翻轉(zhuǎn)課堂在《計算機密碼學(xué)》課程中的應(yīng)用研究

鄔志紅 于義科 段喜龍

【摘要】 本文闡述了《計算機密碼學(xué)》課程的特點，分析了傳統(tǒng)教學(xué)模式下課程教學(xué)中存在的問題，給出了采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】計算機密碼學(xué) 翻轉(zhuǎn)課堂 教學(xué)設(shè)計

引言

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是2000年之后才興起的一種新的教學(xué)模式，傳統(tǒng)的教學(xué)模式中往往要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課中聽講/實驗、課后進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固，而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式要求學(xué)生的課前預(yù)習(xí)必須更加深入，而不是傳統(tǒng)模式中的課前準(zhǔn)備，由此，課中教師的講授知識過程就變?yōu)榻鉀Q學(xué)生在課前預(yù)習(xí)過程中遇到的難點問題，這就要求在課堂上教師的內(nèi)容講解均針對解決問題而設(shè)定，教學(xué)方式可采用教師講授、播放教學(xué)視頻、學(xué)生討論以及學(xué)生講解等多種模式，該過程即為“翻轉(zhuǎn)課堂”，師生之間的角色可以隨著教學(xué)進(jìn)程的實際情況進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而傳統(tǒng)教學(xué)模式中的“課后復(fù)習(xí)”階段則提早到了課中學(xué)習(xí)階段，即學(xué)生對知識的“吸收內(nèi)化”階段在課中就已經(jīng)完成。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以大大提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及學(xué)習(xí)興趣，也能提高教師的管理、組織教學(xué)等能力，但翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式并不是適合每種課程，往往翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式更加適合理論內(nèi)容較難且需要理論指導(dǎo)實踐的課程，而“計算機密碼學(xué)”課程就是這種類型，本文以“計算機密碼學(xué)”課程為例，分析了“計算機密碼學(xué)”課程采用傳統(tǒng)教學(xué)模式教學(xué)過程中的不足，通過采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，達(dá)到進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)效果的目的。

一、“計算機密碼學(xué)”課程現(xiàn)狀

“計算機密碼學(xué)”是計算機學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)課。其主要教學(xué)目的為使得學(xué)生了解密碼學(xué)的一些基本概念，理解和掌握一些常用密碼算法的加密和解密原理，了解認(rèn)證理論的概念以及常見數(shù)字簽名算法和安全性分析等內(nèi)容，例如分組加密、流加密、公鑰加密、數(shù)字簽名、哈希函數(shù)、身份識別、認(rèn)證理論與技術(shù)、PKI技術(shù)等。

（一）課程理論與實驗教學(xué)的特點

1. “計算機密碼學(xué)”課程的理論教學(xué)具有很強的理論性，學(xué)生必須在掌握相關(guān)安全知識的基礎(chǔ)上了解或掌握相關(guān)的密碼知識，因此，課程必須采用多種教學(xué)手段使得學(xué)生對課程內(nèi)容產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，往往課堂教學(xué)教師會采用案例教學(xué)等教學(xué)方法。

2. 課程教學(xué)的實驗設(shè)置均具有較強的實踐性，尤其是加密、解密方法中的編程實踐，學(xué)生要在理解了相關(guān)安全知識的基礎(chǔ)上，使用編程語言對加密、解密方法進(jìn)行驗證性實驗，從而進(jìn)一步理解密碼學(xué)相關(guān)知識。

3. 密碼學(xué)知識結(jié)構(gòu)隨著科技的發(fā)展一直在發(fā)生變化，這就要求授課教師要時刻了解當(dāng)前密碼學(xué)前沿知識與技術(shù)，并根據(jù)實際情況對教學(xué)內(nèi)容做進(jìn)一步完善和優(yōu)化。因此，往往授課教師采用案例教學(xué)的方式解決密碼相關(guān)理論、實踐知識的時效性問題。

（二）課程教學(xué)過程中存在的主要問題

從本門課程的實際情況來看，任課教師對于教學(xué)內(nèi)容的把握一般不會出現(xiàn)問題，但是在教學(xué)過程中如何使得學(xué)生能夠具體了解、掌握甚至精通相關(guān)知識仍然存在以下問題：

1. 理論課程的講授過程對學(xué)生而言往往是枯燥乏味的，這就導(dǎo)致了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和興趣不高的情況。

例如在講解古典密碼算法、DES、AES、RSA、身份認(rèn)證與數(shù)字簽名等內(nèi)容時，由于理論性較強、難度偏大，采用傳統(tǒng)的PPT課堂講解，學(xué)生的參與感較弱，往往都是被動聽課，而為了考試，很多時候會采取死記硬背的學(xué)習(xí)方法，這就使得本門課程的教學(xué)效果大打折扣。

2. 本門課程是一門理論性與實踐性較強的專業(yè)課程，但在實踐環(huán)節(jié)往往會出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)的情況。為了使得學(xué)生能夠更好地掌握密碼學(xué)知識，往往要求學(xué)生在理解了密碼學(xué)理論的基礎(chǔ)上，采用編程實踐的方式對密碼學(xué)理論進(jìn)行驗證，但這兩個環(huán)節(jié)對學(xué)生來講難度都偏高，學(xué)生要么懂理論不懂應(yīng)用，要么輕理論重編程，實踐效果欠佳。

3. 由于課時較少，因此，對于密碼學(xué)的前沿知識內(nèi)容的介紹偏少，這就造成了學(xué)生對業(yè)界最新的發(fā)展趨勢和發(fā)展技術(shù)的了解較少。

二、基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)環(huán)境設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂的實施必須對教學(xué)環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)的改善，具體要求如下：

1. 采用現(xiàn)代化的信息化手段，硬件方面需要例如實驗室計算機、筆記本電腦、智能手機等，以便在授課過程中可以做到邊講邊練，第一時間解決學(xué)生遇到的問題，軟件方面必須采用統(tǒng)一的信息平臺以實現(xiàn)教學(xué)的過程管理，本文使用了超星學(xué)習(xí)通平臺，基本能夠滿足翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)環(huán)境要求。

2. 翻轉(zhuǎn)課堂的教室環(huán)境不能采取傳統(tǒng)的教室布局，必須對教室的桌椅、計算機進(jìn)行重新布局設(shè)計，本文采取的布局如圖1所示。

從圖中可以看出，采用“圓桌”式布局，使得學(xué)生可以隨時進(jìn)行討論、商討遇到的問題，教師也可以深入到學(xué)生當(dāng)中，使得學(xué)生與教師的聯(lián)系更加緊密、順暢。

（二）教學(xué)方法設(shè)計

根據(jù)課程的實際情況，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法設(shè)計，本文總結(jié)了幾個實施的要點：

1. 始終貫徹“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。在課堂教學(xué)過程中，務(wù)必使得學(xué)生有足夠的自主權(quán)和發(fā)問權(quán)，而不是采用傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)方法，這就要求學(xué)生在課前必須能夠發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性，課前就能夠去發(fā)現(xiàn)問題，而在課中，在教師以及同學(xué)輔助下解決問題。

2. 采用“項目/案例驅(qū)動”或“作業(yè)驅(qū)動”的教學(xué)方法。因此在教學(xué)過程中必須采用分組的形式，鼓勵團(tuán)隊合作，使得學(xué)生在掌握課程內(nèi)容的同時，學(xué)會團(tuán)隊合作、群策群力的互助精神。

3. 給予學(xué)生充足的教學(xué)資源和時間。在課前，必須給學(xué)生提供足夠的自學(xué)資源，例如課程網(wǎng)站、教學(xué)視頻、PPT、微課、慕課等，此外，還必須給予學(xué)生充足的時間去了解問題，發(fā)現(xiàn)問題，然后在課中在團(tuán)隊以及教師的幫助下解決問題，最后在課后去總結(jié)、提高。

（三）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

教學(xué)環(huán)境設(shè)計以及教學(xué)方法設(shè)計均是為了讓學(xué)生能夠更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，因此教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計是教學(xué)改革的重點。根據(jù)密碼學(xué)課程的特點，將教學(xué)內(nèi)容分為如下三個層次：

1. 識記、理解性內(nèi)容：這部分內(nèi)容基本都是在課前由學(xué)生自主學(xué)習(xí)完成，難度較低，理解起來較容易，教師可以不做專門講解。

2. 應(yīng)用、分析性內(nèi)容：課堂上學(xué)生重點要掌握的內(nèi)容，知識的難度和廣度均有所增加，大部分情況都要經(jīng)過團(tuán)隊討論以及教師的輔導(dǎo)才能基本掌握。

3. 綜合、評估性內(nèi)容：在分析的基礎(chǔ)上，將已經(jīng)掌握的內(nèi)容應(yīng)用到綜合實踐，并對知識領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)評價，即做出理性與深刻的判斷。

三、結(jié)束語

翻轉(zhuǎn)課堂不僅為教師的教學(xué)活動提供了一種更加有效的教學(xué)手段，同時使得學(xué)生也能夠從翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動中提高學(xué)習(xí)興趣，并提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作的意識。此外，教師也可以摒棄單純講解課堂知識的教學(xué)方法，轉(zhuǎn)而利用各種豐富的教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境更好地組織教學(xué)活動，由此達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

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課題資助：

南昌航空大學(xué)校級教改課題，課題編號：JY1624

南昌航空大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程培育項目，項目編號：KCPY1517

南昌航空大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程培育項目，項目編號：KCPY1665