信息隱藏技術課程教材建設研究

崔克彬 牛為華

（華北電力大學計算機系 河北·保定 071003）

0 前言

信息隱藏技術興起于20世紀90年代中期。它是一種多學科理論與技術相結合的新興技術。它利用人類感官的不敏感性和多媒體數字信號的冗余性，在不影響宿主信號的感官效果和使用價值的情況下，將秘密信息隱藏在宿主信號中，通過宿主信號的公開傳輸來傳輸秘密信息。信息隱藏是一門新興的綜合性前沿學科，涉及數字圖像處理、信號與信息處理、計算機網絡攻擊與防御、密碼學[1]等學科。本課程與信息安全專業整個課程體系中其他課程的關系如圖1所示。可以說是《現代代數》《數字圖像處理》《數字信號處理》《信息論》《數據通信與計算機網絡》等多門課程的綜合應用。

教材不僅是課程知識和改革的載體和工具,也是最基本的教學工具。高校教材是高等教育教學理念轉變、課程和教學內容改革的載體。新形勢下，隨著信息渠道和課程資源的多樣化，單一形式的“教科書”教材已不能滿足學習者的學習需求。從“教第一”到“學第一”的教學模式的轉變，迫使教師思考如何充分發揮教材的作用，顯著提高學生的學習效果。此外，課程資源建設也是人才培養的重要環節之一。在課程資源建設的前一個環節中，典型的形式是“精品課程”建設。這樣一來，教師就會花費大量的時間和精力錄制視頻，而學生很少有興趣主動觀看。這些長視頻不能激發學生的學習熱情，效率低下。近年來，以短小精煉著稱的“微課”的出現逐漸受到廣大教師和學生的歡迎[3-4]。課程視頻資源從幾十分鐘減[1]少到10分鐘左右，每個視頻資源的內容也從多個學習內容變成了獨立的知識點或技能點。

1 建設內容

（1）針對信息隱藏技術課程編寫新形態教材。該教材在編寫過程中，充分了解學生知識體系結構特點，將本文課程知識和先序知識點相融合，保證學生使用本教材學習時閉環完成課程全部內容。

（2）在教材編寫時引入項目案例[5]。通過引入項目案例使得學生在學習本教材時能真正領會到學習本門課程知識能解決何種問題，增強學生分析問題、解決問題的能力，提升學生的學習興趣和自信心，實現學生創新能力的培養。

（3）通過對新形態教材的課程資源建設，形成與教材相關的程序源代碼、PPT以及典型算法微課視頻等。對于講授該門課程的教師可以極大減輕其教學工作難度、提升教學效率、提高教學效果；對于學習本門課程的學生而言，即使在課堂上不能完全理解教師講授內容，也可通過這些課程資源對所學知識進行反復觀看、學習，新形態課程資源建設為學生提供了更為廣闊的學習空間和學習方式，將學生的被動聽轉變為學生的主動學，提升了學生學習課程的主觀能理性。

2 建設手段

2.1 編寫適合專業知識特點的信息隱藏技術教材

信息隱藏是一門新的綜合性前沿學科，涉及到數字圖像處理、信號與信息處理、計算機網絡攻防和密碼學等多門學科知識。為了更好的完成該課程的學習，需要對其所涉及的前序知識進行重點講解。針對不同專業學生知識結構特點及專業課程設置情況，考慮到學生對Matlab編程、數字圖像處理及數字信號處理知識沒有專門的課程進行學習，在教材編寫過程中加入了這些內容的講解，以便沒有此類基礎的讀者也能利用編寫的教材順利完成課程的學習。各部分涉及的主要內容包括：

（1）Matlab編程。常用命令，變量設置，整數操作，隨機序列常用命令，位操作，繪圖操作，文件操作，M文件的建立和使用。

圖1：“信息隱藏技術”在信息安全課程體系中的地位和作用

（2）數字圖像處理。圖像的計算機表示，圖像色彩空間，圖像的灰度變換，圖像間的代數運算，圖像領域處理（中值濾波、均值濾波和銳化濾波器）。

（3）數字信號處理。傅里葉級數及傅里葉變換，信號的采樣和重建，一維離散傅里葉變換，一維離散余弦變換，二維離散余弦變換，小波變換。

（4）密碼學。RC4算法，偽隨機數發生器，BBS發生器。

2.2 典型算法微課制作

微課是針對某個學科知識點（如重點、難點、熱點、考點等）或教學環節（如學習活動、主題、實驗、任務等）而設計開發的一種情景化、支持多種學習方式的多媒體課程資源。按微課開發技術可以將微課分為圖文微課、視頻微課、動畫微課、互動微課和音頻微課五類，或采用幾種類型的綜合。

與傳統教學視頻相比，微課特點眾多，特征鮮明。微課的特點用四個字概括是：短小精悍。

“短”體現在：微課的教學活動非常短，微課的視頻時間短（建議時長為3-6分鐘，最長不超過15分鐘。其中，圖文課件等難以用時長界定的課件一般不超過15頁）；

“小”體現在：微課程教學主題小，教學內容小（一個或多個知識點或一個操作環節）；

“精”體現在：微課程內容的選題要精，選題內容要是學科的重點和難點，有研究價值和有價值的知識點；

“悍”體現在：微課程互動性強、應用廣泛（可用于培訓教學、教研備課；可用于遠程學習和移動學習；可用于資源重組等）。

學生在使用教材過程中即使無法看懂教材中相關內容，也可以通過反復觀看微課相關內容，以直觀、形象的方式學習、理解相關內容。

3 總結

本文針對信息隱藏技術課程的教材建設進行研究，分析了傳統教材存在的不足。通過對課程前序知識點的講解夯實學生的基礎知識；通過在教材編寫中加入典型算法微課便于學生使用教材；通過貫穿教材始終的兩個項目案例提升學生學習興趣和解決實際問題的能力。教材建設的研究成果改變了傳統教材以知識點講解為主的模式，采用新形態教材模式出版，提升學生動手實踐能力，可直接作用于課程教學質量的提高，為建設一流本科，培養一流人才打下良好基礎。