基于網絡平臺的混合式教學法在密碼學教學中的效果評價

吳萬青，杜瑞忠

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基于網絡平臺的混合式教學法在密碼學教學中的效果評價

吳萬青，杜瑞忠

（河北大學網絡空間安全與計算機學院，河北 保定 071002）

針對密碼學課程的特點，通過網絡平臺設計了混合式教學法。為了得到教學的實施效果，從“教學方法、教學內容、教學態度、教學環境、綜合評價”5個方面進行評價。評價結果顯示使用混合式教學法以后，學生的學習效果得到了提高。反饋結果提示我們：要不斷地優化教學內容、教學方法；提高課堂掌控能力，引導學生學習；團隊合作提高效率，降低授課教師強度。這些結果為進一步提高密碼學課程實踐教學提供有用幫助。

混合式教學法；MyCOS教學質量管理平臺；密碼學教學；教學效果評價

1 引言

隨著我國信息化工作的不斷深入推進，“互聯網、云計算、區塊鏈、大數據”等技術的發展，互聯網正成為我國未來經濟社會發展的重要推動力量。快速發展的信息化網絡社會同時給人們的生活帶來了巨大的影響與變革。同許多社會行業一樣，教育行業也受到了信息化帶來的各種影響。基于互聯網的各種信息化技術的出現對我國傳統的教育理念和方法不可避免地帶來了挑戰。如何適應新形勢下的變化，有效地促進教育服務水平和提高教育質量，是擺在廣大教育人員面前的一個重要課題。

高等教育承擔著為社會培養優秀人才和智力支持的責任，同時也是產生新的科學技術的重要手段。高等教育處在教育行業的龍頭，高等教育的信息化程度也是各類教育中最高的。在管理方面，所有的高校都建立了學校網站。大多數高校利用校園網絡建立了電子郵件系統、電子辦公系統等。在教學方面，大部分高校建立了不同程度的資源庫。大量多媒體設備的購入、裝備，慕課、翻轉課堂、遠程教育等信息化技術手段的大范圍使用，為新教學法的探索和實施提供了良好的物質基礎。目前我國大部分高校已經建立了較好的信息化應用體系。

2015 年6 月，為實施國家安全戰略，國務院學位委員會和教育部聯合下文，批準設立網絡空間安全一級學科。截至2018年，全國共有122所高校開設了網絡空間安全相關專業。這些高校成為我國信息安全人才培養的主要基地。密碼學課程是信息安全專業的重要必修課之一，在信息安全人員培養方案中占據很重要的地位。目前各高校對密碼學課程的教學方法改革、內容的設置及教材的建設進行了探索，取得了一些成果。但密碼學課程是數學、計算機、通信、管理等多學科交叉的產物，它既具有深入的數學理論基礎，又具有很強的動手實踐性[1]。這些特點導致在密碼學課程的教學中普遍存在學生難學、教師難教、學生興趣不高的現象[2]。因此，如何協調理論與應用實踐之間的關系以及如何合理組織教學，值得進一步探索改進。

河北大學自2015級設立信息安全專業開始，就將密碼學課程列為信息安全專業的核心課程。在此背景下，為了提高密碼學課程的授課質量，結合應用日益廣泛的網絡化平臺，河北大學采用了混合式教學方法進行密碼學課程的教學。本文結合河北大學信息安全專業密碼學課程的教學經驗進行探討，并給出相關的教學總結和評價反饋，為信息安全人才的培養貢獻一些經驗和思考。

2 混合式教學法的定位和平臺構建

2.1 教學定位

課堂講授法是我國高等教育目前主要采用的教學法。課堂講授法具有成本低、效率高、目的性強、通用性強的優點，但同時存在學生思維學習被動、不利于記憶等缺點，由于我國高校教育資源不足，優質資源緊缺的現狀將長期存在，高校師生比例過大的現狀不能在短期內改變。另外，我國高等教育資源的分配還是以應試教育為依據的，這些特點正是課堂講授法的優勢。雖然近年來出現了諸如慕課、微課、翻轉課堂等新的教學模式，但它們都有各自不同的適用范圍，并且沒有從根本上代替課堂講授法的主體地位。

混合式教學是指對所有的教學因素進行合理優化和組合，以達到教學目標的活動。具體地說，就是在教學的開展過程中，將各種教學方法、教學策略、教學模式、教學技術等教學因素進行有機結合并熟練運用，最終達到混合學習的目的，如課堂學習環境與網絡學習環境的混合[3]、多種學習的評價方法混合[4]等。本文建立的基于網絡平臺的混合式教學方法，在教學定位上仍堅持以課堂教授法為主、在線自助學習為輔的混合學習模式。授課教師根據教學的實際內容、教學目的選擇恰當的教學方法，引導學生利用網絡平臺進行不同形式的學習。

具體地說，基于網絡平臺的混合教學學習模式是將傳統的教學模式和網絡模式進行合理安排，構建特殊的教學過程幫助學生學習。在教學內容上圍繞原定計劃展開，通過網絡平臺對學生線上反饋、線下反饋調整教學環節的各個因素，以利于學生的個性學習。例如，可以通過網絡平臺線上或線下進行動態動畫演示算法加密過程以利于學生理解和復習，這在傳統教學中是無法展示的；還可以通過機械主義學習理論建構的問題反饋學習模式，通過實時掌握學生的學習效果做出調整，增加訓練量等活動。

2.2 網絡平臺的構建

河北大學采用的是MyCOS教學質量管理平臺，如圖1所示，其用戶分布600余所高校。該平臺以課程教學為中心，利用網絡進行教學管理的數字化環境，實現了教學過程的信息化，可以采用PC瀏覽器和手機等移動終端進行線上和線下的學習與管理。該教學平臺由多個模塊構成，主要包括教師上課信息及評價、課程問卷反饋、智能助教等。

圖1 平臺全局菜單展示

1) 教師上課信息及評價：教師在上課之前需要建立課表、導入與課程相關的內容，使學生明確這堂課的內容、目標等。

2) 課程問卷反饋：教師在上課前設計好這堂課的教學目標、采用的教學模式、板書及PPT設計等。在設計教學效果問卷調查時，通過“綜合評價、教學方法、教學內容、教學態度、教學產出、教學環境”6個方面進行評價和反饋。學生對該堂課的及時反饋可以幫助教師了解學生的學習狀況，從而改進課程，幫助學生更好地理解知識。

3) 智能助教：教師可以利用平臺的輔助手段進行課前指導，課堂講課資料展示及反饋、課堂交互，課后復習及作業評閱。尤其針對學生的個性化學習起到幫助作用，這是對目前以講授法為主的教學方法的有效補充。

3 基于網絡平臺的混合式教學設計與評價

3.1 教學任務設計

《高等學校信息安全專業指導規范》[5]（以下簡稱《規范》）是我國信息安全領域人才培養的體系建設指導性規范文件。根據《規范》的要求，本科階段的現代密碼學主要包括古典密碼系統、分組密碼系統、序列密碼系統、公鑰密碼系統、Hash函數、數字簽名、認證協議、密鑰管理等基礎內容，涉及內容廣泛。學生通過這門課程的學習掌握密碼學的基本概念，有利于今后的進一步學習。

密碼學是一門理論性和實踐性較強的課程，涉及多門學科知識，前置知識內容較多。一般應放在本科三年級左右，此時，學生已經學會計算機的相關基礎知識、信息安全數學基礎等理論知識，具備進一步學習的知識儲備。同時，學生擁有一定的網絡使用能力，可以完成教師分配的學習任務。

教學任務設計是教學實踐環節的關鍵一步。混合式教學包括課堂教學和線上、線下教學。傳統的講授法只能依靠教材，而基于網絡平臺的在線教學可以將慕課、動畫、視頻、課件等資源進行上傳，將網絡平臺與講授法結合，達到優勢互補的目的，從而實現混合式教學的思想和學習方式。

下面以教學內容、教學方式為主線進行教學任務設計。在設計時要綜合考慮知識的嚴謹性、趣味性、實用性。表1中給出了具體的教學任務設計。

混合式教學的評價是整個教學過程的重要組成。從學生的反饋中發現教學的不足，調整教學方法，有針對性地教學。對學生的形成性評價有在線自評、在線自測、教學活動評價、互評的方式。我們從“教學方法、教學內容、教學態度、教學環境、綜合評價”5個方面作為衡量指標。結合平臺中提供的模塊化問題模版，選擇其中12項常用的評價指標作為形成性反饋評價，分別如下。①同其他課程相比，你認為這門課程難度如何？②你認為采用課件、視頻等輔助手段對你的學習是否有幫助？③你認為教材對你的學習是否有幫助？④你是否同意授課教師對學生要求標準高？⑤你是否認為授課老師設置的任務太難？⑥你是否對授課教師的熱情滿意？⑦學校的設施設備是否齊備？⑧教師是否能營造積極的課堂氛圍？⑨你對該課程是否有興趣？⑩該課程對你的后續學習是否有幫助？?你如何評價自己在這門課中的表現？?這門課的作業量是否合適？我們將這12個評價指標分配到5個衡量指標中，如表2所示。

3.2 教學反饋評價

為了獲得學生對密碼學課程的教學結果反饋，我們對2015級、2016級本科生各一個班級展開教學效果反饋評價，參加人數均是40人。其中，2015級采用傳統的講授法，2016級采用混合式教學法，最后將兩個年級的結果進行對比，結果如表3所示。

由于該課程是同一個教學組完成的，因此在教學態度方面變化不大，沒有在表中進行說明。通過比較可知，2016級學生對課程的滿意度整體提高。在主觀的多項選擇中，增加密碼發展的歷史事例、照片、視頻等材料，提高了學生對古典密碼的興趣，采用觀看算法動畫視頻、分解課程任務等輔助教學方法增強了學生學習近代密碼的興趣。這些輔助教學方法的采用增加了教學的內容，使原本一些抽象的內容現在相對直觀、易于理解。但材料、課堂教學方法的準備需要占用教師大量的課后時間，考慮到材料和內容的更新，相比單一的講授法，這種更多時間的付出現象是持續存在的。在當前的形勢下，教師是否有更多的精力投入這樣的教學中也是需要考慮的。在以講授法為主的教學設計中，教學環境的選項中學生的整體體驗反而下降了。我們分析可能的原因是學生在漫長的教育過程中習慣了講授法，對待新事物能理解也愿意接受，但無所適從者居多；另一個可能的原因是這些教學內容的增加、輔助教學法的使用使授課教師對課堂整體控制力下降。這就需要授課教師進一步引導學生自主學習。

表1 教學任務設計

表2 評價指標

表3 教學指標評價

注 A：十分滿意；B：滿意；C：一般；D：不滿意

在教學內容的反饋中，學生感興趣的課程內容順序是古典密碼、密碼協議、密碼算法、密鑰管理。由于古典密碼在講授時結合更多的歷史事例，容易激發學生的興趣。同時，學生對大部分的應用性內容也產生了濃厚的興趣，尤其是通過算法動畫演示活躍了課堂的學習氣氛。在綜合評價中，參與反饋的2016級同學參與度有了一定的提高，通過將課程內容以任務的形式進行分解降低了難度，并能較好地引導學生的學習，具有一定的針對性。采用項目教學法使學生參與密鑰系統的管理，增強了學生的動手能力，提高了課堂上學生與老師、學生與學生之間的交互能力。

在最重要的總結性評價中，我們分析了學生的期末考試測驗成績。試卷采用百分制，試卷題目難易比按1∶3∶6分配，其中60%是對基礎知識內容的考察、30%是對基本技能的考察、10%是對知識靈活運用的考察。我們對數據計算平均值、方差并進行了檢測[6]，結果如表4所示。

表4 期末成績結果比較

通過表4的分析，可以得知，在進行混合式教學后，學生的平均分有了提升。經過檢驗得到兩個班的差異值小于0.001，表明數據存在顯著性差異。這說明采用混合式教學有利于學生的學習。通過卷面分析，2016級學生的基礎知識掌握情況相對以前有了一定提高，同時中等題目、高難度題目的得分率也有不同程度的提升。

通過縱向對比，發現學生的學習興趣、學習效果、業績評價都有所提高，這些反饋結果給我們帶來了一些啟示。

1) 適當采用一些新的教學方法。密碼學的教學一直存在抽象、難以理解的現象，單純依賴講授法不能提高學生的學習效率，需要授課教師不斷探索新的教學模式。同時，講授法的地位沒有受到動搖，不能為了追求改革而改革。

2) 增強授課內容的應用性。隨著技術的不斷進步，一些密碼學的知識內容和技術顯得落后于發展，這需要授課教師關注密碼學理論和技術的最新進展，將最新的成果引進課堂。同時結合企業和社會的需求，補充更多應用相關的內容，縮短人才培養的知識儲備與社會、企業需要的差距，實現學生與工作崗位的對接。

3) 增強與其他學科的聯系。密碼學是一個多學科的交叉學科，跟其他學科有著密切的聯系，授課教師可以根據學院學科建設特點加強與相關學科的聯系。

4 結束語

基于網絡平臺的混合式教學有利于針對不同的知識內容進行特定的教學。本文以密碼學課程為例，探討網絡平臺、傳統教學模式相結合的教學模式在人才實踐教學改革方面的影響。為了評估和反饋混合式教學的效果，對比了兩屆學生的學習和考試情況。從反饋結果得知混合式教學的多元化有利于學生成績的提高，但同時降低了學生的課堂體驗，容易給學生帶來倦怠感，這需要授課教師積極引導。在教師的反饋中，教師覺得混合式教學中教學工作壓力變大，需要投入更多的精力，可以通過平臺模塊化、團隊合作的模式提高效率，以降低教師的工作強度。這些工作和總結為我們進一步完善密碼學課程實踐教學體系提供了有用幫助。

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Evaluation of blended instruction based on network platform in cryptography teaching

WU Wanqing, DU Ruizhong

School of Cyber Security and Computer, Hebei University, Baoding 071002, China

According to the characteristics of cryptography course, a hybrid teaching method was designed through the network platform. In order to get the implementation effect of teaching, the evaluation is made from five aspects: teaching method, teaching content, teaching attitude, teaching environment and comprehensive evaluation. The evaluation results show that students' learning effect is improved after using the blended teaching method. The feedback results suggest that we should constantly optimize the teaching content and teaching methods; improve the ability to control the classroom, guide students to learn; teamwork can improve efficiency and reduce the intensity of teachers. These results provide useful help for further improving the practical teaching of cryptography.

blended instruction,MyCOS teaching quality management platform, cryptography teaching, evaluation of teaching effect

吳萬青（1981? ），男，河北邢臺人，博士，河北大學講師，主要研究方向為量子密碼學。

杜瑞忠（1975? ），男，河北滄州人，博士，河北大學教授，主要研究方向為信息安全、可信計算。

G642

A

10.11959/j.issn.2096?109x.2019030

2019?03?23；

2019?05?16

吳萬青，wuwanqing8888@126.com

河北省自然科學基金資助項目（No.F2017201199）；河北省研究生示范課程和專業學位教學案例(庫)建設基金資助項目（No.KCJSX2018005）

The Natural Science Foundation of Hebei Province (No.F2017201199), Graduate Demonstration Courses and Professional Degree Teaching Cases (Library) Construction Project of Hebei Province(No.KCJSX2018005)

論文引用格式：吳萬青, 杜瑞忠. 基于網絡平臺的混合式教學法在密碼學教學中的效果評價[J]. 網絡與信息安全學報, 2019, 5(3): 96-101.

WU W Q, DU R Z. Evaluation of blended instruction based on network platform in cryptography teaching [J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2019, 5(3): 96-101.