翻轉(zhuǎn)課堂在信息技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

朱文焌 張恩 范海博

摘要：翻轉(zhuǎn)課堂是一種以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的新型教學(xué)模式。與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，翻轉(zhuǎn)課堂能促使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)渡到主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的思維水平。本文以信息技術(shù)課程為例，在研究和分析傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，提出基于“安全兩方計(jì)算”的信息技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式，并概括出適用于信息技術(shù)課程教學(xué)的具體實(shí)施方案，為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)提供了新思路。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂;信息技術(shù);安全兩方計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）36-0264-02

一、引言

翻轉(zhuǎn)課堂作為多媒體技術(shù)與學(xué)習(xí)理論深度融合的典范，近些年來(lái)成為教育改革的熱點(diǎn)[1]。僅以學(xué)生成績(jī)作為評(píng)價(jià)教師教學(xué)水平的傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)教學(xué)需求，而翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)。教師由知識(shí)的灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)的協(xié)助者，學(xué)生由知識(shí)的消費(fèi)者變?yōu)橹R(shí)的生產(chǎn)者。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息安全成為了國(guó)家穩(wěn)定的重要支撐。密碼學(xué)作為信息技術(shù)的必修課程，為信息安全提供了豐富的理論知識(shí)和具體的應(yīng)用實(shí)踐。該課程具有理論性強(qiáng)、涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算等特點(diǎn)，導(dǎo)致教師講得費(fèi)力，學(xué)生學(xué)得吃力[2]。如何在信息技術(shù)課程教學(xué)中改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的角色，成為了國(guó)內(nèi)外教育工作者亟待解決的課題。

安全兩方計(jì)算是密碼學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，其源于Yao提出的百萬(wàn)富翁問(wèn)題，是安全多方計(jì)算的基礎(chǔ)和特例，有著重要的理論價(jià)值和廣泛的應(yīng)用價(jià)值[3]。本文以安全兩方計(jì)算為例，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的特點(diǎn)，歸納出適合信息技術(shù)課程教學(xué)的實(shí)施方案。

二、基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式分析

翻轉(zhuǎn)課堂又名顛倒課堂或者反轉(zhuǎn)課堂，是指在信息化的環(huán)境中，教師課前給學(xué)生提供視頻形式的教學(xué)資源，學(xué)生在課前對(duì)教學(xué)視頻等資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，課上教師對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性解答、學(xué)生之間進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)模式[4]。

翻轉(zhuǎn)課堂起源于美國(guó)科羅拉多州落基山的“林地公園高中”。為了給缺課的學(xué)生補(bǔ)課，2007年，該校化學(xué)教師Aaron Sams等人開(kāi)始使用錄屏軟件錄制演示文稿的播放和講課聲音，同時(shí)將視頻上傳到網(wǎng)絡(luò)供學(xué)生學(xué)習(xí)[5]。2011年，自從可汗學(xué)院的創(chuàng)辦人Salman Khan在TED上錄制了演講《用視頻再造教育》后，引發(fā)了大眾對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂關(guān)切的熱潮[6]。特別是近些年，翻轉(zhuǎn)課堂逐漸受到廣大教師和同學(xué)的青睞，成為國(guó)內(nèi)外教育界關(guān)注的新型教學(xué)方法。

三、基于翻轉(zhuǎn)課堂的信息技術(shù)實(shí)施方案設(shè)計(jì)

安全兩方計(jì)算是安全多方計(jì)算的特例與基礎(chǔ)，起源于Yao[7]提出的百萬(wàn)富翁問(wèn)題：兩個(gè)百萬(wàn)富翁Alice和Bob想在不泄露各自財(cái)產(chǎn)的情況下，比較誰(shuí)擁有較多的財(cái)產(chǎn)。將其形式化為數(shù)學(xué)模型：P、P分別擁有私有數(shù)據(jù)m和n，在不泄漏隱私數(shù)據(jù)m、n的前提下，共同計(jì)算功能函數(shù)f（m，n），若f（m，n）=1，則m>n，反之m≤n。Yao給出了解決百萬(wàn)富翁問(wèn)題的方案，但是必須滿足雙方都是誠(chéng)實(shí)的情況下才有實(shí)際意義。

準(zhǔn)備階段教師負(fù)責(zé)教學(xué)視頻的制作，然后上傳到網(wǎng)絡(luò)供學(xué)生下載學(xué)習(xí)。實(shí)踐階段分為五部分：（1）情境引入;（2）教師設(shè)置問(wèn)題;（3）自主探究與分組學(xué)習(xí);（4）成果展示;（5）知識(shí)綜述，總結(jié)歸納。反饋階段學(xué)生自主拓展安全兩方計(jì)算的相關(guān)知識(shí)，通過(guò)課后練習(xí)對(duì)課堂學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢測(cè)，并反饋給教師。優(yōu)化階段是教師對(duì)原有教學(xué)方案的反思以及對(duì)教學(xué)資源的優(yōu)化。具體方案見(jiàn)3.1～3.4部分所示。

（一）準(zhǔn)備階段

1.教學(xué)視頻的制作和觀看。由于視頻資源具有直觀、形象的特點(diǎn)，本文采用視頻形式進(jìn)行教學(xué)。視頻內(nèi)容要涵蓋本節(jié)知識(shí)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，并且短小精悍。學(xué)生可自主選擇視頻播放的速度和次數(shù)，教學(xué)視頻主要內(nèi)容如下。

情境再現(xiàn)：假設(shè)Alice擁有隱私數(shù)據(jù)m，Bob擁有隱私數(shù)據(jù)n，Alice和Bob想知道m(xù)≤n還是m>n，但是都不想讓對(duì)方知道自己的隱私數(shù)據(jù)。假定m和n的取值范圍為1≤m，n≤100。

實(shí)施方案：已知Bob有一對(duì)公私鑰對(duì)V/S。Yao最初提出的解決協(xié)議如下。

（1）Alice選取一個(gè)較大的隨機(jī)數(shù)R，用Bob的公鑰V加密R得到C=V（R），Alice計(jì)算C-m，并把計(jì)算結(jié)果發(fā)送給Bob。

（2）Bob計(jì)算表達(dá)式Y(jié)=S（C-m+w），1≤w≤100，這樣只有當(dāng)w=m時(shí)，Y=R。然后選擇一個(gè)大素?cái)?shù)Q

（3）Bob將數(shù)列Z，Z，…，Z，Z+1，Z+1，…，Z+1，Q發(fā)給Alice。

（4）Alice驗(yàn)證該數(shù)列的第m個(gè)數(shù)Z≡RmodQ是否成立。若成立，則m≤n，否則m>n。

（5）Alice把結(jié)果告訴Bob。

2.課前習(xí)題探究。學(xué)生觀看教學(xué)視頻后，針對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，與其他同學(xué)交流或者查閱文獻(xiàn)自主探究解決，同時(shí)要進(jìn)行課前學(xué)習(xí)效果測(cè)試，并反饋給教師。教師根據(jù)學(xué)生反映的情況，在課堂上設(shè)置相關(guān)問(wèn)題促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用。

（二）實(shí)踐階段

1.知識(shí)情境的引入。該方案以安全求和問(wèn)題為情境，引入安全兩方計(jì)算。情境引入是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和好奇心的關(guān)鍵，該階段教師初步調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性[8]。為了讓學(xué)生更好地理解安全多方計(jì)算，以安全求和計(jì)算為例說(shuō)明，參與者P、P分別擁有數(shù)r、r，在不泄露自己信息的前提下，共同計(jì)算r與r的和，最終每個(gè)參與者都能得到求和結(jié)果。

2.教師設(shè)置討論問(wèn)題。教師根據(jù)課前反饋的情況設(shè)置課堂問(wèn)題，諸如：Alice在Bob前知道計(jì)算結(jié)果，這樣的方案公平嗎？每3～5名學(xué)生組成一個(gè)討論小組，每組選出一名組長(zhǎng)，以協(xié)調(diào)本組成員討論和發(fā)言。

3.自主探究與分組學(xué)習(xí)。自主探究是國(guó)內(nèi)外教育工作者提倡的學(xué)習(xí)方式，也是學(xué)生應(yīng)該具備的重要素養(yǎng)。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，有利于養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。分組學(xué)習(xí)為學(xué)生提供了較為輕松、自主的學(xué)習(xí)氛圍，促進(jìn)學(xué)生成績(jī)的提高，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和交際能力。

4.成果展示。學(xué)生在完成自主探究與分組學(xué)習(xí)以后，每組選出一名匯報(bào)人進(jìn)行成果展示。匯報(bào)人需要詳細(xì)介紹問(wèn)題的解決思路，接受教師和同學(xué)們的提問(wèn)。通過(guò)這種形式的展演，實(shí)現(xiàn)了思維上的互動(dòng)，促進(jìn)了知識(shí)的深層內(nèi)化。

成果講演：百萬(wàn)富翁問(wèn)題解決方案的公平性。Alice比Bob早知道計(jì)算結(jié)果是不公平的。在現(xiàn)實(shí)生活中，個(gè)體或者企業(yè)之間資產(chǎn)比較的結(jié)果具有一定程度上的商業(yè)價(jià)值，如在競(jìng)標(biāo)或者商業(yè)談判過(guò)程中，參與比較的一方先知道結(jié)果，就會(huì)更具優(yōu)勢(shì)。

5.知識(shí)綜述與總結(jié)歸納。教師對(duì)展演中存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，講解存在的知識(shí)誤區(qū)，并引導(dǎo)學(xué)生正確理解。將翻轉(zhuǎn)課堂的理念引入到信息技術(shù)課程中，增加課程的趣味性，使教師從傳統(tǒng)的教學(xué)模式中解放出來(lái)。教師以學(xué)生的反饋和評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，不斷地優(yōu)化教學(xué)資源和教學(xué)方案。

（三）反饋階段

學(xué)生利用課后時(shí)間對(duì)課堂學(xué)習(xí)效果進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)結(jié)果分析自身存在的問(wèn)題，通過(guò)查閱信息技術(shù)課程相關(guān)文獻(xiàn)解決問(wèn)題，然后將情況反饋給教師。反饋信息為完善教學(xué)方案提供了依據(jù)，有利于教師改進(jìn)出更加高效的信息技術(shù)課程教學(xué)方式。

（四）優(yōu)化階段

教師根據(jù)學(xué)生提出的意見(jiàn)評(píng)估教學(xué)方案，并對(duì)教學(xué)方式進(jìn)行合理的調(diào)整。例如，課前教學(xué)視頻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可以通過(guò)優(yōu)化教學(xué)資源和方案的途徑解決。教師在不斷進(jìn)行教學(xué)方案優(yōu)化的同時(shí)，定期整理教學(xué)心得，有利于設(shè)計(jì)出適合信息技術(shù)課堂更高效的實(shí)施方案。

四、結(jié)語(yǔ)

將翻轉(zhuǎn)課堂引入到信息技術(shù)課程的教學(xué)中，有效地培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)信息技術(shù)課程的興趣，提高了學(xué)生課堂上的學(xué)習(xí)效率。學(xué)生通過(guò)課前對(duì)課程資源的學(xué)習(xí)，自主研究和解決信息技術(shù)課程相關(guān)問(wèn)題，鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)踐動(dòng)手的能力。教師把時(shí)間與精力投入到互動(dòng)教學(xué)環(huán)節(jié)中去，有利于個(gè)性化教學(xué)模式的形成，使教師成為學(xué)生信息技術(shù)課程知識(shí)體系的推進(jìn)者。

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