课程名称：创新与思辨I&II

英文名称：Innovation and Speculation

适用专业：网络空间安全

开课学期：春秋两季学期

学    时：128学时

学    分：8学分

大纲执笔人：宋甫元

制定时间：2023年8月

一、课程简介

《创新与思辨》课程是面向网络空间安全方向硕士研究生，培养创新思维、掌握思辨方法的实训性课程。课程由中国工程院方滨兴院士设计并亲自参与教学，国家特聘专家全程参与教学。课程采用小班制、研讨点评式教学模式，方滨兴院士、国家特聘专家、知名专家及开课学校本校2-3名老师组成教学组。课程分为四个阶段，覆盖两个学期，每个学期16次课，总计128课时，其中，第一学期重点培养学生求源能力和熵减能力，第二学期培养学生动手能力和思辨能力。

二、教学目的及要求

（1）教学目的

《创新与思辨》方班研讨厅践行兴趣信心培养与实践创新能力 培养并重的教育理念，聚焦构建学生专业兴趣与信心，培养学生的实践创新能力，将课程教学目标定位为培养学生的求源能力、熵减能力、动手能力和思辨能力。其中，求源能力重在“知其然并知其所以然”，熵减能力重在“抽丝剥茧以提炼核心问题和关键思路”，动手能力重在“通过理论分析和实验验证发现问题”，思辨能力重在“以质疑的视角快速理解问题并提出解决思路”。四种能力按照“分析现状、归纳总结、发现问题、质疑提升”的层次关系形成一个有机整体。

（2）教学要求

根据教学内容、学生特点及学时安排，完成相关的教学内容、测试等教学环节的基础上，着重对学生进行如下四方面能力培养。

求源能力的培养：“源”是指事物的出处，描述事物生成或发展的原因，也指事物本身的内涵，即事物的本源或本质。求源也 即 探求事物生成与演化的原因，明辨事物自身的组成、结构等静态特征，分析事物内部和事物与环境等外部之间的交互、影响等动态特征。在方班教育理念和教学模式中，求源能力是指能够对某一方法、技术或原理进行逻辑分析，说明其针对的需求或解决的问题，描述其依赖的条件或运行的环境（输入）、产生的效果或结果（输出）、具体的操作过程（计算），归纳其限制条件或存在的不足，并能通过推断、整理等思维方法，解释通过计算可以将输入转换为输出的原因， 以及各计算子过程必要性与可行性的原因。可见，求源能力就是对事物“知其然并知其所以然”所需要掌握的思维方法、分析方法、推理与归纳方法等的运用能力 ；而锻炼和检验求源能力的有效途径就是“表达将某一事物按照因果逻辑，条理清晰 地 讲述清楚，使大同行甚至“外行”能够了解事物的来龙去脉，理解事物存在的必要性、可行性和局限性，则称为掌握或具备了一定的求源能力。

在方班研讨厅课程中，要求学生对自己熟悉的经典方法理论或自己的成果作品等内容进行合理的编排，有条理 地 讲述方法成果本身的输入、输出、计算等内容，以及其之所以必要、之所 以可行、之所以有局限的原因，同时与老师和同学进行问答交流，使不同研究方向的听众也能“知其然并知其所以然”。方班研讨厅通过这种讲述输出、问答交流的教学方式，倒逼学生对方法理论更全面地理解和更深入地思考，在这个过程中培养并检验学生求源能力。

熵减能力的培养：熵是泛指某些物质系统状态的一种量度，即某些物质系统状态可能出现的程度，其概念的本质是描述一个系统“内在的混乱程度”。对信息领域，人们对信息内容的了解程度决定了信息熵的程度，通俗的理解，人们对信息内容了解的越少，则其“蕴含”的不确定性 即 无序性越强；相反， 了解的越深入越多，则对其不确定性或规则的掌握越强，其“蕴含”的信息熵越低。因此，对于信息和认知领域，熵减意味着对物质系统内部和内外交互状态建立了深入的理解和清晰的描述。在方班教育理念和教学模式中，熵减能力是指在对某一方法、技术或系统内部机理全面认知的基础上，能够从不同的层次和视角清晰地描述其状态和行为，准确地定位其核心要素。由此，熵减能力就是对已有事物，例如别人提出的理论方法、现有的软件系统等进行分析、归纳、总结，形成对其从微观组成到中观结构，再到宏观思路的层次化认知所需的思维视角和分析方法，在把“别人的” 内化为“自己的”的加工过程中做到纲举目张。在方班研讨厅课程中，要求学生课前研读分析如近期顶会顶刊论文、最新优秀开源软件、复杂安全攻防场景等前沿成果，课上有条理、分层次的讲述成果本身的组成、结构和思想，重点阐述自己在分析过程中遇到的问题或疑惑、解惑的方法和思路，归纳总结自己的认识或发现的新问题，在与老师和同学的问答讨论中检验和完善自己的认知。方班研讨厅通过以前沿成果为“教具”、以归纳总结为重点、以朋辈互动和师生互助为手段，培养学生的学习能力和熵减能力。

动手能力的培养：“动手”包括技术实现和技术分析两个层面，其中技术实现层面的动手是指对某一主题的学术论文或技术报告进行复现、调试、优化等构建与修改的技术活动；技术分析层面动手是指对指定主题的科研或技术现状进行调研对比、对某一样本或攻防场景进行复盘分析等梳理与拆解活动。动手能力是对从事上述活动所需的思维方法和技术工具运用方法的总称。针对某一主题，快速梳理和拆解已有方法技术，构建和修改技术实现，从中发现核心要素、技术瓶颈、理论或技术问题等，是训练和检验动手能力的重要途径。在方班研讨厅课程中，要求学生在前期学习积累的基础上，在辅导老师的指导下，对某一主题方向中的一个或多个相关问题展开调研对比，通过构建、修改等技术手段复现和优化前沿成果，或拆解攻防样本、复盘攻防场景，归纳总结上述过程中发现的要素、瓶颈和问题，形成技术研究思路。课堂上，要求学生运用求源能力、熵减能力训练中所培养的思维和方法，对研究的背景、针对的问题、构建的实验平台和得到的对比结果，以及后期研究技术路线合理性等进行阐述，接受同学和老师的提问与质疑，从讨论中进一步优化研究目标和技术路线。方班研讨厅通过以问题和实践为驱动，结合讨论、质疑和点评的教学形式，提升并检验学生的动手能力。

思辨能力的培养：在方班的教育理念和教学模式中，思辨包含了两个层面，首先是思考，涉及多角度、多层次分析，包括从正向的证明到反向的质疑，从微观具象的因果逻辑分析到宏观抽象的主次矛盾追溯，是对概念内涵的理解；二是辨析，涉及多维度、多手段对比，包括理论层面的逻辑对比和实践层面的行为对比，是对关系属性的推理和检验。方班教育理念下的思辨能力是在前述求源能力、熵减能力、动手能力的基础上，围绕正向证明和反向质疑、理论推理和实践检验等活动所需的分析、推理、质疑、检验方法的运用能力，对应于“否定之否定”规律 的 运用能力。层次分明、条理清晰的分析， 清楚准确、明白有力的说理，是思辨能力的主要特征；结构严谨、逻辑严密的推理，有理有据、理实结合的质疑是思辨能力的核心。

在方班研讨厅课程中，思辨能力的培养贯穿于课程始终，在最后一个层次阶段给予重点强化。针对思辨能力训练，课程采用了两种教学方式：一是以辩论的形式，由学生就某一与专业相关的社会现象、学术问题、技术发展趋势或研究生教与学话题等，展开正反两方辩论，以此锻炼学生掌握快速分析问题、快速质疑观点、快速梳理概念、快速组织语言的方法，提高思辨能力；二是以演讲质疑的形式，由演讲学生系统讲述自己的研究背景、研究目标、当前实验进展和下一步打算，现场接受其他学生的提问和质疑，一方面检验演讲学生的求源能力、熵减打算，现场接受其他学生的提问和质疑，另一方面，锻炼演讲和提问质疑学生快速进入问题、快速梳理思路、快速提出或修正观点的能力，在对辩中提升思辨能力。

三、教学重点及难点

教学重点：分析现状和需求、提炼问题和目标、理解并讲清相关原理、提出自己的研究方向和针对的问题，并阐明原因、分析重点难点，提出创新点，展示当前进展和计划，思辨与对辩。

教学难点：针对背景、需求、问题、概念、方法、技术、设计、结果、结论等提出的带有思辨性或体现出质疑性的问题。

四、授课方式

报告+提问+总结

课程主体采用“深度翻转”的研讨点评式教学模式。课前，由学生就自选主题进行调研、实验并准备报告；课上，由学生演示、分析和讲解其所选主题研究成果，其他参与学生进行提问、质疑或建议，根据学生报告主题而匹配的教学组老师给与启发性提问式指导，方院士及其他知名专家（贾焰、林学民、周晓方、张彦春、周万雷、徐贯东、李建新）对报告和提问的学生同时进行点评、指导；课后，参与报告的学生对课前调研、实验等准备过程，以及课上报告、同学提问和专家点评等情况进行梳理，从思维模式、研究方法、表达方式等方面复盘分析自己优长和不足，并提出具体可实施的改进措施，形成总结报告。辅导老师全程（课前、课上、课后）提供指导；提问老师按照规定的指标项对学生的课堂报告、课上提问、课后总结等进行评分。课程在学期内组织12次分组辩论赛，辩题从学生收集筛选。

五、教学内容和要求

方班研讨厅的教学过程以课堂学术报告的形式开展。学生作为授课主体， 在深入阅读学术论文或者技术资料的基础上，自行撰写并当堂讲解学术报告，接受同学和点评老师的随堂质疑 ，课后撰写报告总结。 通过这样的教学过程，全面提升学生从事科研工作所需要的“听”、“说”、“读”、“写”能力。

在整个教学过程中，报告设计和演讲以学生为主体完成，是决定教学效果的重要环节。然而，大部分学生 对这种新型教学模式缺乏理解，加之专业知识积累不足，当堂讲解缺乏训练， 在实际教学过程中表现出诸多问题 ，造成课堂表现不佳，产生学习困惑，对学习信心和学习兴趣造成负面影响。

为此，教学指导老师需要在开展课程学习的过程中，加强与学生的课前交流，向学生阐述课程的意义，帮助学生克服畏惧心理、懒惰心理和逆反心理，端正学习态度，树立正确的学习目标。

六、演讲要素

（1） 端正的态度

端正的态度是完成高质量课堂演讲的前提。方班研讨厅的课程演讲是对硕士阶段研究选题的热身，通过方班研讨厅的训练，学生 在 资料收集整理、论文阅读理解、随堂讲解讨论等方面得到老师和同学的指导和帮助，有助 于 理清研究思路，找到研究问题。辅导老师在指导过程中，应该帮助学生认识方班研讨厅课程的重要性，正确看待课程评分与老师点评，克服恐惧心理和畏难情绪。

（2）充实的内容

充实的内容是演讲成功的前提。

在内容的选择和规划方面，可以基于以下原则进行设计：

 ⚫ 根据演讲目的选择内容

演讲内容需要支撑演讲目标，例如：学术交流、课题答辩、工作求职等。在制定了明确的研究目标后，就应该围绕演讲目标来选择内容。例如：以论文开题为目标，就应该结合研究方向和自身学习经历选择相应论文资料，作为构成演讲内容的主体。在演讲过程中，应该围绕自己将要研究的科学问题讲解，一方面通过讲解的方式来加深对课题内容的理解，同时可以接受老师、同学的建议和质疑，对自己的选择进行合理的修正和补充。

 ⚫根据听众基础选择内容

方班研讨厅的学术报告与国际会议的学术报告不同，更加看重讲解效果和听众的反响。因此，演讲者在选择演讲内容时，应该照顾听众兴趣、研究方向和专业深度，不能为了体现自己的专业能力，一味选择过于深奥、晦涩的内容讲解，导致演讲结束后无人提问，无法交流。应该偏重问题的介绍和分析部分，适当忽略问题解决方案的细节部分。一次优秀的研讨厅报告，应该能够激活大家的研究思路，带动大家的研究兴趣，引发热烈的学术讨论。因此，演讲内容与专业的相关性、理解难度等方面，需要授课老师进行把关。

 ⚫根据时间限制选择内容

方班研讨厅的课堂演讲时间为20 分钟，演讲内容必须根据授课时间进行规划，不宜过长或者过短。在实际的教学过程中，学生因实战经验不足，经常会出现讲授时间严重超时或者过早结束的问题。根据时间限制 选择内容，首先需要考虑内容的完整性，要确保在 20 分钟的演讲时间能够支撑一个完整的讲述。其次要考虑内容的价值性，不能为了完成任务，选择一些毫无学术价值和研究深度的内容讲解。最后是内容的完整性，在 20 分钟内，应该保证演讲内容覆盖问题描述、问题分析、问题求解、实验验证、未来展望等内容。

 ⚫根据自身情况选择内容

演讲者对讲述内容的理解深度对演讲效果具有决定性的作用。因此在选择演讲内容时，应该建立在自身充分理解的基础上，围绕理解最为深刻的部分设计演讲内容，分配演讲时间。此外，在选择演讲内容时，应该充分结合个人研究兴趣、未来研究方向以及个人擅长的内容进行选材，努力向听众展示最有价值的知识点。这样做一方面有助自身完成知识的凝练和总结，另一方面也让听众有所收获，形成人人为我，我为人人的学习氛围。

（3）合理的结构

在准备研讨厅报告的过程中，需要注意各部分内容的比例分配。例如：学生在实际讲解过程中，经常会出现实验数据介绍过程，而忽略了问题分析过程、技术创新思路、实验设计思想等更为关键内容的讲解。造成这种现象的原因一方面是因为学生缺乏讲解经验，另一方面是因为学生对讲解内容缺乏深入的思考和理解，需要辅导老师进行有针对性的指点和规划。为了保证报告内容在结构上的合理性，辅导老师需要提供一个固定的模板或者提纲，对课件每一页需要表达的内容、讲解的目的、时间的分配等细节内容进行约束。

（4）严谨的逻辑

充实的演讲内容需要严谨的逻辑作为支撑。学生在 讲解课件时，大多按照论文的表达顺序进行介绍，对内容之间的逻辑关联关系、因果关系缺乏解读，在不同层次的内容之间缺乏必要的过渡解释。造成这种现象的原因，主要是学生对论文深层次思想 理解 不足，只是依照论文的内容，生搬硬套。通过建立严谨的逻辑，有助学生加深对论文理解。本节给出一种建议的逻辑表达顺序供参考：

 ⚫研究背景

在讲解问题时，首先通过介绍相关技术的发展现状来引入研究问题，帮助听众建立一个基本的上下文环境，便于演讲者进一步讨论问题。例如：在讨论 DNS去中心化问题之前，可以先从 DNS 系统的发展现状，以及 DNS 系统面临的安全威胁开始，进一步引入互联网域名集中式管理模式存在的安全隐患，最后引出互联网域名的去中心化问题。

 ⚫问题描述

在建立了问题讨论的上下文环境之后，需要对问题进行准确的定义和详细的描述。问题描述是否准确和清晰，是决定 整个演讲是否顺畅的基本条件。演讲者应该尽量用科学、严谨的语言对问题进行定义，并且适当举例加以说明，帮助专业基础较弱的听众理解问题和抓住问题的本质。

 ⚫动机目标

在完成问题描述后，应该对问题的研究动机予以阐述，例如：为什么提出该问题 、作者 受到什么启发 希望达成什么效果 等等。论文的研究动机和目标大多体现了作者的创新思路和思考过程，对理解论文的核心内容具有重要的引导作用。因此，分析研究工作的动机目标，对演讲者和听众具有良好的启发作用。

 ⚫背景知识

考虑到听众的知识背景可能与演讲者之间存在较大差距，在介绍问题解决方案前，为了帮助听众理解演讲内容，应该对相关的技术背景知识进行简要介绍。对后续演讲需要使用的关键概念、理论依据以及重要事实进行阐述。

 ⚫基本原理

大部分高水平的研究论文，往往会包含部分较为复杂和难以理解的理论内容，理解这部分内容需要耗费大量的时间和精力。听众在没有准备的 情况下，难以在短短20分钟内理解作者的核心思想，因此，在展开核心内容的介绍之前，演讲者需要使用一些通俗易懂的案例，来帮助自己阐述论文工作的基本思想和原理，使得听众在短时间，迅速掌握论文的核心思想。

 ⚫核心算法

考虑到方班研讨厅教学的主要目的，在介绍核心算法时，重点在于分析算法的创新环节。对于过细的局部讨论应该适当略过，将细节讨论安排在课后时间。这样既在规定的演讲时间内，完成对论文研究工作的解读，又能促进学术交流，加深对研究工作的理解。

 ⚫相关研究

演讲报告应该适当介绍相关研究内容，通过相关研究内容的介绍，可以进一步帮助听众了解论文研究方法的创新性和独特性。在介绍相关研究时，应该注重介绍内容与演讲内容的相关程序，同时控制讲解时间，不宜占用过久。

 ⚫实验方法

在介绍实验结果前，应该先对实验方法进行详细的分析和介绍，例如：实验方法是否具有代表性？实验数据是否具有说服力？ 等等。很多学生因为报告内容准备不充分，往往耗费大量的时间来介绍实验结果数据，既填充了演讲时间，又无需对论文工作有深入了解。辅导老师在实际指导过程中，应该杜绝该类现象发生。

 ⚫结果分析

在介绍实验结果时，应该简明扼要，不宜占用过多的讲解时间。并且在介绍时，应该 结合动机目标，结合算法创新进行对照分析，尝试从基本原理的角度来分析结果的合理性，不要单纯介绍结果 。

 ⚫总结展望

在演讲结束时，应该对整体工作进行简要总结，同时对未来的工作进行展望。一方面对整个报告内容进行评价，另一方面为感兴趣的听众提供潜在的研究方向。

（5）生动的表达

演讲者在介绍课件内容时，应该结合自己的思路，把思考的过程通过语言、动画以及节奏的变化呈现出来，避免照本宣科式的念稿行为。生动的表达体现在很多方面，例如：报告的开场白应该 包括 自我介绍、内容介绍（问题类别、论文出处、会议介绍）、重要性、创新性、实用性等 。通过开场白 的介绍结合适当的停留， 让听众看清楚题目 留下一个初步的印象，决定要不要认真听后续内容 。

（6）独到的见解

方班研讨厅鼓励学生提出新思想、新见解，通过在课堂上与点评老师、提问同学的思想碰撞，寻找学术研究的灵感。因此，报告者在解读论文的过程中，不应该采取新闻联播式的简单陈述，而应该结合自己的学术观点，对论文的研究工作进行阐述和点评，大胆地对论文工作提出质疑和挑战。

研讨厅报告者在设计和演练报告的过程中，应该持续加强对以上 6 点演讲要素的把握， 从多个方面提升个人的演讲质量。

七、课程考核与成绩评定方法

学生的课程成绩按学期计算，总分100分，包括报告分（0.6）、提问分（0.2）、总结分（0.2）三部分。每次辩论课的最佳辩手可得到附加分，计入课程学期总成绩，总分不超过100分。

八、课程开设条件

1.作为正式课程，列入培养方案。将“创新与思辨”课作为硕士研究生正式课程，加入网络空间安全或相关专业培养方案，在春秋两季学期开设，每期实际按64 课时执行（各学校可根据本校情况在培养方案或课表中酌情增减学时和学分，但实际须按统一的64课时执行），不限课程性质。

2.安排本校固定老师作为协调负责人，具体负责：①为本校学生指派辅导老师，②组织学生课前准备、课上报告、课后总结，③审批并协调师生请假，④参与课堂讨论和评分，⑤ 收集和反馈课程改进意见，及其他组织协调工作。

3.安排本校相对固定的老师加入到课程教学组，根据本校参与学生数不同，一般指派固定的2-5名老师，参与课程组的教学研讨、培训和课上提问指导，对课程的设计、组织实施、评价等提出改进意见。一般按生师比5:1来安排固定老师参与。

4.提供远程网络教学条件，包括并不限于互联网接入、与腾讯会议兼容的音视频设备等，可以网络视频会议形式组织教学。