物联网&智慧城市创新实践｜安全赋能的软件研发人才教育模式重构与实践

  

「为深化智慧城市建设，推广城市数字化转型先进经验，推动物联网技术与城市发展深度融合，赋能北京城市高质量发展、高效能治理与高品质生活，北京物联网智能技术应用协会、中关村智慧城市产业技术创新战略联盟、北京测绘学会在2025年全球数字经济大会物联网与智慧城市论坛期间，联合开展2025物联网与智慧城市优秀案例征集评选活动。本次活动共征集200余个案例/成果，经评审筛选，最终发布60个优秀案例/成果，并将通过多渠道进行系列展示。诚邀各界开展合作交流，详情可咨询北物联李老师（联系电话：13521200337）。」

申报单位：北京邮电大学

所属领域：其他民生服务领域
  

一、案例概述

　CASE OVERVIEW

　　为应对智慧城市建设中日益复杂的网络安全威胁与软件开发人员安全知识缺失及学生动手实践能力差的挑战，我们开展以“培养懂安全的智慧城市软件开发者”为目标的软件工程教学模式改革和创新，构建“知识升级-能力培养-价值塑造”三位一体的育人体系。

一、首创“安全左移”全周期教学体系，重构软件工程教育范式

　　响应国家“没有网络安全就没有国家安全”的号召，为破解“卡脖子”技术培养并同步解决安全防护的复合型人才，奠定软件供应链安全的人才基础。突破传统软件工程与安全知识“两张皮”的痼疾，以教材《软件工程与安全》为载体，首次建立覆盖“需求-设计-编码-测试”全生命周期的安全融合教学框架，实现“安全左移”的工业理念教学化，形成“工程+安全”双螺旋知识链。教材采用滴滴打车等企业真实场景，被国防科大、山大等20余所高校采用，获评“北京市优质本科教材”，专家认证“填补国内空白，创新性强”。

二、工程实践与开源项目驱动，打好智慧城市软件开发的工程基础

　　为教育部“新工科”的建设目标“有限课时内实现复杂工程能力培养”提供可复制方案。以国产开源项目“小米便签”为枢纽，构建“代码研习-功能迭代-安全加固”三级能力跃升模型。学生研读商业级代码架构，并动手新增模块（如综合应用密码学知识实现本地密钥安全存储）。从阅读开源代码到交付功能迭代，模拟企业开发全流程，工程能力闭环训练，解决“小项目练不出真能力”的痛点。选用小米开源项目，隐性强化对本土技术体系的认同。实验案例获教育部计算机教指委教学案例一等奖，并入选北邮-华为智能基座2.0计划。学生反馈“案例让我受益匪浅，对以后工作，从事软件开发有很大帮助”。

三、“四维思政-案例隐喻”融合育人模式，做智慧城市的忠实建设者

　　构建四维思政体系：激发学生的家国情怀和使命担当；鼓励学生认识到中国当代成就，增强民族自豪感；引导学生尊重科学规律，培养实事求是的科研态度；破除对国外企业的盲目崇拜，培育学生的科学素养和批判性思维。另一方面，我将案例式教学和思政相融合，提出案例式思政,做到如盐入水。相关案例获教育部课程思政类案例一等奖，并获“北京市课程思政教学名师”。

四、改革成效显著，取得优异的社会效益

　　教材编写与实践模式获广泛认可，专家评价教材“填补国内空白，创新性强”，教学案例累计获国家级奖项5项，改革成果辐射全国高校，为新时代软件工程教育提供了可复制的“北邮方案”。

二、行业挑战

　INDUSTRY CHALLENGES

 

图1 行业挑战

一、软件安全与软件开发脱节的行业传统痛点

　　传统软件开发模式遵循“先开发后安全测试”的流程，导致安全环节滞后、漏洞修复效率低下。现有软件工程课程体系普遍缺乏安全维度的系统性融入，安全知识仅作为孤立模块讲授，未贯穿需求分析、设计、编码、测试等全生命周期。国内外也没有相关教材，导致学生难以在开发全周期中融入安全思维，无法满足行业对“安全型开发者”的需求。

二、学生工程实践能力薄弱与学时限制的困境

　　传统教学依赖小规模实验项目（如设计“手机健步走APP”），难以模拟真实软件开发场景，学生无法接触复杂的智慧城市软件开发问题。同时，由于课程学时有限，学生难以从头开发完成大规模软件。借助开源软件，可以让学生在有限时间内研习真实代码、参与功能迭代，既提升工程能力，又避免学时不足的掣肘。

三、课程思政在人才培养实践中的难以发挥作用

　　网络安全技术具有“双刃剑”属性，学生可能因价值观偏差滥用技术危害国家安全。但是在软件开发类课程中落实思政育人面临核心困境：其一，内容融合难——专业知识与思政元素常显“两张皮”，生硬嵌入案例易牵强，技术逻辑与价值引领的有机衔接缺乏成熟范式；其二，学生共鸣少——学生关注点聚焦技能习得，对附加的思政内容易觉枯燥疏离，参与度低，价值内化效果欠佳。此双重障碍亟待创新破解。

三、解决方案与场景

　SOLUTIONS AND SCENARIOS

　　3.1解决思路

　　安全赋能的软件工程教育模式重构与实践的目标是培养“懂安全的智慧城市软件开发者”，实践思路是建立“知识升级-能力培养-价值塑造”的培养体系，将知识升级、能力培养和价值塑造三方面紧密结合，以期达到全面提升学生软件工程实践能力和职业素养的目标。

图2 解决方案总体路线

　　首先，在知识升级方面，开展企业调研，把软件安全知识与软件工程原理和方法相结合，确保学生在学习软件开发的每个环节时，都能意识到安全的重要性。这不仅包括传统的软件工程知识，还包括如何在需求分析、设计、实现、测试和维护等各个阶段融入安全考虑，以应对日益增长的网络安全威胁。通过和企业研发人员调研，引入企业最佳实践案例，学生将能够理解在真实世界中如何有效地将安全措施整合进软件开发流程。

　　其次，为了加强能力培养，提出了一种基于开源软件的课程实践方法。学生将通过研究和扩展“小米便签”这一开源Android应用来学习商业软件的设计架构。小米便签不仅功能丰富，而且具有良好的用户体验，其开源性质使得学生能够深入理解代码结构和设计模式。通过为该应用增加新的功能和安全特性，学生将能够将理论知识应用于实际项目中，从而提升软件设计、开发和团队协作能力。

　　最后，在价值塑造方面，从四个维度对学生进行价值观教育。激发学生的家国情怀和使命担当；鼓励学生认识到中国当代成就，增强民族自豪感；引导学生尊重科学规律，培养实事求是的科研态度；破除对国外企业的盲目崇拜，培育学生的科学素养和批判性思维。另一方面，我将案例式教学和思政相融合，提出案例式思政。

　　3.2解决方案

　　课程内容与资源建设方面包括三个方面，软件工程教学内容和教材升级，软件工程与开源项目实践结合，软件工程课程思政内容建设。

　　（1）软件工程与安全结合方面

　　在软件工程概述一章，我们不仅讲解软件的概念和特点，还增加一个专门的章节来讨论软件安全，以强调安全在软件开发过程中的重要性。

　　在软件开发模型一章，我们介绍各种软件开发方法，并特别强调安全软件开发模型（SDL），以确保开发过程中的安全性。

　　在可行性研究一章，除了传统的经济、技术和社会因素评估外，我们还增加软件安全和数据安全评估，特别是针对潜在的安全风险。

　　在需求工程一章，除了常规需求收集和分析外，我们还增加安全需求的讨论，确保软件产品能够抵御各种安全威胁。

　　在需求分析与建模阶段，我们引入安全需求分析方法，例如误用案例方法和攻击树，以帮助识别和预防潜在的安全威胁。

　　在软件设计一章，我们增加安全设计原则和STRIDE威胁模型，指导设计者如何构建安全的软件架构。

在软件实现一章，我们讨论代码安全，包括如何避免代码漏洞和缓冲区溢出等问题，这些都是常见的安全漏洞。

　　在软件测试一章，我们增加安全性渗透测试，这是一种主动的安全测试方法，用于发现和修复软件中的安全漏洞。

　　（2）软件工程与开源项目实践结合

　　小米便签是小米公司开发的Android上的记事本工具，具有丰富的功能以及用户体验良好的设计，小米便签是开源的，其代码大约1万行，适合学生去阅读源代码，学习软件产品是如何架构的。

　　实验内容和任务是基于国产开源软件“小米便签”新增以下功能模块：

　　①内容加解密：对用户在便签上写的内容进行加密，综合运用信息安全课程所学密码学知识。用户查看加密内容时，需要输入解密的密码，软件实现加密内容解密；

　　②密码设置和保存。用户设置一次加解密的秘钥，在内容加密时不需要用户输入加密秘钥，在解密时输入解密秘钥；用户根据自己的需要选择加密的便签，不是所有便签都加密存储。因注意加解密秘钥在本地存储的安全性。

　　③AI功能。要求学生新增加设计AI功能模块，具体功能可以自己设计。

　　（3）软件工程课程思政内容建设和方法研究

　　首先、建立课程思政内容体系，包括以下四个方面：

　　（1）培养家国情怀，激发使命担当

　　讲授中国软件行业的发展时，说明由于中国软件行业比国外的软件行业起步晚，外国企业对中国软件行业存在歧视和打压，从而激发学生的爱国主义情怀。通过讲授由于中国IT产业在软件创新方面的不足，错失操作系统开发的时机，造成现在卡脖子现象，培养学生勇攀科学高峰的责任感和使命感。

　　（2）展现中国科技，鼓励挑战创新

　　通过微信、滴滴打车等国产软件为案例，强调中国企业一样可以产生创新性的想法，增强学生在创新能力、自主可控方面的民族自豪感。在讲述软件开发模型和标准化时，可以介绍中国的阿里巴巴、百度、腾讯等公司的软件开发已经形成体系的流水线式作业。

　　（3）尊重工程规范，培育科学精神

　　通过软件危机中软件项目失败案例及原因分析，指出为了经济利益而忽视软件需求和软件测试，违背了软件研发规律，强调不能经济利益至上，引导学生学习尊重规律、实事求是努力钻研的优秀科研工作者的优良品质。

　　（4）结合反面案例，破除技术唯西方论

　　在软件测试讲授时，以测试不够导致事故为反面案例，讲解软件测试的重要性，以美国公司为例破除对国外企业的崇拜，培养学生社会责任感。以美国波音737MAX机型事故为案例，指出波音公司为了经济利益忽视开发商安全资质，缺少冗余性设计无法保障软件质量，破除对国外企业的崇拜。

　　其次、提出以案例为中心的课程思政教学方法。

　　在建设新工科的背景下，越来越多的课程采用案例式教学。案例教学的目的主要不是传授知识，而是通过动员学生的参与热情，唤起潜藏在学生身上的丰富的实践经验及其能力，从而开展讨论，激发学生的创造性思维，提高判断能力、分析能力和解决问题的能力。好的案例不仅有助于教学，更有助于发挥课程思政的效果，结合案例进行思政教育可以让学生了解国情、社情和时事等内容，培养学生社会责任感，可以让学生了解道德规范和职业道德，可以激发学生家国情怀，帮助学生树立社会主义核心价值观。

　　案例式课程思政要求从思政内容和教育方法两个方面开展研究。在思政内容上，授课教师首先要选择贴近学生生活的案例，再对案例进行多角度多层次的分析。挖掘案例中蕴含的令人思考的思考点，在问题的分析过程中可以匹配思政内容，这样做到思考和思政有机融合。在教育方法上，要遵循课程固有的逻辑性，不能生硬地插入不相关的思政内容，这样才能做到思政教育“如盐入味”。要遵循大学生思想观念发展变化的一般规律，具体结合新时代的大学生的特点，贴近生活，让学生自觉地接受思政内容。在教学中，教师引导学生展开思考和讨论，在案例分析中贯彻落实教书育人所蕴含的真谛，学生自然地接受思政教育，做到入脑入心。其实现框架如图3所示。

图3 课程思政总体框架图

四、成效及价值总结

　SUMMARY OF EFFECTIVENESS  AND VALUE

　　本方案通过“安全左移”知识重构、开源项目能力跃升、“四维思政-案例隐喻”价值塑造三位一体创新实践，取得了显著成效并产生深远价值：

　　首先，育人实效突出： 成功培养具备“工程+安全”双核能力与家国情怀的智慧城市软件开发者。学生通过研习国产开源项目（如小米便签）、实战迭代与安全加固模块（如密码学应用），工程实践与安全意识同步跃升，反馈“对工作有极大帮助”。多名毕业生获北京市优秀毕业论文，使毕业生成为支撑软件供应链安全与智慧城市安全建设的关键力量。

　　第二，示范效应显著： “安全左移”教学体系（《软件工程与安全》教材） 被国防科大、山大等20余所高校采用，获评“北京市优质本科教材”并认证“填补国内空白”。“代码研习-功能迭代-安全加固”三级实践模型入选北邮-华为智能基座2.0，为教育部“新工科”复杂工程能力培养提供了可复制标杆方案，解决了“小项目练不出真能力”痛点。

　　第三，思政融合典范： “四维思政-案例隐喻”模式（如滴滴案例隐喻安全责任、小米开源强化本土认同）实现价值塑造“如盐入水”，获教育部课程思政案例一等奖及“北京市课程思政教学名师”。有效破解了工科课程思政“两张皮”与“学生共鸣少”难题，培养智慧城市忠实建设者。

　　第四，社会价值深远： 直接响应国家“没有网络安全就没有国家安全”战略，为突破“卡脖子”技术筑牢人才安全基座。教材、案例、方法的全国推广，系统性提升了我国软件工程人才的安全素养与工程实践水平，赋能智慧城市安全、可控发展，具有重大国家战略意义。

成果获奖

软件工程教材及教学内容获得多项奖励，包括：

1）“手机打车软件需求分析”获教育部计算机教指委教学案例一等奖

2）“基于开源软件‘小米便签’进行软件开发”获教育部计算机教指委教学案例一等奖

3）“手机打车APP课程思政教学案例”获教育部计算机教指委课程思政案例一等奖

4）《软件工程与安全》获北京市优质本科教材

5）《新工科背景下软件工程课程思政实施路径研究》荣获中国高校计算机教育大会优秀论文一等奖

6）“软件工程技术基础”获评北京邮电大学课程思政示范课

7）“软件工程技术基础”获评北京邮电大学高新课

8）软件工程技术入选北邮-华为智能基座2.0建设

9）项目负责人芦效峰获北京市课程思政教学名师

10）项目负责人芦效峰获北京邮电大学教学名师

11）项目负责人芦效峰获北京邮电大学课程思政教学名师