鄔志紅 于義科 段喜龍

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

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

引言

翻轉(zhuǎn)課堂教學模式是2000年之后才興起的一種新的教學模式，傳統(tǒng)的教學模式中往往要求學生課前預習、課中聽講/實驗、課后進行復習鞏固，而翻轉(zhuǎn)課堂教學模式要求學生的課前預習必須更加深入，而不是傳統(tǒng)模式中的課前準備，由此，課中教師的講授知識過程就變?yōu)榻鉀Q學生在課前預習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，教學方式可采用教師講授、播放教學視頻、學生討論以及學生講解等多種模式，該過程即為“翻轉(zhuǎn)課堂”，師生之間的角色可以隨著教學進程的實際情況進行轉(zhuǎn)換。而傳統(tǒng)教學模式中的“課后復習”階段則提早到了課中學習階段，即學生對知識的“吸收內(nèi)化”階段在課中就已經(jīng)完成。

翻轉(zhuǎn)課堂教學模式可以大大提高學生的自主學習能力及學習興趣，也能提高教師的管理、組織教學等能力，但翻轉(zhuǎn)教學模式并不是適合每種課程，往往翻轉(zhuǎn)課堂教學模式更加適合理論內(nèi)容較難且需要理論指導實踐的課程，而“計算機密碼學”課程就是這種類型，本文以“計算機密碼學”課程為例，分析了“計算機密碼學”課程采用傳統(tǒng)教學模式教學過程中的不足，通過采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學模式，達到進一步提高學生學習興趣、提高教學效果的目的。

一、“計算機密碼學”課程現(xiàn)狀

“計算機密碼學”是計算機學相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)課。其主要教學目的為使得學生了解密碼學的一些基本概念，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、認證理論與技術(shù)、PKI技術(shù)等。

（一）課程理論與實驗教學的特點

1. “計算機密碼學”課程的理論教學具有很強的理論性，學生必須在掌握相關(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手段使得學生對課程內(nèi)容產(chǎn)生學習興趣，往往課堂教學教師會采用案例教學等教學方法。

2. 課程教學的實驗設(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、解密方法進行驗證性實驗，從而進一步理解密碼學相關(guān)知識。

3. 密碼學知識結(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前密碼學前沿知識與技術(shù)，并根據(jù)實際情況對教學內(nèi)容做進一步完善和優(yōu)化。因此，往往授課教師采用案例教學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，任課教師對于教學內(nèi)容的把握一般不會出現(xiàn)問題，但是在教學過程中如何使得學生能夠具體了解、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生而言往往是枯燥乏味的，這就導致了學生的學習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習方法，這就使得本門課程的教學效果大打折扣。

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。為了使得學生能夠更好地掌握密碼學知識，往往要求學生在理解了密碼學理論的基礎(chǔ)上，采用編程實踐的方式對密碼學理論進行驗證，但這兩個環(huán)節(jié)對學生來講難度都偏高，學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，對于密碼學的前沿知識內(nèi)容的介紹偏少，這就造成了學生對業(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)課堂的教學設(shè)計

（一）教學環(huán)境設(shè)計

翻轉(zhuǎn)課堂的實施必須對教學環(huán)境進行相應(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)教學的過程管理，本文使用了超星學習通平臺，基本能夠滿足翻轉(zhuǎn)課堂的教學環(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，使得學生可以隨時進行討論、商討遇到的問題，教師也可以深入到學生當中，使得學生與教師的聯(lián)系更加緊密、順暢。

（二）教學方法設(shè)計

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

1. 始終貫徹“以學生為中心”的教學理念。在課堂教學過程中，務(wù)必使得學生有足夠的自主權(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方法，這就要求學生在課前必須能夠發(fā)揮學習的主動性，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”的教學方法。因此在教學過程中必須采用分組的形式，鼓勵團隊合作，使得學生在掌握課程內(nèi)容的同時，學會團隊合作、群策群力的互助精神。

3. 給予學生充足的教學資源和時間。在課前，必須給學生提供足夠的自學資源，例如課程網(wǎng)站、教學視頻、PPT、微課、慕課等，此外，還必須給予學生充足的時間去了解問題，發(fā)現(xiàn)問題，然后在課中在團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）教學內(nèi)容設(shè)計

教學環(huán)境設(shè)計以及教學方法設(shè)計均是為了讓學生能夠更好地掌握教學內(nèi)容，因此教學內(nèi)容的設(shè)計是教學改革的重點。根據(jù)密碼學課程的特點，將教學內(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生自主學習完成，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)過團隊討論以及教師的輔導才能基本掌握。

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活動提供了一種更加有效的教學手段，同時使得學生也能夠從翻轉(zhuǎn)課堂的教學活動中提高學習興趣，并提高學生主動學習、團隊合作的意識。此外，教師也可以摒棄單純講解課堂知識的教學方法，轉(zhuǎn)而利用各種豐富的教學資源、教學環(huán)境更好地組織教學活動，由此達到提高教學效果的目的。

參考文獻

[1] 朱文焌，張恩，范海博.翻轉(zhuǎn)課堂在信息技術(shù)課程教學中的應(yīng)用研究[J].教育教學論壇，2016（36）：264-265.

[2] 張恩，王歲花，代麗萍.翻轉(zhuǎn)課堂在密碼學課程教學中的應(yīng)用案例[J].計算機教育，2016（07）：64-67.

[3] 李燕君.翻轉(zhuǎn)課堂模式下的計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學[J].計算機教育，2014（20）：18-22.

[4] 劉冬，李胃勝.地方高校翻轉(zhuǎn)課堂教學模式探析[J].高教學刊，2018（20）：110-113.

課題資助：

南昌航空大學校級教改課題，課題編號：JY1624

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

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