疫情期間密碼學基礎課程線上教學探究

郭宇燕，江明明，肖建于，孫 梅

（淮北師范大學 計算機科學與技術學院，安徽 淮北 235000）

0 引言

隨著網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡空間安全被提到國家安全戰(zhàn)略層面，信息安全技術的發(fā)展也受到愈來愈多的關注.近幾年，政府、國防、公安、銀行以及國家電網(wǎng)等領域?qū)Π踩瞬诺男枨蠹眲≡鲩L，信息安全專業(yè)人才卻相對稀少，加快信息安全專業(yè)特色人才的培養(yǎng)，是國家網(wǎng)絡空間安全建設的必然要求.信息安全是國家重點發(fā)展的新興綜合交叉學科，信息安全專業(yè)人才培養(yǎng)普遍存在教學內(nèi)容設置不當，實用性不強等問題.專業(yè)課教師需要不斷優(yōu)化課程體系，構建專業(yè)課程群，擴充教學內(nèi)容，強化實踐培訓，逐漸探索出一條具有專業(yè)特色的高素質(zhì)復合型人才培養(yǎng)之路.

2020 年初，新型冠狀肺炎疫情在全國迅速蔓延，根據(jù)疫情防控期間線上教學的要求，在“停課不停學”［1］的號召下，各高校紛紛開展線上教學工作，線上教學改革也成為研究熱點之一.薛成龍等［2］分析線上教學改革轉向，并給出諸多建議.杜娟等［3］對線上教學模式進行剖析，指出如何提升師生信息化應用能力的方法.付莊等［4］設計將會議授課、教學管理和在線仿真等工具相結合的多維互動線上教學法.趙立瑩等［5］提出高校線上教學效果評價及質(zhì)量保障體系等一系列建議.祁長興等［6］設計一個面向?qū)W生自主學習能力培養(yǎng)的線上教學模型，并驗證該教學模型的有效性.吳志紅等［7］將線下教學與線上教學方法相融合，以便提高學生的學習興趣，提升學生的學習思維能力.在線上教學效果分析方面，覃紅霞等［8］對師生進行調(diào)研，并為推動在線教學的可持續(xù)發(fā)展給出一些建議.宋志英等［9］對地方高校大學生線下線上學習投入情況進行分析比較，結果表明線上教學效果顯著.江清華［10］對高校線上教學效果的調(diào)查顯示，學生和教師對線上教學的評價總體上良好.

疫情改變傳統(tǒng)理論教學與實踐教學方式，全國大范圍開展線上教學活動，這在教育發(fā)展史上前所未見.信息安全專業(yè)課程如何重新進行線上教學設計，保證線上教學質(zhì)量，是信息安全相關教師面臨的主要挑戰(zhàn).

1 信息安全專業(yè)課程線上教學問題分析

線上教學方式新穎［11］，同時也保證課程教學的進度，但隨著課程的不斷推進，線上教學凸顯諸多問題，與傳統(tǒng)教學的質(zhì)量相比大打折扣.針對信息安全專業(yè)課程線上教學過程中存在的主要問題，具體分析如下：

1.1 教師不能隨時掌握學生當前的學習狀態(tài)，學生缺乏學習主動性

線上直播授課時，教師干預缺乏.教師無法獲知學生的上課狀態(tài)，教師雖然可以看到直播中的線上學生人數(shù)，卻不能獲取學生的動作表情等學習狀態(tài)，如學生走神，躺著聽課或者邊玩手機邊聽課.教師無法了解學生的知識掌握情況，也無法像傳統(tǒng)課堂教學那樣根據(jù)學生的上課反應調(diào)整講課節(jié)奏.學生容易在沒有教師約束的情況下產(chǎn)生惰性，自覺性以及主動性大大降低，這些情況都會對學生的學習效果帶來影響，降低學生的學習效率.同時由于教師與學生不能有效互動，從而缺乏對學生掌握新知識與動手實踐能力的了解.

1.2 實踐操作少

信息安全專業(yè)課程包含很多實踐部分.教師大多使用直播平臺或者錄播方式進行線上教學，授課內(nèi)容主要涉及理論知識，教師無法親自帶領學生實踐，因此對課程的實驗內(nèi)容涉及較少.實踐往往是學生較感興趣的部分，通過實踐學生可以更加深刻地掌握所學知識.信息安全專業(yè)教師不僅需要重視理論知識教學，更要重視實踐教學.學生只有真正動手進行實踐才能更好地掌握理論知識，教師在線上教學過程中需進一步探索實踐教學模式，著力培養(yǎng)學生的實際動手能力.

1.3 線上教學考核不完善

教學考核能考查學生的學習情況以及教師的教學效果.疫情期間，線上教育迅速崛起，但由于線上教學起步較晚，其考核方式相對不夠成熟.僅僅利用平時線上考勤以及期末考試相結合的考核方式則稍顯不足，既缺乏對學生線上表現(xiàn)的評估，又不能反映學生掌握有關知識點的情況，因此不能充分滿足疫情期間線上教學考核的要求，需要進一步研究線上教學考核新模式.

2 密碼學基礎課程線上教學改革措施

疫情進一步激發(fā)網(wǎng)絡線上教育的活力，促進教學、管理、學習和以及考核方式的全面改革.信息安全專業(yè)課程線上教學改革也亟需加強，密碼學基礎是我校信息安全專業(yè)開設的一門重要必修課，該課程包含54 個理論和16 個實驗學時，涉及計算機、數(shù)學和網(wǎng)絡等諸多學科，是一門理論性與實踐性較強的課程.專業(yè)教師需合理設計線上教學內(nèi)容，有效開展線上學習活動，使學生深刻領會密碼算法設計與分析的思想以及密碼產(chǎn)品的基本工作原理，著重培養(yǎng)學生的實踐能力.同時，教師應積極打造密碼學基礎線上教學“金課”，適當提升課程難度，擴展課程深度，大幅提高線上課程教學質(zhì)量.

2.1 打造線上教學“金課”

密碼學基礎線上課程建設要以“金課”建設為標準，體現(xiàn)“以學生發(fā)展為中心”理念［12］，充分發(fā)揮網(wǎng)絡教學的作用，合理利用線上教學平臺，巧妙設計教學流程，豐富教學方式，加強師生互動，逐步提升線上教學質(zhì)量.該課程教學設計包含課前、課中、課后3個方面，具體如下圖1所示：

1）課前.通過藍墨云班課平臺組織學生進行線上知識點小測試，通過測試結果分析學生對密碼學知識點的掌握情況，有針對性地設置后面教學的側重點.教師提前把課程相關視頻、課件、文檔、時政新聞以及最新科研進展等發(fā)布到教學平臺，學生可以登陸平臺自主學習.教師可以設置學習任務，細化學習要求，布置學生需要完成的任務點，督促學生自主學習.

2）課中.通過多種教學方法和手段進行線上教學，可以使用騰訊課堂、釘釘、學習通等平臺進行直播或錄播.課程中，先對課前測試中學生出錯多的題目進行重點講解，鞏固所學知識點.課堂教學可以設置線上問卷、討論、搶答等環(huán)節(jié)，如通過藍墨云班課的“搖一搖”功能隨機選定學生作答，引導學生積極參與課堂活動，充分調(diào)動學生的積極性和主動性.在教學過程中可以進行線上答疑、實時視頻、語音互動，讓學生體驗如同線下學習般的感覺.教師的監(jiān)督能給學生一定的壓力，使他們能更集中精力地聽課，更加自律.

3）課后.適當布置作業(yè)，作業(yè)是課堂的延續(xù)，能很好地鞏固知識點.課堂時間有限，教師需要更多地將學生的注意力引入到課后的思考與拓展中.除完成傳統(tǒng)教學布置的課后作業(yè)之外，可以讓學生通過網(wǎng)絡查閱資料，結合課堂學習的知識點，撰寫相關課程論文，這種方式可以讓學生在掌握課堂所學知識的同時，提升分析問題解決問題的能力.最后教師根據(jù)軟件平臺顯示的學生的出勤率、學習情況、測試結果和參與度等因素對學生進行全方位考核.

2.2 以工程教育認證為導向進行實踐教學

實踐是信息安全知識轉化為信息安全技能的主要途徑［13］.工程教育認證［14］明確給出計算機專業(yè)畢業(yè)生的能力要求，其中包括實踐動手能力和知識應用能力等.實踐教學是密碼學基礎課程教學的重要環(huán)節(jié)，能大大提升學生的信息安全專業(yè)技能.疫情改變實踐教學方式，教師無法面對面指導學生操作，很難把握學生實踐操作的效果，難以保證實踐教學的質(zhì)量.如何利用網(wǎng)絡平臺組織好線上實踐教學，是信息安全專業(yè)教師面臨的又一大挑戰(zhàn).

線上實踐教學可以參考線上理論教學的直播方式進行，兩者的關系如圖2所示.教師可以對密碼學算法的驗證、實現(xiàn)等操作邊講邊直播，課程結束后要求學生課后自主或分工協(xié)作完成實驗.同時教師可以借助信息安全實訓平臺開展教學，學生只需要使用自己的電腦一邊看直播，一邊登陸實訓平臺進行實驗.除此之外，教師可以嘗試項目式實踐教學方式，培養(yǎng)學生獲取知識、分析問題和解決問題的能力.學生通過網(wǎng)絡將自己或者小組完成的代碼、實驗報告和日志上傳到藍墨云班課等教學平臺.這種方式能讓學生及時鞏固所學內(nèi)容，從而激發(fā)學生的學習主動性.教師根據(jù)學生提交的代碼和日志分析評估學生的操作能力以及小組分工中的工作量.教師應充分踐行“以學生為中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進”這一內(nèi)涵理念，貫徹形成性評價機制，重視實踐教學，促使課堂教學的持續(xù)改進，以達到提高信息安全專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標.

圖2 線上理論教學與線上實踐教學的關系

2.3 課堂融入“課程思政”元素

教師在密碼學基礎課程線上教學過程中可以深度挖掘思政元素，培養(yǎng)學生的愛國之心、民族自豪感.線上教學形式多樣，借助互聯(lián)網(wǎng)，為思政教育服務，教學內(nèi)容可以融入社會熱點、焦點，運用鮮活的素材，對學生進行人生觀、世界觀、價值觀、責任感和職業(yè)道德等行為觀念方面的教育.授課教師應弘揚正能量，傳播主旋律，為專業(yè)課程添加思政素材，提升素質(zhì)教育水平，將學生培養(yǎng)成能為國家服務的棟梁之才.思政元素的挖掘可以從3個方面考慮：1）愛國主義等人文素質(zhì)教育.教師對學生進行愛國主義和民族自信心的教育，激發(fā)學生們的學習熱情，啟發(fā)學生的社會責任感，為祖國的繁榮貢獻自己的力量.2）科學思維方式的培養(yǎng).科學的思維方法對學生的學習有很大的幫助.教師引導學生善于思考，培養(yǎng)學生良好的行為習慣，建立健全的人格.鼓勵學生敢于挑戰(zhàn)，勇于創(chuàng)新，將信息安全知識應用于國民經(jīng)濟.3）引導正確的職業(yè)價值觀.教師對學生進行專業(yè)規(guī)范、專業(yè)倫理以及職業(yè)道德的教育，樹立學生正確的職業(yè)價值觀以及職業(yè)目標.

2.4 課程考核

考核是檢驗教學成果的主要手段，傳統(tǒng)教學僅對學生的出勤情況、理論考試、實驗報告等進行考核的方式已經(jīng)不適用于線上教學.教師可以根據(jù)平臺提供的出勤率、活躍度、注意力指標、章節(jié)測試、實踐能力等多個維度進行線上教學考核.線上考核注重過程考核，能夠全方位多元化地考查學生的綜合能力，主要分為理論考核和實驗考核.理論考核主要包括課前、課中和課后3個方面，課前主要考核點為出勤情況和自學情況，占比20%，課中考核點為課堂參與、主題討論、搶答環(huán)節(jié)以及學習互動，占比60%，課后考核點為章節(jié)測試、課后作業(yè)和課程論文，占比20%.實驗考核包括實踐操作、小組分工和課程報告，分別占比50%、25%、25%.理論考核具體分布如表1所示：

表1 線上理論考核成績分布

3 線上教學效果

密碼學基礎課程結束后，利用騰訊平臺組織2018級信息安全專業(yè)學生進行傳統(tǒng)教學與線上教學滿意度問卷調(diào)查，內(nèi)容主要涉及學習資源、教學方法和評價方式等幾個方面，比較結果如圖3所示：

圖3 傳統(tǒng)教學與線上教學滿意度調(diào)查

由圖3的調(diào)查結果看，線上教學在學習資源豐富、教學方式多樣化以及隨時隨地學習等方面的滿意度比傳統(tǒng)教學高，效果良好.線上教學將來會有很大的發(fā)展空間，團隊教師將充分利用線上教學的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)教學相融合，逐步改進教學模式以及完善課程改革，從而大幅度提高教學質(zhì)量.

4 結語

疫情催生線上教學新需求，為保證教學質(zhì)量，線上教學需重新設計教學過程.密碼學基礎是信息安全及相關專業(yè)開設的實踐性較強的專業(yè)課程，對課程的教學理念、模式以及技術方法進行教學改革，探索線上教學實踐方法，發(fā)掘思政元素，提高學生的學習積極性，努力打造線上課程“金課”，從而推動信息安全專業(yè)應用型人才的培養(yǎng).