课程的培养目标、课程教学模块及 成果评价等。
(一)确定课程教学预期目标
在综合调研专业学生的素质要求和职业能力要求的 基础上，笔者对课程培养目标进行了分层设计，主要包括 基础知识目标、基本技能目标、综合应用目标和创新实践 目标。四大目标由浅入深，反映了人才培养在基本知识能 力目标、高层次技能创新和综合应用能力目标上的要求。
课程培养目标是面向全体学生的，课程目标分层是 在客观分析学生学情的情况下设计的 。为确保课程教学 与学习成果的一致性，结合分层目标的难易程度，为每 个课程目标赋予不同的权重，作为课程学习成果检验的 参考数据。“网络攻防技术实训”课程培养目标层次划分 如表 1 所示，课程的基础知识目标占比为 0.4.基本技能 目标占比为 0.3.综合应用目标占比为 0.2.创新实践目标 占比为 0.1.
(二)设计课程教学模块
教师要依据课程教学预期目标，设计课程的教学内 容，构建课程的实验模块，突出项目化设计的特点 。在综 合应用能力和创新实践能力培养方面，教师要设计面向 企业的应用案例，体现知识技能的场景应用。
“网络攻防技术实训”课程教学分为“网络侦察”“网 络扫描与信息保护”“网络监听与防范”和“Web 网站攻 防”四大实验模块，每个模块的实验内容由浅入深、环环 相扣，实现了理论与实践的有效结合。
项目设计中， 实验模块与课程培养目标要紧密相 关，以体现课程教学服务于人才培养的特点。“网络侦察” 模块的课程培养目标包括基本技能和创新实践，在设计 达标比重时，应充分考虑该模块的基本技能和创新实践 在课程总技能和总创新实践要求中的占比情况，再结合 表 1 中的预期目标占比， 综合分析后给出 。四个实验模 块与课程四大培养目标的关系如表 2 所示。
四个模块中，“网络侦察”模块主要服务于学生基 本技能和创新实践技能的培养;“网络扫描与信息保护” “网络监听与防范”和“Web 网站攻防”三个模块对学生的知识和能力培养较为全面 。在综合分析教学模块的目 标培养特点的基础上，笔者参考培养目标权重，设置了 教学模块的权重，该权重可为后期的学习成果评价提供 参考数据。
(三)增加工程项目开发模块
为充分调动学生的自主学习能力，提高其工程实践 能力，在实验教学模块的基础上，教师可增加课外知识 学习任务，即从学习成果要求出发，为每个模块设计一 个工程项目，让学生不仅会用工具，还会开发工具，从而 满足网络攻防工程实践能力要求。
“网络攻防技术实训”课程的项目开发推荐选用Python 语言， 涉及 scapy、socket、random、time 等第三方模块，通 过开发和设计网络信息扫描工具，可让学生在学习中学 会设计，在设计中加深对知识的理解。教师应针对“Web 网站攻防”模块进行拓展，选用 Python 语言和 MySQL 数 据库，开发和设计“Web 常见漏洞模拟耙场”项目，让学 生深入了解 Web 应用中常见的开发漏洞[8]，从设计中学 会技术创新，不断提升职业能力。
(四)提供个性化场景定制
课程教学应坚持“虚实结合、虚创结合、实创结合” 的原则，教师和学生都可以自 由组合实验场景，学生也 可以根据自主学习的需要，设计基础性、验证性或综合 性实验项目。
如“网络扫描与信息保护”教学模块中，目标主机的 操作系统类型、系统配置情况、安装的软件等情况会直 接影响到网络扫描的进展情况 。对此，教师可采用个性 化场景定制，让学生能够在多平台多环境下灵活开展网络扫描，同时可进一步感受系统平台对信息收集和网络 攻击实施等带来的影响，进而切实提高学生的工程实践 能力和工程思维能力。
(五)设计教学评价体系
“成果导向教育”按照正向实施过程，在实验模块教 学的组织实施中，以学生为中心，重点指导学生取得学 习成果、评价学生是否达成学习成果[9]，教学评价强调达 成性评价而不是比较性评价。
“网络攻防技术实训”课程的教学评价强调学生本 人完成相应成果的能力， 课程考核注重学生的真才实 学;教学评价体系还要体现过程性、随机性和个性化的 特点，不能用一把尺子衡量所有学生，注重学生达成的 学习成果和个人的学习进步，而不强调学生之间的横向 比较， 这一教学评价体系将贯穿课程教学的整个过程， 全方位地对学生的学习成果进行考核。
四、基于 OBE 理念的虚拟仿真教学创新实践
“网络攻防技术实训”课程是网络工程专业的核心 课程，笔者将基于 OBE 理念的虚拟仿真教学创新设计于 所在学校 2018 级的教学班中开展教学创新实践。
(一)课程教学实施
教学实施过程中，教师要把控好“课前、课中、课后” 三环节，形成教学闭环，重点突出学生的主体地位。
课前，为了更好地激发学生的学习兴趣，教师应将 教学内容的课件、教学小视频、实验工具、实验手册、能力 培养目标等分享至班级群，并在班级群中开展“课前我 发言”小活动，让学生事先自主学习，积极提出疑问，谈一 些个人感受等。
课中，教师明确实验任务和学生的知识与能力培养 目标，采用启发式教学、案例教学等方法，深入浅出，引领 学生逐步开展虚拟实验仿真操作。
课后，教师将虚拟仿真实验平台与线下教学充分结 合，开展教学的“自评→互评→ 总评”活动，通过三维互评 激发学生学习兴趣;通过采取多样化考核方式、开展问 卷调查等，反馈教学效果，并及时调整和完善教学设计。
(二)模块教学方法选取
教师应依据实验模块的培养目标，选取合理的教学 方法，帮助学生达成学习成果 。课程的四大培养目标与 具体的教学方法选取对照如表 3 所示。
基础知识的教学采用传统的讲授法，教师对讲述的 内容提纲进行详细讲解， 对重点和难点给出必要的提 示 。教师要把握一定的原则，不能事无巨细地讲授，而是 有所取舍地讲授 。对于难点，不一定让学生都能听得明 白，但是教师需要让学生了解即将学习的内容的框架结 构，从而给学生的自主学习预留一定的空间。
基本技能的教学采用教师演示和教学小视频自主 学习相结合的方法 。教师演示主要指课堂上教师逐步开 展实验[10]，之后考虑到学生掌握情况的不同，再提供教学 小视频，每一个小视频都针对一个特定的问题，这样有 较强的针对性，学生查找起来也比较方便 。学生可在学 习视频时，根据需要暂停或回放等，这样可以 自 己控制 学习进度，有利于自主学习，尤其是实操能力较弱的学 生可通过反复学习和练习不断提高实践能力。
综合应用与创新实践的教学采用项目教学法 。教师 设计覆盖教学内容的项目并围绕项目组织和开展教学， 学生在教师的引导下完成项目，从而提高综合素质。
在实施项目教学时，要包含三类要素：一 是“认知 要素”，即对教学内容的认知活动和认知过程，如能力 的训练、知识理解的程度、感性到理性的升华等;二是 “企业要素”， 即根据企业应用需求设计项目内容，确 保案例的实用性和价值性;三是“社会要素”，即在项
目实施的过程中，要注重团队协作，鼓励学生分组讨 论与组间合作，同时要求学生发挥工匠精神，一 丝不 苟、认真钻研。
(三)学习成果评价
学习成果评价是检验课程教学效果的唯一 标准， 是成果导向教育的核心理念 。成果作为整个教学过程 的输出，一方面可以反映学生的学习状态 、学习体验 和 目标达成情况，另一方面也可反映教学设计和教学 实施的效果。
成果达标测试要充分考虑学生的个体差异性，一方 面要突出学生知识和能力的掌握情况，另一方面还要考 虑学生的综合表现。
达标考核依据表 1 和表 2.按实验模块设计。针对实 验模块中的基础知识和基本技能达标考核，采取线上题 库自由组卷的方式进行，取两次测试的均值作为最终成 绩 。针对综合应用与创新实践目标的达标考核，采取项 目综合设计和答辩的方式进行，要求项目基本功能必须 实现，拓展功能作为可选要求 。对学生的达标考核分别 从项目承担角色、项目设计贡献度、项目拓展思路及实 现等方面进行考查。
综合表现通过过程性考核和个性化考核进行评价。 过程性考核依托实验过程记录报告展开 。每次实验设有独立的实验过程记录报告， 学生在实操过程中不仅要 会，还要做出来，实验过程记录报告通过教师的检查后 才可交回 。个性化考核是针对每个学生的独创性成果开 展个性化考查， 这样有利于学生学习过程的持续改进， 同时也能结合实验操作和易出错情况等进行总结，促使 学生自主学习和不断突破自我。
以上三方面的“网络攻防技术实训”课程虚拟仿真教 学创新在 2018 级教学班中进行了实践，班级整体的学习 兴趣和学习态度有较为明显的改善， 课程考核结果比较 直接地体现了课程培养目标的达成情况，整体效果较好。
五、结语
本文讨论的虚拟仿真教学创新设计立足工程教育 改革，将成果导向教育理念引入课程教学全过程，突出 教育目标与结果的一致性，并在“网络攻防技术实训”课 程的教学中进行了具体实施。
教学达标测试是体现成果导向教育的一个重要指 标，课程的学习成果评价是多层次、多维度的，横向纵向 并举，一方面是知识和能力掌握情况的达标考核;另一 方面是学习过程中学生综合表现的考核。
从学生的整体表现和最终达标考核结果可以看出， 本文讨论的教学创新模式在提升学生的创新实践能力、 调动学生的学习主动性上都有明显的效果，课程教学效 果与预期培养目标更近了一步。
虚拟仿真教学作为实践教学改革的有效途径，在教 学设计、教学模式、教学评价等方面还需继续开展相关 研究工作。
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