“新工科”背景下融合MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式探索與實(shí)踐

周敏　王莉芳

摘 ?要：《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》是信息安全及相關(guān)專業(yè)的一門綜合性專業(yè)核心課程，具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，課程內(nèi)容復(fù)雜、難度高，涉及多門學(xué)科的知識，在我國該課程開設(shè)時(shí)間較短，普遍采用傳統(tǒng)課堂授課方式，使得目前國內(nèi)大多開課院校的教學(xué)效果受到限制，達(dá)不到“新工科”專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和要求。本研究將《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)，與國內(nèi)外MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的成功教學(xué)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，通過近幾年的摸索與實(shí)踐，提出融合MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的校本《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)模式改革新方案，符合“新工科”培養(yǎng)多層次、多規(guī)格、且具備多學(xué)科知識和復(fù)合型技術(shù)的信息安全人才的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和要求。通過教學(xué)實(shí)踐，表明所提出的教學(xué)模式改革新方案能夠顯著提高教學(xué)質(zhì)量，可為高等教育教學(xué)的改革與創(chuàng)新提供借鑒。

關(guān)鍵詞：“新工科”;MOOC;翻轉(zhuǎn)課堂;信息安全;教學(xué)模式

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2021）01-0001-06

Abstract： "Computer Coding and Cryptography" is a core course for information security and related majors. With strong theoretical and practical nature， the course content is complex and difficult， involving knowledge of multiple subjects. In China， this course has been offered for a short time， and the traditional classroom teaching method is widely adopted. As a result， the teaching effect of most courses opening colleges and universities in China is limited， which fails to meet the training objectives and requirements of "new engineering". This study combines the teaching content and characteristics of computer coding and cryptography with the successful teaching experience of MOOC and flipped classroom at home and abroad. Through the exploration and practice in recent years， this paper puts forward a new teaching mode reform plan of the school-based computer coding and cryptography which integrates MOOC and flipped classroom， which is in line with the objectives and requirements of cultivating multi-level， multi-specification information security talents with multi-disciplinary knowledge and complex technology. The two semesters of teaching practice shows that the proposed new teaching mode reform scheme can significantly improve the teaching quality and provide reference for the reform and innovation of higher education teaching.

Keywords： "New Engineering"; MOOC; flipped classroom; information security; model of teaching

隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全已經(jīng)上升為國家安全戰(zhàn)略，2014年2月，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“沒有網(wǎng)絡(luò)安全，就沒有國家安全”[1]。2015 年6月，教育部和國務(wù)院學(xué)位委員會決定在“工學(xué)”門類下增設(shè)“網(wǎng)絡(luò)空間安全”一級學(xué)科來應(yīng)對這一局面[2]。2017年2月，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會，發(fā)布《新工科建設(shè)復(fù)旦公示》，“新工科”強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用、創(chuàng)新、交叉與融合，注重信息通訊、軟件設(shè)計(jì)、電子控制等學(xué)科與傳統(tǒng)學(xué)科的結(jié)合[3]。如何培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型且具備多學(xué)科知識的信息安全人才是教學(xué)改革的重點(diǎn)之一[4]。計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)是信息安全領(lǐng)域的核心內(nèi)容，涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信、信息系統(tǒng)和電子技術(shù)等交叉學(xué)科的綜合性專業(yè)課程，具有知識體系和內(nèi)容廣泛、難度大、更新速度快、理論性和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前國內(nèi)很多高等院校的計(jì)算與信息科學(xué)類、應(yīng)用數(shù)學(xué)類、計(jì)算機(jī)類、電子通訊類等專業(yè)開設(shè)了《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程，然而該課程屬于新興學(xué)科，開設(shè)時(shí)間較短，教師尚未積累足夠的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，如何在“新工科”背景下進(jìn)行合理化課程教學(xué)具有重要意義。近年來MOOC（Massive Open Online Course，大規(guī)模在線開放課程）風(fēng)暴席卷全球高等教育，MOOC打破原有的教育體系和組織結(jié)構(gòu)，擁有優(yōu)質(zhì)課程資源和媒體工具，促進(jìn)了世界范圍內(nèi)的知識分享，為不同學(xué)科的教和學(xué)創(chuàng)造了大量的機(jī)會[5]。翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）顛倒了傳統(tǒng)“知識傳授”與“知識內(nèi)化”的階段，體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育理念，被稱為大勢所趨的“課堂革命”[6]。MOOC與翻轉(zhuǎn)課堂的興起，為高等教育教學(xué)的改革與創(chuàng)新提供了機(jī)遇。針對《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)外MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的成功教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本研究探索出融合MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的校本《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)模式改革新方案，該教學(xué)模式符合“新工科”教育理念、目標(biāo)和要求，可以為高等院校課程教學(xué)改革提供借鑒。

一、MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的含義及優(yōu)勢

1. MOOC。MOOC起源于2007年美國猶他州立大學(xué)教授David Wiley創(chuàng)建的一門網(wǎng)絡(luò)開放課程[7]。2008年，加拿大教授George Siemens和Stephen Downes設(shè)計(jì)了第一門真正意義上的MOOC課程。2012年斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)創(chuàng)辦Coursera、Udacity和edX美國三個典型的MOOC平臺，華盛頓大學(xué)、普林斯頓大學(xué)、賓夕法尼亞大學(xué)等外國高校紛紛發(fā)布MOOC課程，2012年被《紐約時(shí)報(bào)》稱為“慕課元年”[8]。2013年香港科技大學(xué)教授Naubahar Sharif開設(shè)亞洲首門MOOC課程。2013年以來，清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)等國內(nèi)知名高校相繼加入MOOC的行列。近年來，中國大學(xué) MOOC、學(xué)堂在線、網(wǎng)易云課堂等國內(nèi)知名MOOC平臺被創(chuàng)建。目前，MOOC熱潮風(fēng)靡全球。

MOOC具有大規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)化、開放性的教學(xué)特點(diǎn)，以平臺為基礎(chǔ)，以課程為單元，提供優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、交互學(xué)習(xí)社區(qū)、有效評價(jià)機(jī)制[9]。MOOC使全球高等教育理念發(fā)生重大變革，教學(xué)過程由“教”為中心轉(zhuǎn)向“學(xué)”為中心，教學(xué)形式由單一課堂授課轉(zhuǎn)向借助多種教學(xué)資源的多種學(xué)習(xí)形式[10-12]，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的興趣和能力培養(yǎng)[13]。

2. 翻轉(zhuǎn)課堂。翻轉(zhuǎn)課堂起源于2007年美國科羅拉多州林地公園高中的教師Jonathan Bergmann和Aaron Sams，他們對傳統(tǒng)課堂進(jìn)行了顛覆性嘗試[14]。2011年，被稱為“傳統(tǒng)教育的顛覆者”的學(xué)者Salman khan在國際Technology Entertainment Design大會介紹了翻轉(zhuǎn)課堂的概念[15]，這種新型教學(xué)形式開始引起全球教育界的廣泛關(guān)注。翻轉(zhuǎn)課堂以網(wǎng)絡(luò)平臺為基礎(chǔ)，突破傳統(tǒng)課程教學(xué)時(shí)空的限制，變革了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了“知識傳授”與“知識內(nèi)化”的翻轉(zhuǎn)教學(xué)，將“先教后學(xué)”顛倒為“先學(xué)后教”，將“知識傳授”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皢栴}探索和研究”。比爾·蓋茨稱，翻轉(zhuǎn)課堂預(yù)見教育的未來，引領(lǐng)了一場教育革命[16]。

二、《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程特點(diǎn)及現(xiàn)狀

《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程在我國開設(shè)時(shí)間較短，普遍采用傳統(tǒng)課堂授課方式，使得目前國內(nèi)大多開課院校的教學(xué)效果受到限制，達(dá)不到“新工科”專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和要求[17-19]，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1. 知識點(diǎn)多、跨度大、課程時(shí)數(shù)有限。課程內(nèi)容涉及數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信、信息系統(tǒng)和電子技術(shù)等課程的知識，需要對相關(guān)知識綜合運(yùn)用。學(xué)生在先修課程中多是針對各知識點(diǎn)的單獨(dú)訓(xùn)練，沒有綜合運(yùn)用的實(shí)踐，因此在本課程的學(xué)習(xí)中經(jīng)常會因?yàn)闆]有掌握一個小知識點(diǎn)而影響后續(xù)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)。另外課程授課時(shí)數(shù)有限，既要講授理論，又要完成實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致很多知識點(diǎn)的講授缺乏深度和廣度。2. 知識體系與內(nèi)容更新速度快?？v觀計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)發(fā)展史，編碼與密碼技術(shù)從古典密碼、對稱密碼到公鑰密碼，不斷在發(fā)展更新，特別是近十年來隨著互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代技術(shù)的不斷推進(jìn)，新的安全問題也隨之而來，為了解決這些安全問題，相關(guān)的編碼與密碼理論和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，因此課程的知識體系和內(nèi)容需要同步發(fā)展、隨時(shí)更新，這對傳統(tǒng)課堂教學(xué)無疑是非常大的挑戰(zhàn)。3. 重理論，輕實(shí)踐。由于受課堂教學(xué)的限制，目前國內(nèi)高校該課程以理論教學(xué)為主，忽視實(shí)踐能力的培養(yǎng)。例如，在學(xué)習(xí)DES、IDEA、RSA、Rabin、MD5、SHA等加密解密算法時(shí)，突出算法的工作原理，而缺乏算法的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程，應(yīng)通過改革教學(xué)模式來加強(qiáng)理論知識的應(yīng)用能力。4. 授課方式單一。在傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下，以教師為中心，學(xué)生被動接受知識，缺乏師生互動。由于本課程涉及許多艱深晦澀的理論知識和證明方法，學(xué)生不易理解和掌握，不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性，不利于對學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。5. 考核方式單一。課程考核是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的主要手段，有效的考核機(jī)制能大大提高教學(xué)質(zhì)量。本課程涉及理論知識多、實(shí)踐應(yīng)用強(qiáng)，而傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式下的考核方式以試卷考試為主，主要考查的是對所學(xué)內(nèi)容的理解，不能客觀地體現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用綜合能力，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是常規(guī)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏開放性、創(chuàng)新性和綜合性。另外傳統(tǒng)的考核方式，是一個靜態(tài)學(xué)習(xí)成績分析結(jié)果，不能體現(xiàn)學(xué)生在整個課程學(xué)習(xí)過程中的動態(tài)變化，不便于教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程進(jìn)行及時(shí)了解、干預(yù)和控制，持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)方法。從以上《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程特點(diǎn)及現(xiàn)狀可以看到，傳統(tǒng)的教學(xué)模式急需改進(jìn)，而目前國內(nèi)外興起的MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，為以上問題的解決提供了有效、可行的思路。

三、《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC課程教學(xué)設(shè)計(jì)

MOOC的出現(xiàn)為高等教育改革提供了實(shí)現(xiàn)平臺，為課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)提供了目標(biāo)和方向[6-7]。MOOC平臺提供的豐富數(shù)據(jù)來源，能夠客觀地評價(jià)學(xué)生能力和學(xué)習(xí)效果[13，20]。2016 年6月《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程團(tuán)隊(duì)申請的在線課程建設(shè)項(xiàng)目獲得批準(zhǔn)并與中國大學(xué)MOOC平臺簽署了合作協(xié)議，2017年8月完成《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程PPT課件的重新制作、在線課程視頻的錄制，2018年3月課程簡介、課程大綱、考核方式、教學(xué)視頻及 PPT課件完成上傳，并完成相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容的作業(yè)題和測試題（選擇題、填空題、主觀題）、討論題、案例素材的制作，對學(xué)生開放進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。本課程共分33講，學(xué)習(xí)時(shí)間為10周。教學(xué)內(nèi)容包括： 信息安全面臨的威脅及密碼學(xué)基礎(chǔ)知識、古典密碼技術(shù)、流密碼、分組密碼體制、公鑰密碼體制、密鑰分配與密鑰管理、消息認(rèn)證、數(shù)字簽字與密碼協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)加密與認(rèn)證。教學(xué)資源包括課程視頻、PPT課件、課程視頻、案例素材、作業(yè)題庫和測試題庫。2019年1月31日第一期課程結(jié)束，選課人數(shù)達(dá)到5000人，2019年7月31日第二期課程結(jié)束，選課人數(shù)達(dá)到4600人。

本課程圍繞“一條主線、兩個注重、三個結(jié)合、四個能夠”的教學(xué)模式，在課程體系的建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革方面進(jìn)行了相應(yīng)的嘗試。一條主線，圍繞技術(shù)應(yīng)用這條主線。通過基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)和項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)，將所學(xué)專業(yè)知識應(yīng)用于信息安全的實(shí)踐中， 在信息的保密性、真實(shí)性、順序性、時(shí)間性、不可否認(rèn)性等方面，實(shí)現(xiàn)信息安全保障。兩個注重，基礎(chǔ)知識的掌握，應(yīng)用能力的培養(yǎng)。密碼技術(shù)加解密的方法、秘鑰分配與管理、加密和認(rèn)證技術(shù)等方面，設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)、信息、計(jì)算機(jī)等多方面的知識，要求學(xué)生具有較為扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，本課程借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，通過問題解答、作業(yè)、章節(jié)測驗(yàn)等方式，促進(jìn)學(xué)生對知識的理解和掌握。以項(xiàng)目為導(dǎo)向，通過引入案例，培養(yǎng)學(xué)生對知識的應(yīng)用能力。三個結(jié)合，自主學(xué)習(xí)和課程輔導(dǎo)相結(jié)合，理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，深度與廣度相結(jié)合。以MOOC平臺為基礎(chǔ)，通過課程視頻、問題解答、作業(yè)測驗(yàn)等方式，實(shí)現(xiàn)師生互動;將密碼技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容通過算法實(shí)現(xiàn)，為實(shí)際應(yīng)用提供平臺;既介紹密碼技術(shù)的基礎(chǔ)知識，又通過最新研究成果，引導(dǎo)學(xué)生在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。四個能夠，能夠?qū)⑺鶎W(xué)專業(yè)知識應(yīng)用于信息安全的實(shí)踐中， 完成各種計(jì)算機(jī)安全保密任務(wù)。能夠理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個體，團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。能夠就計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流。

《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC課程教學(xué)設(shè)計(jì)主要包括四個模塊：MOOC課程目標(biāo)設(shè)計(jì)、MOOC課程內(nèi)容設(shè)計(jì)與資源開發(fā)、MOOC課程學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)、MOOC課程學(xué)習(xí)評價(jià)設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)模型如圖1所示。

1. MOOC課程目標(biāo)設(shè)計(jì)。為了適應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，結(jié)合“新工科”培養(yǎng)多元化和創(chuàng)新型人才的理念，《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC課程教學(xué)改革遵循的宗旨為：通過本課程教學(xué)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)的基本理論和相關(guān)算法，幫助學(xué)生將所學(xué)應(yīng)用于信息安全的實(shí)踐中，培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力，為設(shè)計(jì)、分析和改進(jìn)各種加密解密數(shù)據(jù)包提供必要的軟件基礎(chǔ)，更好地完成各種計(jì)算機(jī)安全保密任務(wù)。

2. MOOC課程內(nèi)容設(shè)計(jì)與資源開發(fā)?；贛OOC的教學(xué)內(nèi)容與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相比，具有更綜合、多元和開放的特點(diǎn)[9-12]。MOOC課程內(nèi)容包括教師的工作和學(xué)生的工作，教師的工作包括課程簡介、PPT課件、課程視頻、案例素材、作業(yè)、測試、討論、答疑、通知等方面，學(xué)生的工作包括作業(yè)、討論、互動交流、提出問題等方面。MOOC課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的核心是PPT課件的重新制作、課程視頻的錄制。根據(jù)《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)大綱，按代表性知識點(diǎn)全面梳理課程的知識結(jié)構(gòu)，按知識點(diǎn)組織網(wǎng)上課程內(nèi)容，以20分鐘左右講透一個知識點(diǎn)來進(jìn)行課程PPT制作和視頻錄制。本課程按教學(xué)知識點(diǎn)錄制了48個教學(xué)視頻，視頻的內(nèi)容重點(diǎn)包括：信息安全面臨的威脅及密碼學(xué)基礎(chǔ)知識、古典密碼技術(shù)、流密碼、分組密碼體制、公鑰密碼體制、密鑰分配與密鑰管理、消息認(rèn)證、數(shù)字簽字與密碼協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)加密與認(rèn)證?！队?jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC資源除了課程團(tuán)隊(duì)上傳的PPT課件、課程視頻、案例素材、作業(yè)、測試、討論、答疑、通知等外，還包括中國大學(xué)MOOC平臺的在線資源，如名師課程視頻、課件、資料、電子圖書等。

3. MOOC課程學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)?！队?jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC課程教學(xué)中，學(xué)習(xí)系統(tǒng)由教師、學(xué)生、學(xué)習(xí)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)資源四部分構(gòu)成。學(xué)習(xí)活動根據(jù)基于MOOC自主學(xué)習(xí)的項(xiàng)目活動式開展，分為線上學(xué)習(xí)活動和線下學(xué)習(xí)活動兩部分，包括基于MOOC視頻和在線作業(yè)的課程知識點(diǎn)的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、討論和問答等。中國大學(xué)MOOC平臺可為每位學(xué)生提供學(xué)習(xí)空間，包括教學(xué)視頻、討論群組、論壇、個人日志等，同時(shí)可記錄每位學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。課程學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，教師要充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，引導(dǎo)學(xué)生合理利用《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程MOOC資源，完成線上和線下學(xué)習(xí)活動。

4. MOOC課程學(xué)習(xí)評價(jià)設(shè)計(jì)?！队?jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC課程評價(jià)內(nèi)容包括學(xué)生基于MOOC教學(xué)平臺課程的訪問情況、視頻收看情況、作業(yè)情況、測試情況、論壇發(fā)帖次數(shù)、自我評價(jià)和互評等。學(xué)習(xí)評價(jià)貫穿于整個學(xué)習(xí)過程，MOOC平臺全程記錄學(xué)習(xí)過程，實(shí)時(shí)收集并分析學(xué)習(xí)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，為評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)提供依據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析可判斷學(xué)生掌握課程知識點(diǎn)和技能情況，綜合出學(xué)生課程成績，頒發(fā)《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC課程的結(jié)業(yè)證書。

四、融合MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的校本《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

在《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)過程中，重點(diǎn)需解決以下問題：一是根據(jù)課程單元知識體系和課程目標(biāo)及學(xué)生MOOC學(xué)習(xí)過程中，如何提出富有挑戰(zhàn)性和探究性價(jià)值的問題，如何開展基于問題的討論式課堂。二是如何設(shè)置問題情景，創(chuàng)設(shè)訓(xùn)練項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣、愛好針對性地選擇合適的訓(xùn)練項(xiàng)目，開展基于項(xiàng)目的探究式課堂。三是在混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)中如何體現(xiàn)“新工科”教育特質(zhì)和理念，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性，發(fā)展學(xué)生的高層次思維能力和創(chuàng)新能力。針對信息安全類課程特點(diǎn)，基于已制作完成并開始運(yùn)行的《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC課程，依托中國大學(xué)MOOC平臺，結(jié)合國內(nèi)外典型的翻轉(zhuǎn)課堂模式[6，15，16]，構(gòu)建了如圖2所示的融合MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)模式。該模式由課前、課內(nèi)和課程評價(jià)三個模塊構(gòu)成。

1. 課前設(shè)計(jì)——知識傳遞。學(xué)生訪問中國大學(xué)MOOC平臺，觀看《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程相關(guān)知識點(diǎn)的MOOC視頻、PPT課件、案例素材，完成MOOC作業(yè)、測試，參與MOOC平臺上的學(xué)習(xí)討論，檢索和查閱相關(guān)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，可自主地根據(jù)自身的知識掌握情況和學(xué)習(xí)興趣來調(diào)整學(xué)習(xí)步調(diào)，沒有掌握的知識點(diǎn)可反復(fù)觀看、訓(xùn)練，已掌握的知識點(diǎn)可快進(jìn)或跳過，并將已經(jīng)掌握、尚未掌握及想要深入了解的知識、學(xué)習(xí)過程中所遇到的問題進(jìn)行詳細(xì)的記錄。任課教師登陸校本MOOC平臺，瀏覽、參與學(xué)生MOOC學(xué)習(xí)的過程，了解學(xué)生，與學(xué)生進(jìn)行交流并給予指導(dǎo)。

2. 課內(nèi)設(shè)計(jì)——知識內(nèi)化。（1）設(shè)計(jì)思想。課內(nèi)是學(xué)生內(nèi)化知識的過程，教師設(shè)計(jì)課堂活動，利用情景、協(xié)作、會話等要素充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，并引導(dǎo)和組織學(xué)生應(yīng)用知識解決問題，培養(yǎng)學(xué)生高層次思維能力和創(chuàng)造能力。首先，教師梳理強(qiáng)化所學(xué)課程內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生的MOOC學(xué)習(xí)情況的反饋，有針對性地對相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行講解。指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)中如何理論聯(lián)系實(shí)際，如何把握重點(diǎn)，并根據(jù)課程單元知識體系和課程目標(biāo)及學(xué)生MOOC學(xué)習(xí)過程中存在的問題，提出一些富有挑戰(zhàn)性和探究性價(jià)值的問題，開展基于問題的討論式課堂。其次，教師設(shè)置問題情景，創(chuàng)設(shè)訓(xùn)練項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生了解項(xiàng)目任務(wù)與目標(biāo)，學(xué)生根據(jù)自己的興趣、愛好針對性地選擇合適的訓(xùn)練項(xiàng)目，開展基于項(xiàng)目的探究式課堂。另外，教師將學(xué)生進(jìn)行分組，4-6人組成一個學(xué)習(xí)小組，每小組推選出一名組長，組長負(fù)責(zé)、成員分工協(xié)作，共同完成某一相對復(fù)雜的任務(wù)，探究某一具體問題，同時(shí)組織各組以報(bào)告、比賽、辯論等形式展示復(fù)雜任務(wù)和探究性問題的成果，教師及時(shí)跟蹤各學(xué)習(xí)小組的訓(xùn)練情況，給予點(diǎn)撥和指導(dǎo)。最后，教師對整個教學(xué)活動進(jìn)行總結(jié)、評價(jià)和歸納，反饋問題至下一次教學(xué)設(shè)計(jì)中。MOOC平臺是本課程教學(xué)模式改革的基礎(chǔ)和前提，而課堂環(huán)節(jié)的討論和探究是本課程教學(xué)模式改革的核心，它顛覆了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)，課堂教學(xué)因此變得豐富而生動。（2）教學(xué)實(shí)例。以RSA公鑰密碼系統(tǒng)教學(xué)過程為例。a.重點(diǎn)和難點(diǎn)講解。重點(diǎn)：RSA密碼系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：歐拉定理，密鑰產(chǎn)生的方法，加密和解密的方法。難點(diǎn)：RSA算法的有效性證明和安全性條件。b.情景設(shè)計(jì)。模仿商務(wù)往來中信息的傳遞和密碼的破譯，將學(xué)生分為進(jìn)行商務(wù)往來的甲乙雙方和信息竊取者三個角色，教學(xué)模型如圖3所示。c.訓(xùn)練項(xiàng)目。項(xiàng)目1：RSA密碼中涉及算法演示，如計(jì)算乘冪的模，求模運(yùn)算逆元。項(xiàng)目2：RSA密碼的公鑰和私鑰設(shè)計(jì)的編程實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目3：RSA加密和解密方法的編程實(shí)現(xiàn)。d.分組交流。討論1：RSA密碼安全性討論。討論2：對RSA密碼系統(tǒng)的攻擊方法討論。

3. 課程評價(jià)設(shè)計(jì)。為保障《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)模式的高效運(yùn)行，課程評價(jià)采用多元評價(jià)機(jī)制，科學(xué)客觀地對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價(jià)反饋，重視學(xué)習(xí)過程評價(jià)，弱化考試權(quán)重，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)效果，發(fā)展能力和激發(fā)潛力。本課程評價(jià)由校本《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》MOOC課程在線自動評價(jià)（MOOC課程的結(jié)業(yè)證書，占60%）和課堂形成性評價(jià)（占40%）兩部分組成，課堂形成性評價(jià)包括課堂作業(yè)與測試、課堂討論、課堂訓(xùn)練項(xiàng)目、課堂展示等活動的參與情況綜合而成。

五、教學(xué)模式應(yīng)用效果分析

2018-2019學(xué)年第二學(xué)期，針對計(jì)算與信息科學(xué)專業(yè)，開展了融合MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的校本《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)模式改革實(shí)踐，52名學(xué)生參與了該課程學(xué)習(xí)。本研究進(jìn)行了問卷調(diào)查分析，同時(shí)利用MOOC平臺提供的分析功能對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。

1. 調(diào)查問卷分析。本研究對學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，調(diào)查問卷采用五點(diǎn)量表，按照5分制計(jì)分，問卷結(jié)果表明，學(xué)生能自主完成課前MOOC學(xué)習(xí)（均值3.78，標(biāo)準(zhǔn)差0.862），基本掌握課程的教學(xué)內(nèi)容（均值4.21，標(biāo)準(zhǔn)差0.895），對新的教學(xué)模式比較感興趣（均值4.09，標(biāo)準(zhǔn)差0.817），認(rèn)為利于啟發(fā)思維（均值4.11，標(biāo)準(zhǔn)差0.813），培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力（均值3.84，標(biāo)準(zhǔn)差0.717），比傳統(tǒng)課堂的教學(xué)效率高（均值3.96，標(biāo)準(zhǔn)差1.064）。

2. 平臺數(shù)據(jù)分析。MOOC平臺提供了多元統(tǒng)計(jì)功能，包括學(xué)生訪問課程次數(shù)、課程視頻觀看情況、觀看時(shí)長、視頻配套作業(yè)題和章節(jié)配套作業(yè)題完成情況、單元測試情況等。這些數(shù)據(jù)可以反映和解釋學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)行為。MOOC平臺統(tǒng)計(jì)了52名學(xué)生觀看課程48個視頻的時(shí)長，本研究按照學(xué)生觀看視頻時(shí)長與視頻自身長度之比，即平均視頻反芻比，來統(tǒng)計(jì)觀看視頻人數(shù)占比，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 學(xué)生觀看視頻情況統(tǒng)計(jì)

圖3 商務(wù)往來中信息傳遞和密碼破譯

從表1可以看出，除了個別學(xué)生在個別視頻上未完成觀看外，絕大部分學(xué)生（85.8%）花費(fèi)了1.5倍以上的時(shí)間反復(fù)學(xué)習(xí)，說明學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)情況良好。以“Rabin密碼系統(tǒng)”這節(jié)MOOC課為例，視頻長度21.65分鐘，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明學(xué)生平均觀看時(shí)間38.28分鐘，平均視頻反芻比是1.84。反芻比越高說明學(xué)生觀看視頻時(shí)間越長，次數(shù)越多，同時(shí)可以反映出學(xué)生認(rèn)為該知識點(diǎn)難度較大，在翻轉(zhuǎn)課堂上教師應(yīng)該重點(diǎn)講解，組織討論，以便學(xué)生能更好地掌握。MOOC平臺統(tǒng)計(jì)了52名學(xué)生完成視頻配套作業(yè)題和章節(jié)配套作業(yè)情況以及單元測試情況。視頻配套作業(yè)一般為5道題，形式包括選擇、填空和判斷對錯。章節(jié)配套作業(yè)一般為3道題，主要以計(jì)算、編程和分析題為主?；疽笫且曨l配套作業(yè)題至少完成3道，章節(jié)配套作業(yè)題至少完成2道。統(tǒng)計(jì)表明視頻配套作業(yè)38.2%的學(xué)生能完成3題，42.3%的學(xué)生能完成4題，17.1%的學(xué)生能完成5題。章節(jié)配套作業(yè)學(xué)生能夠按要求去做，70.6%的學(xué)生能完成2題，26.3%的學(xué)生能完成3題，計(jì)算題80.5%的學(xué)生能夠正確完成，分析題62.2%的學(xué)生能夠正確完成，其余學(xué)生存在的問題是分析不夠全面，編程題71.4%的學(xué)生能夠正確完成。數(shù)據(jù)分析表明學(xué)生完成作業(yè)情況良好。每個教學(xué)單元配一套測試題，重點(diǎn)考核學(xué)生對本單元知識的理解、掌握和靈活運(yùn)用情況，允許學(xué)生多次答題，記錄最高分。由于融合MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式注重學(xué)生課前學(xué)習(xí)時(shí)間和效果，學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)時(shí)間比改革前有很大幅度的提升，同時(shí)通過課前與課內(nèi)的師生互動，使學(xué)生能夠更好地理解和掌握所學(xué)課程?！队?jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程設(shè)計(jì)注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，基礎(chǔ)理論教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科前沿緊密結(jié)合，實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)性與綜合性、設(shè)計(jì)性緊密結(jié)合，考核手段多樣性與激勵目的緊密結(jié)合。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)當(dāng)前主要研究方向和應(yīng)用領(lǐng)域有一定的了解，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者在科學(xué)研究和事務(wù)處理上百折不撓、持之以恒的毅力和意志，促進(jìn)了專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)修養(yǎng)的提高。

六、結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)安全已經(jīng)上升為國家安全戰(zhàn)略，如何培養(yǎng)多層次、多規(guī)格且具備多學(xué)科知識和復(fù)合型技術(shù)的信息安全人才是“新工科”教學(xué)建設(shè)和教學(xué)改革的重點(diǎn)。本研究提出融合MOOC和翻轉(zhuǎn)課堂的校本《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》課程教學(xué)模式改革新方案，旨在促進(jìn)知識的應(yīng)用、分析與評價(jià)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)師生之間、生生之間的互動，提升學(xué)生的高層次思維能力和創(chuàng)新能力，遵循應(yīng)用型人才應(yīng)具備的知識、能力、素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合“新工科”信息安全人才培養(yǎng)理念。

2019年《計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)》被評為陜西省精品在線開放課程。

參考文獻(xiàn)：

[1]習(xí)近平.把我國從網(wǎng)絡(luò)大國建設(shè)成為網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國[EB/OL].http：//news.xinhuanet.com/2014-02/27/c_119538788.htm.

[2]國務(wù)院學(xué)位委員會、教育部關(guān)于增設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間安全一級學(xué)科的通知，學(xué)位（2015）11號[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/jyb_xxgk/moe_1777/moe_1778/201511/t20151127_221423.html.

[3]鐘登華.新工科的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4]郭宇燕，孫梅，余磊，等.“新工科”背景下密碼學(xué)課程改革探究[J].電腦知識與技術(shù)，2018，14（14）：117-119.

[5]MartinFG. Will Massive Open Online Courses Change How We Teach[J]. Communications of the ACM，2012，55（8）：26-28.

[6]謝幼如，倪妙珊，柏晶，等.融合翻轉(zhuǎn)課堂與MOOCs的高校MF教學(xué)模式[J].中國電化教育，2015（10）：40-46.

[7]李青，王濤.MOOC：一種基于連通主義的巨型開放課程模式[J].中國遠(yuǎn)程教育，2012（3）：30-36.

[8]The New York Times. The Year of the MOOC[EB/OL].http：//www.nytimes.com/2012/11/04/education/Edlife/massive-open-online-coures-are-multiplying-at-t-rapid-pace.html，2012-12-05.

[9]孫雨生，程亞南，朱禮軍.基于MOOC的高校教學(xué)模式構(gòu)建研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2015（3）：65-71.

[10]HoodN， littlejohnA， MilliganC.ContextCounts：HowLearners' Contexts Influence Learning in a MOOC[J].Computer and Education， 2015，9：83-91.

[11]MargaryanA， BiancoM， littlejohnA.InstructionQuality of Massive Open Courses（MOOCs）[J]. Computer and Education， 2015，8：70-78.

[12]littlejohnA，Hood N， MilliganC， MustainP. Learning in MOOCs：Motivation and Self-regulated Learning in MOOCs[J].Internet and Higher Education， 2016，29：40-48.

[13]董永剛，宋劍鋒，李興東，等.基于OBE理念和學(xué)堂在線MOOC平臺的新型教學(xué)模式探索[J].中國教育信息化，2018（10）：51-54.

[14]Sams， Aaron. The Flipped Classroom[C/OL].242nd National Meeting of theAmericanChemicalSociety（ACS）. AUG 28-SEP 01，2011.

[15]Sarah D. Sparks. Lectures are Homework in Schools Followi

ng Khan Academy Lead [EB/OL].http：//www.edweek.org/ew/articles/2011/09/28/05khan_ep.h31.html，2012-08-15.

[16]薩爾曼·可汗.翻轉(zhuǎn)課堂的可汗學(xué)院[M].浙江：浙江人民出版社，2014：21-30.

[17]方黎明，葛春鵬，李明慧.現(xiàn)代特色密碼學(xué)課程體系建設(shè)研究[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（A0）：78-79.

[18]劉光軍.應(yīng)用型本科高校應(yīng)用密碼學(xué)課程教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容改革探索[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2018（09）：62-63.

[19]吳萬青.杜瑞忠基于網(wǎng)絡(luò)平臺的混合式教學(xué)法在密碼學(xué)教學(xué)中的效果評價(jià)[J].網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)報(bào)，2019，5（03）：96-101.

[20]唐環(huán)環(huán)，陳亞芳，徐曉雄，等.大規(guī)模在線課程教學(xué)設(shè)計(jì)質(zhì)量調(diào)查研究[J].中國教育信息化，2017（6）：1-7.

基金項(xiàng)目：陜西高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“新工科人才培養(yǎng)模式研究與探索”（編號：19BY012）;西北工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)編碼與密碼學(xué)課程教學(xué)改革探索”（編號：2018020）

作者簡介：周敏（1966-），女，漢族，浙江寧波人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向：數(shù)學(xué)與信息科學(xué);王莉芳（1965-），女，漢族，陜西西安人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，研究方向：管理科學(xué)與工程。