翻轉課堂在《計算機密碼學》課程中的應用研究

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，分析了傳統教學模式下課程教學中存在的問題，給出了采用翻轉課堂教學模式的教學設計。

【關鍵詞】計算機密碼學 翻轉課堂 教學設計

引言

翻轉課堂教學模式是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，而不是傳統模式中的課前準備，由此，課中教師的講授知識過程就變為解決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容講解均針對解決問題而設定，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換。而傳統教學模式中的“課后復習”階段則提早到了課中學習階段，即學生對知識的“吸收內化”階段在課中就已經完成。

翻轉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，但翻轉教學模式并不是適合每種課程，往往翻轉課堂教學模式更加適合理論內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”課程采用傳統教學模式教學過程中的不足，通過采用“翻轉課堂”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”課程現狀

“計算機密碼學”是計算機學相關專業的一門專業課。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字簽名算法和安全性分析等內容，例如分組加密、流加密、公鑰加密、數字簽名、哈希函數、身份識別、認證理論與技術、PKI技術等。

（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安全知識的基礎上了解或掌握相關的密碼知識，因此，課程必須采用多種教學手段使得學生對課程內容產生學習興趣，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安全知識的基礎上，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知識。

3. 密碼學知識結構隨著科技的發展一直在發生變化，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，并根據實際情況對教學內容做進一步完善和優化。因此，往往授課教師采用案例教學的方式解決密碼相關理論、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容的把握一般不會出現問題，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、身份認證與數字簽名等內容時，由于理論性較強、難度偏大，采用傳統的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課程，但在實踐環節往往會出現理論與實踐脫節的情況。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，但這兩個環節對學生來講難度都偏高，學生要么懂理論不懂應用，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容的介紹偏少，這就造成了學生對業界最新的發展趨勢和發展技術的了解較少。

二、基于翻轉課堂的教學設計

（一）教學環境設計

翻轉課堂的實施必須對教學環境進行相應的改善，具體要求如下：

1. 采用現代化的信息化手段，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一的信息平臺以實現教學的過程管理，本文使用了超星學習通平臺，基本能夠滿足翻轉課堂的教學環境要求。

2. 翻轉課堂的教室環境不能采取傳統的教室布局，必須對教室的桌椅、計算機進行重新布局設計，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系更加緊密、順暢。

（二）教學方法設計

根據課程的實際情況，進行翻轉課堂的教學方法設計，本文總結了幾個實施的要點：

1. 始終貫徹“以學生為中心”的教學理念。在課堂教學過程中，務必使得學生有足夠的自主權和發問權，而不是采用傳統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揮學習的主動性，課前就能夠去發現問題，而在課中，在教師以及同學輔助下解決問題。

2. 采用“項目/案例驅動”或“作業驅動”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，發現問題，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、提高。

（三）教學內容設計

教學環境設計以及教學方法設計均是為了讓學生能夠更好地掌握教學內容，因此教學內容的設計是教學改革的重點。根據密碼學課程的特點，將教學內容分為如下三個層次：

1. 識記、理解性內容：這部分內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. 應用、分析性內容：課堂上學生重點要掌握的內容，知識的難度和廣度均有所增加，大部分情況都要經過團隊討論以及教師的輔導才能基本掌握。

3. 綜合、評估性內容：在分析的基礎上，將已經掌握的內容應用到綜合實踐，并對知識領域進行相關評價，即做出理性與深刻的判斷。

三、結束語

翻轉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，轉而利用各種豐富的教學資源、教學環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.翻轉課堂在信息技術課程教學中的應用研究[J].教育教學論壇，2016（36）：264-265.

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

[3] 李燕君.翻轉課堂模式下的計算機網絡課程教學[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

南昌航空大學創新創業課程培育項目，項目編號：KCPY1517

南昌航空大學創新創業課程培育項目，項目編號：KCPY1665