SMTM教學模式在信息與網絡安全課程上的研究與實踐

　　摘要：針對信息與網絡安全課程存在難教和難學等狀況，在分析本學科特點、知識重點難點和學生特點的基礎上，本文提出構建一種新的立體化、多層次化教學模式(SMTM)的創新性觀點，結合哈爾濱師范大學計算機科學與信息工程學院推進教學改革的實際，在信息與網絡安全課程方面取得了將科研與教學相結合、重點突出實踐能力與應用型人才培養的探索性成果。
　　關鍵詞：SMTM教學模式；協作學習；立體化教材
　　文章編號：1672-5913(2010)08-0100-04
　　中圖分類號：G642
　　文獻標識碼：A
　　
　　隨著互聯網中信息安全事件不斷地出現，信息安全也越來越受到人們的關注。信息與網絡安全課程是高校信息安全專業中實踐性較強的一門必修課，也是其他計算機專業的選修課。設置該課程旨在讓學生建立信息安全的重要觀念，掌握信息與網絡安全的必備知識，讓學生在設計、開發、使用軟件及計算機日常的維護中，牢牢樹立“安全問題無處不在”的觀念。但由于本門課程難度大、知識范圍廣等特點，造成本門課程在實際教學中枯燥、乏味、抽象、難理解等現象。因此，探索出該門課程的成功教學模式成為一個重要研究課題。本文根據該課程的特點及知識層次，提出一種新的立體化、多層次化的教學模式(Steric Multi-level Teaching Model，SMTM)。經實際教學檢驗，效果明顯優于傳統教學模式，受到師生的好評。
　　
　　1　總體思想及模塊功能構成
　　
　　SMTM教學模式的主體思想是通過教學的立體化、多層次化的結構將本門課程內容以多方式、多感觀地傳授給學生，充分挖掘學生的潛力，提高學生的獨立解決問題的能力、培養學生的創新精神和學術科研素質。其總體思想及操作模塊如圖1所示。
　　
　　
　　1，1五個模塊
　　SMTM主要有五個操作部分組成：學、練、研、討和復；每個部分又同時以思、問和協作為基礎，貫穿整個教學過程。教師在每個環節中布置一些具有代表作用的習題或思考題，要少而精。現在，分別對各個操作模塊進行簡要說明。
　　(1)“學”模塊。在此模塊中，重要的一個問題是：學什么?如何學?筆者認為，學生的“學”應放在必要的關鍵性知識點、基本且重要的概念和理論上。而學的素材可以是教材、教輔、課件網站等，由教師和學生共同來完成課程內容的傳授。教材在傳統教材基礎上，要增加網絡教材和立體化教材，要以多感觀的形式讓學生快速學習和掌握知識要點。
　　對于教學中的內容，如果學生能夠自學的就讓學生自學，教師只講解重點和關鍵部分，要與學生“學”的進度配合起來；同時，要根據知識難度劃分層次，以便于更好的實施本模式教學。這樣，不僅提高學生自主學習的能力，同時將在“教”上節省的時間分配到后面有關的實踐環節中。
　　(2)“練”模塊。“練”是“學”的促進、消化和吸收，通過實驗、仿真等手段來練。這一過程做的好壞直接影響著教學質量。本模式中對于練的實施，主要在硬件平臺上開展，讓學生先完成基本實驗，然后使用相關的仿真軟件，如Boson NetSim、HW-RouteSim、Bos rsim以及抓包工具等；同時，將科研上的一些問題融入到“練”中，培養學生認真鉆研的精神和一絲不茍的學術作風。對于信息與網絡安全課程而言，必須通過學生的實驗，學生才會真正理解所學的內容。
　　
　　(3)“研”模塊。“研”是學生提高水平的重要階段，該階段能夠培養學生堅韌不拔的科研精神。對于理論及實驗上的難點，只要有不明白之處，可以小組為單位進行研究或師生共同探討和解決。一般情況下，此過程研究的問題基本都是課程中的難點，或者是學生在學習過程中普遍遇到的障礙。對于這些障礙，即使學生們在實驗上做完了，但仍然會存在理解不夠深刻的現象。
　　教師要經常給予學生鼓勵和指導，激發學生對科研攻關的興趣和培養學生的自信。此階段的題目要小而專，切忌不可大而深，要讓學生能夠體會到“成功感”，增強學生的自信，并讓學生在成功和喜悅中學習。
　　(4)“討”模塊。“討”是學生發揮群體智慧來解決問題的途徑之一，也是發表不同見解的場合。對于同一問題的不同解法，學生們會提出不同的解決方案和見解，能夠充分調動學生的積極性、挖掘學生的創造力和想象力。對于存在爭議之處，不妨以學術會議的方式組織小組進行討論，讓學生充分表達自己的見解，對于有獨到創新之處的同學的要及時給予肯定和表揚；對于雖有新觀點和思想，但存在理論上或實踐上的一些錯誤的同學，也要給予鼓勵和修正。在計算機領域中，有很多成功產品的靈感來自于看起來有些荒誕不經的設想。所以，在計算機這個學科中，只要人能夠想到的，在條件和技術成熟的情況下，這些產品最后都會開發出來。所以，要在討論中鼓勵那些產生很多好的、新想法的同學。
　　
　　(5)“復”模塊。“復”是學生鞏固知識的必要手段，是不失時機地對所學的知識進行總結的過程。及時復習能夠讓學生深刻理解和扎實掌握所學的知識，如果學生能夠總結出一個思路清晰、邏輯嚴謹的報告或操作清單，說明學生已真正掌握了所學的內容。如果沒有這個過程，學生即使完成了任務，有許多新的收獲，但對于知識的掌握無法主動整理出清晰的脈絡。因此，對于新做的實驗、新學習的理論知識，學生要及時做好總結和歸納。此外，學生的“復習”要具有概括性和綱要性。
　　
　　1，2三個重要的要素
　　盡管上述五個模塊能夠很好完成教學任務，但在每個模塊的實施過程中，以下的三個核心要素不容忽視：
　　(1)“思”為五個模塊的基本基礎。思考的重要性人人皆知，但精要問題的提出和設置，能夠令學生的思維更加活躍和富有創造性。
　　(2)“問”是對知識的理解和升華。不僅要“問”，而且要會“問”。只有在“問”的過程中，才會深刻地理解問題。如果學生能夠提出一個好的“問題”，說明學生已深深地喜歡上本門課程，并對此產生濃厚的研究興趣。
　　(3)“協作”是提高效率和培養合作精神的前提。協作學習(collaborative Learning，CL)是一種以小組或小團隊的形式，組織學生協同合作完成某種既定學習任務的教學方式。在信息與網絡安全課程的協作學習中，要求學生相互配合，共同完成實驗，甚至可以通過網絡來完成協作過程。
　　通過網絡來完成協作學習，具有不受時間和空間的限制、高交互性和高靈活性等特點，而且豐富的網絡資源能夠讓學生在充當任務內的角色外，還可充當其他角色，全而展現問題的情景，促進學生思維和發現探索能力的提高。
　　
　　1，3SMTM與傳統教學的區別
　　SMTM教學模式的核心是充分培養學生的自主學習能力、創新能力和科研意識，突破傳統教學中的束縛，充分挖掘學生的潛力。SMTM教學模式與傳統教學模式相比，具有很多不同點，其區別如圖2所示。
　　在SMTM模式中，教師的授課時間被壓縮，要求教師將課程內容的主要知識脈絡及結構清晰地介紹給學生，并讓學生初步理解本課程的整體思路及關鍵所在。然后，教師采取任務驅動方式輔導學生做好實踐環節，任務要具有代表性和一定難度，各個任務合在一起要能夠在知識范圍上覆蓋本門課程的主體內容。
　　在小組協作、研討及總結復習中，以學生為主體，教師可以不參與或少參與。當教師在必要情況下參與研討時，一方面能夠使學生的討論沿著一個正確的方向進行，另一方面引導學生的討論沿著學術方向發展。在討論中產生的新思想、新方法都可以回到小組協作環節中去實踐和證明。
　　
　　2　SMTM在信息與網絡安全課程上的實踐
　　
　　通過在信息與網絡安全課程上實施本方案，檢驗SMTM的實際教學效果，教學內容上選取學生普通難以接受的難點和重點，搭建學習平臺、開發所用的素材，使之能夠按SMTM進行操作執行。
　　
　　2，1軟硬件資源
　　為實施SMTM模式在本課程上的改革和實踐，須配備必要的硬件及軟件資源，現以小組為單位組建局域網，每組配備5臺計算機、1臺三層交換機和1臺路由器，各組直接接入校園網，共設4組。此外，將所需要的共享資源集中放在一臺服務器中，如防火墻軟件及防病毒軟件、仿真軟件、網絡嗅探、包分析工具和VMWare等。在此基礎上，要求學生使用Visual c++來編程實現簡單的網絡通信等軟件，以此加強學生對安全防范的理解。
　　
　　2，2教學平臺的建設
　　由于學時的壓縮，有些內容需要學生通過自學來完成。在實踐中，利用開放源代碼的Sakai建立了本課程的立體化網站；同時，建立師生互動平臺，加強師生之間的學術交流。
　　將學生以每5人為一組，設立組長(由具有一定組織能力、學術能力和研究精神的學生來擔任)，制訂計劃并記錄重要內容，其日志也存儲在所建的Sakai平臺中，供大家查詢、交流和合作，提高學習效率。
　　
　　2，3成績評價
　　本門課程原有理論學時32學時，現壓縮為20理論學時，另外12學時增加到實驗部分。在學習過程中，教師通過現場或網絡平臺來管理學生的學習情況、設計探究學習內容，將教學難點和重點融入其中，提高教學效果。當教學模式發生改變時，學生課程成績的評價也要做相應的調整。本門課程中筆試成績占30％，小組任務占30％，研討占20％，總結占10％，平時表現占10％。經過調整后，突破目前絕大多數課程的僅根據筆試及平時表現來決定學生最終成績的現狀，積極促進學生對各個環節的參與和努力，真正達到以培養應用能力為主的效果。
　　
　　2，4效果分析
　　經過教學模式的改變后，學生對此門課程的主動學習能力增強了，興趣度也大大提高了。據學生測評反映，學生對內容理解普遍強于傳統模式，能夠將理論與實踐結合起來，自覺地開展了研究式學習；尤其是在研討中，學生們積極發言及切身經驗交流的高漲熱情，大大超出預料程度。為了能夠正確評價采用本教學模式前后的教學效果，現從以下幾方面進行分析，如表1所示。
　　從表1中可以看出，新的教學模式對學生的可接受程度是很大的，對學生的能力培養效果也是顯著的。
　　
　　3　SMTM模式的實際意義
　　
　　本文所提出的SMTM教學模式是一種適合專業教學實際需要的應用型人才培養模式。該模式可以充分調動學生的主觀能動性，培養學生的自學能力、嚴謹的科研精神、高素質的創新意識及創新能力；此外，還可以鍛煉學生的合作能力和實踐能力，并培養其實是求事的態度。學生在實踐過程中也會強烈感受到成功感和自信感，對學生健康心理的成長也是大有裨益的。
　　
　　4　結語
　　
　　本文提出的SMTM教學模式可以大大提高學生對信息與網絡安全課程的可接受度，降低了本門課程的授課難度，實現了學生的能力鍛煉和創新思維及意識的培養。此外，本模式將教學與科研能力培養相融合，彰顯學科建設優勢。本研究的下一步任務是加深對本教學模式的應用研究和質量評價，并將該模式逐步推廣到其他課程的教學中