本科院校《現代密碼學基礎》教學改革新探索

摘 要：以本科院?！冬F代密碼學基礎》教學過程中存在的問題為出發點，針對現代密碼學在傳統教學模式下存在的一些現象進行剖析，并結合較長時間的教學實踐與本校學生的實際情況，提出現代密碼學在教學中應當注意的主要問題和解決方法，從而促進《現代密碼學基礎》教學質量的提高。

關鍵詞：現代密碼學；教學改革；探索

現代密碼學是一門研究密碼編制、密碼分析和密鑰管理等內容的綜合性應用科學，是信息安全的基礎和核心。自2001年以來，國內已有50多所高等院校建立了信息安全本科專業，部分院校還設立了信息安全相關專業的碩士點、博士點。河南農業大學在2006年面向信息安全專業開設了《現代密碼學基礎》必修課程，由于該課程廣泛涉及語言學、數學、電子學、聲學、信息論、計算機科學等諸多學科，尤其對學生的數學基礎知識要求較高，學生在學習過程中感覺知識面廣、交叉性強，有畏難情緒。

在教學過程中激發學生對現代密碼學課程的學習興趣，提高學生的學習積極性，培養學生的創新思維與自學能力，這對實現本科院校的人才培養目標有著重要意義。那么如何根據學生的現狀和社會需求的發展變化，對《現代密碼學基礎》課程的教學內容、教學方法、考核方式等進行相應的改革，實現培養應用型人才目標，是該課程教學改革與實踐研究的重點。筆者在教學實踐中，對《現代密碼學基礎》的教學方法不斷地研究和改革，在不同的教學環節上，針對不同的教學內容，采用了多種多樣的教學方法進行教學，有效地提高了教學質量，取得了良好的教學效果。

一、剖析現代密碼學課程教學過程中存在的問題

1.教學設計方面

在《現代密碼學基礎》的教學過程中，很多學生在學習相對簡單的知識時，還能主動動腦、動手練習。隨著知識難度的增加，學生普遍感到學起來很吃力，部分學生甚至要放棄。在整個教學過程中，學生普遍反映，教師上課所講的案例都聽得懂，一旦要自己真正上機編寫，卻無從下手。在這種教學中，片面地突出教師的主導作用，而忽視了學生的能動作用；片面地強調知識的傳授，而壓抑了學生創新能力；片面培養“知識型”的學生，而忽略了培養“創新型”的人才。這些問題的存在導致了難以激發學生的學習興趣與求知欲，難以深層次培養學生的創新能力、分析問題和解決問題的能力。

2.教學模式方面

傳統的現代密碼學教學模式通常是“講授+實驗”，較少從學生角度考慮教學，使學生在學習密碼算法的過程中總是面對冰冷的程序代碼和頭痛的算法設計，學生編寫程序和上機調試覺得枯燥無味。這種情況不利于挖掘學生的學習潛能，導致學生不能融會貫通所學知識并將其應用于信息安全實踐。

3.教學實訓方面

目前現代密碼學實訓教學中還普遍存在以下三個問題。

（1）陳舊的傳統實驗項目，學生的積極性得不到調動。

（2）學生能夠從新媒體等多種渠道找到成熟的案例，不能做到真正自主設計開發，不能達到綜合實驗的要求。

（3）組織有課外學習興趣的學生參加提升能力的課外活動少。例如，參加全國大學生信息安全競賽、邀請信息安全專業公司走進課堂、聯系物聯網安全、云計算安全和網絡計算安全問題的研究等，組織學生參與這種理論聯系實際較強的活動已迫在眉睫。

4.課程考核方面

在考核方式方面，以往的《現代密碼學基礎》主要以筆試考核為主，操作實驗考核為輔，甚至完全忽略操作實驗考核，形成了一種片面的應試教育。一些本科院校，按一定比例也將實驗考核作為了期末總成績的影響因素，但是，實驗前準備工作不充分導致實驗結果不理想，這就直接影響實驗考核的效果，不利于鍛煉學生們動手能力、應用和創新能力，不利于提高教學質量。

二、現代密碼學教學過程中的改革探索

1.教學設計的改革

本課程教學設計，力求給學生更多自主探索的空間，為學生營造寬松和諧氛圍，讓他們學得更主動、更輕松；力求在探索知識的過程中，培養學生的實踐能力、創造能力、協同合作能力，鼓勵學生勇于表達自己的觀點，最大限度地挖掘學生學習的積極性、主動性和創新性，達成教學目標。在每一節課中，應該以教什么，怎么教，為什么這樣教為教學思路，分別從教材分析、學情分析、教學設計、教法設計、學法指導等方面來設計這一堂課，以理論教學為引導，以課堂實驗和習題為手段極大地調動學生開動腦筋思考的主觀能動性，避免填鴨式的教學。

2.教學模式的改革

在教學模式的改革中，可以采用以下三個方法。

（1）從興趣入手：主講教師采用多媒體展示PPT、Flash、視頻、錄音等生活中的密碼學問題，如雙十一網上瘋狂購物，那么個人的信息在消費時有無安全保障，以這個問題作為切入點導入密碼學中的真實性、完整性、保密性、可用性和不可否認性等術語，由具體場景來展示抽象化的專業術語，方便學生理解和接受。

（2）案例導航：在授課中準備多個緊跟時代發展的典型案例，通過讓學生討論或課外思考這些典型案例，使學生能夠更多地解決實際問題。例如，聯系到2013年6月“棱鏡門”事件，從歐洲到拉美，從傳統盟友到合作伙伴，從國家元首通話到日常會議記錄，美國驚人規模的海外監聽計劃在前中情局雇員愛德華·斯諾登的揭露下，有引發美國外交地震的趨勢。這樣重大的信息安全事件的發生使學生真正體會到密碼學在現實社會中重要性。

（3）利用開源軟件和API輔助教學：在教學過程中注重培養學生解決實際問題的能力。在講授密碼算法時，主講教師可以利用開源軟件來輔助教學。譬如在學生自己動手的實驗中使用Matlab、Java、C#或VC實現DES、AES、OAEP-RSA、RC4，考查學生的創新能力。

3.教學實訓的改革

（1）融會貫通，學以致用，加強學生動手能力。密碼學課程有很強的實踐性，以演示實驗、操作實驗、代碼實驗、自主實驗為依托完成一個個具體的課題項目，培養學生的動手能力，使學生在理解算法原理的基礎上能夠進行程序設計并根據實際問題進行綜合設計。

（2）聯系實際，探索創新提高學生實驗實踐能力?！冬F代密碼學基礎》是一門緊密聯系現實生活的學科。為了便于學生理解、掌握、運用基礎知識，培養學生動手能力與創新實踐能力，本課程實踐教學包括三個環節：教學大綱內實踐環節、第二課堂實踐環節和校外實踐環節。

4.課程考核改革

鑒于現代密碼學課程涵蓋內容廣泛，涉及的技術更新速度迅速的特點，采用如下幾個部分來改革課程考核：平時作業+課堂表現（15%），上機實踐（35%），撰寫小論文或科研報告（15%），期末考試（35%）。通過此種方法全方位綜合考查學生的學習水平，從而提升學生的整體素質。

三、結束語

筆者針對本科院?，F代密碼學課程的特點，結合河南農業大學信息安全專業教學的實際，探討了教學設計、教學模式、教學實訓、課程考核等幾個方面的改革嘗試，并將以上幾個方面應用到本校《現代密碼學基礎》課程的實際教學中，取得了良好的教學效果，以期為同行在該課程教學過程中提供一些參考。

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責編：高 山