腳手架理論在信息安全課程教學中的應用

劉三民　劉濤

摘要：信息安全課程教學學時不足、教學任務重，教學內(nèi)容抽象、難懂，是教學過程所面臨的難題。該文結(jié)合筆者所在學校實際情況和授課對象，引入腳手架理論指導教學過程，摸索出一套合適的教學模式。教學實踐證明該教學模式是有效的，對于提高課程教學效果具有明顯的作用。

關鍵詞：教學模式；腳手架理論；協(xié)同學習；信息安全

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）10-2305-02

Abstract： The teaching processes of the course “information security” confronts the problems of much of teaching contents and less teaching class hours， and it isnt easy for students to understand teaching contents. Based on the actual situation of our school， scaffolding theory is introduced to conduct the teaching processes， and teaching mode is presented. Practice experience proves it is feasible and improves the best teaching results.

Key words： teaching mode； scaffolding theory； cooperative learning； information security

隨著計算機網(wǎng)絡應用的普及，基于網(wǎng)絡辦公已成為常態(tài)化，相應地信息安全已成為普遍關心的話題。作為高等學校計算機相關專業(yè)，毫無疑問的成為信息安全教育和信息安全知識普及的主陣地。由于技術的發(fā)展和應用的多樣性，信息安全所面臨的問題不斷變化，也為信息安全的教學帶來新的挑戰(zhàn)。信息安全課程是一門綜合性較強的課程，不僅要求學生具備計算機軟硬件相關基礎知識，還要求學生具備一定的數(shù)學知識、信息論、網(wǎng)絡通信、控制理論和社會學等方面知識[1]。鑒于信息安全課程涉及到的基礎知識較多，學習難度較大，許多高校、教師都針對其教學內(nèi)容、教學方法、教學體系結(jié)構專門進行了深入研究和探討[2-4].

信息安全課程是筆者所在學院三個專業(yè)“計算機科學與技術”、“信息與計算科學”、“物聯(lián)網(wǎng)工程”開設的專業(yè)必修課程。信息安全課程的教學內(nèi)容主要是向?qū)W生介紹各種加密體制的思想和用加密的方法來保證信息安全。信息安全課程教學學時較少（38學時理論課+8學時實驗課）、教學任務重。學生的理論知識參差不齊，在整個教學過程中，學生的普遍反應的問題是教學內(nèi)容抽象、難懂，課前無法預習，課后難以鞏固。筆者已經(jīng)連續(xù)完成了三屆學生的教學任務，在教學過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，也多次進行總結(jié)，在教學方法、教學手段和情境設置方面進行了多次的改革和創(chuàng)新。其中應用腳手架理論指導信息安全課程教學取得了較好的教學效果，解決了日常教學中所遇到的難題，也幫助學生提高了學習效率，鍛煉了學生的自學能力，增強學生的學習主觀能動性。

1 腳手架理論介紹

腳手架理論（scaffolding theory）最早是由美國著名的教育學家和心理學家布魯納提出的，目前廣泛用于指導各學科的教學工作和教學技能的訓練，如腳手架理論在語言課程教學中的應用[5-6]，應用腳手架理論為教師搭建教學信息、教學知識和教育實踐的“腳手架”，獲得了較好的教學效果，獲得大家認可[7]。腳手架理論借用建筑行業(yè)的術語來說明教育活動中主體和外界因素相互作用的過程。如學習主體可以借助父母、老師和他人提供的輔助物完成原本自己無法獨立完成的任務，隨著學習能力的提升，學習的責任逐漸遷移到主體，由主體積極主動的展開學習，完成學習過程。一旦學習過程結(jié)束，輔助物就可撤離，非常類似于建筑過程中腳手架的作用，這也是命名的源由。

在教學不同的階段或環(huán)境中，腳手架可以是教學策略、教學工具、教學方案和教學方法等。作為教學策略，腳手架教學（scaffolding instruction）是指老師在幫助學生學習時，提供腳手架結(jié)構讓學生能夠順利進行更深層次的學習和理解，把獲得的信息作為知識內(nèi)化汲收。該概念是從維果斯基的社會文化理論和鄰近發(fā)展區(qū)（proximal development zone）中引申而來的，也是本文的理論基礎。

目前腳手架理論在歐美地區(qū)已成為一種流行的教育教學理論，其概念和框架已經(jīng)非常成熟和完善。為了幫助大家理解，同時起到拋磚引玉的作用，筆者介紹大家普遍認可概念。在歐盟教育界認為腳手架教學應當是為學習者構建對知識的理解而形成的認知框架，它事先把復雜的學習任務分解，引導學生逐步深入，因此腳手架教學框架可分為五個基本教學環(huán)節(jié)：搭建“腳手架”→進入情境→獨立探究→協(xié)作學習→評價。該文也是采用這五個基本教學環(huán)境指導信息安全課程相關教學內(nèi)容。

2 腳手架理論在信息安全課程中的應用

在概述中，已分析了信息安全課程教學所面臨的現(xiàn)狀，如何在有限的時間內(nèi)高效完成教學任務成為整個教學過程所關注的核心內(nèi)容。為此，筆者進行了有效的探索與嘗試，把腳手架理論與信息安全課程教學進行融合，獲得了較好的教學效果。

教學過程是一個積極互動過程。學生不應該是被動的接受者，而應是學習過程中的主動參與者和積極建構者，被動接受者只能是感受信息，而不會主動掌握信息。教師的職責也不應該是簡單的“傳道、授業(yè)、解惑”的角色，而應該是教學過程中引導者、腳手架的搭建者。在腳手架教學理論的指導下，教師的角色重新定義為腳手架的搭建者。

本節(jié)以信息安全加密體制教學內(nèi)容為例來闡述實施腳手架教學過程。安全加密體制部分主要包括對稱加密體制和非對稱加密體制，一般均是以DES算法和RSA算法為例介紹。

2.1 搭建腳手架

由于該部分內(nèi)容重點是向?qū)W生介紹兩種體制設計思想和相關算法，內(nèi)容較為抽象。為提高學習的積極性，故應首先讓學生明確學習的必要性和方法，即為什么學、如何學的問題。所以在該節(jié)教學之前，向?qū)W生布置預習任務，要求查閱當前信息安全所面臨的主要問題和相應解決方案，以及各種方案的核心思想，并要求學生總結(jié)自己的心得。

2.2 情境設置

在內(nèi)容學習之前，首先讓學生進入到信息安全攻防情境當中，引導學生同時充當兩種角色：安全的守護者和攻擊者，了解相互之間如何互拆“矛”和“盾”兩種利器。如在對稱加密體制DES算法學習，由常見的攻擊方法入手，介紹如何有針對性的構建堅固的防御措施，非常自然的引入相關教學內(nèi)容，如香農(nóng)提出的混亂原則和擴散原則。在此基礎上可以提出問題，在現(xiàn)有對稱體制中如何實現(xiàn)相關指導原則，即通過采用多輪迭代和替換的技術手段，達到混亂和擴散的目的，破壞統(tǒng)計規(guī)律。這樣通過情境設置，層層深入、環(huán)環(huán)緊扣的策略，使抽象、乏味的內(nèi)容變得邏輯性強，理解方便，也非常自然地讓學生知道如何學的教學目標。

2.3 獨立探究

通過課堂理論教學的實施，使學生具備加密體制的相關知識和基本思想，然后可以采用獨立探究的方法，讓學生理論聯(lián)系實際，通過編程的方法去實現(xiàn)具體的算法，把相關信息轉(zhuǎn)化成自己的知識。在這一環(huán)節(jié)，一定要強調(diào)學生獨立完成，可以參考相關資料，嘗試用多種思路實現(xiàn)，如用面向過程和面向?qū)ο蟮乃枷肴ソ鉀Q該問題，并對各種實現(xiàn)方式進行對比。

2.4 協(xié)作學習

在完成獨立探究后，每位學生都會自己的疑惑和感觸，內(nèi)心都有與別人探討的欲望，此時迫切的需要一種討論、交流的寬松環(huán)境。因此在獨立探究環(huán)節(jié)后，及時安排協(xié)作學習環(huán)節(jié)，可以達到事半功倍的效果。在協(xié)作學習時注意強調(diào)的是交流、探討方式，而不是簡單的復制、拷貝動作。一定要讓大家說出自己在獨立探究環(huán)節(jié)中所遇到的困惑與難題，并一定要通過協(xié)作學習環(huán)節(jié)得到若干種解決方案，做到取長補短，尋找最優(yōu)方案。

2.5 評價

評價是最后環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)絕非是可有可無的，用得恰當會獲得畫龍點睛的效果。在評價方面筆者認為可包含兩個方面內(nèi)容：一是老師的評價；二是學生之間的評價。老師評價主要在于學習情況總結(jié)，做出客觀的評價，啟迪新思路，挖掘新內(nèi)容，為下一次腳手架教學奠定基礎。學生之間的評價，關鍵在于對比相互之間對知識的理解，強化知識的內(nèi)化程度，拓寬思路和思維方法。如在加密體制教學內(nèi)容的腳手架教學方法，最后評價環(huán)節(jié)是算法實現(xiàn)的分析與對比。

3 結(jié)論

信息安全課程教學內(nèi)容難、抽象，在有限的教學時間內(nèi)完成教學任務，達到預期的教學目的，是每個教師所面臨的一個難題。筆者經(jīng)過幾次的教學實踐與摸索，成功的運用腳手架理論解決了教學中所面臨的困境，取得較好的教學效果。

參考文獻：

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