本科院校《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)改革新探索

摘 要：以本科院校《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)在傳統(tǒng)教學(xué)模式下存在的一些現(xiàn)象進(jìn)行剖析，并結(jié)合較長(zhǎng)時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐與本校學(xué)生的實(shí)際情況，提出現(xiàn)代密碼學(xué)在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注意的主要問(wèn)題和解決方法，從而促進(jìn)《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代密碼學(xué)；教學(xué)改革；探索

現(xiàn)代密碼學(xué)是一門(mén)研究密碼編制、密碼分析和密鑰管理等內(nèi)容的綜合性應(yīng)用科學(xué)，是信息安全的基礎(chǔ)和核心。自2001年以來(lái)，國(guó)內(nèi)已有50多所高等院校建立了信息安全本科專業(yè)，部分院校還設(shè)立了信息安全相關(guān)專業(yè)的碩士點(diǎn)、博士點(diǎn)。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)在2006年面向信息安全專業(yè)開(kāi)設(shè)了《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》必修課程，由于該課程廣泛涉及語(yǔ)言學(xué)、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、聲學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科，尤其對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)知識(shí)面廣、交叉性強(qiáng)，有畏難情緒。

在教學(xué)過(guò)程中激發(fā)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與自學(xué)能力，這對(duì)實(shí)現(xiàn)本科院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)有著重要意義。那么如何根據(jù)學(xué)生的現(xiàn)狀和社會(huì)需求的發(fā)展變化，對(duì)《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等進(jìn)行相應(yīng)的改革，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)，是該課程教學(xué)改革與實(shí)踐研究的重點(diǎn)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》的教學(xué)方法不斷地研究和改革，在不同的教學(xué)環(huán)節(jié)上，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容，采用了多種多樣的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的教學(xué)效果。

一、剖析現(xiàn)代密碼學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

1.教學(xué)設(shè)計(jì)方面

在《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》的教學(xué)過(guò)程中，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)相對(duì)簡(jiǎn)單的知識(shí)時(shí)，還能主動(dòng)動(dòng)腦、動(dòng)手練習(xí)。隨著知識(shí)難度的增加，學(xué)生普遍感到學(xué)起來(lái)很吃力，部分學(xué)生甚至要放棄。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生普遍反映，教師上課所講的案例都聽(tīng)得懂，一旦要自己真正上機(jī)編寫(xiě)，卻無(wú)從下手。在這種教學(xué)中，片面地突出教師的主導(dǎo)作用，而忽視了學(xué)生的能動(dòng)作用；片面地強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳授，而壓抑了學(xué)生創(chuàng)新能力；片面培養(yǎng)“知識(shí)型”的學(xué)生，而忽略了培養(yǎng)“創(chuàng)新型”的人才。這些問(wèn)題的存在導(dǎo)致了難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與求知欲，難以深層次培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.教學(xué)模式方面

傳統(tǒng)的現(xiàn)代密碼學(xué)教學(xué)模式通常是“講授+實(shí)驗(yàn)”，較少?gòu)膶W(xué)生角度考慮教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)密碼算法的過(guò)程中總是面對(duì)冰冷的程序代碼和頭痛的算法設(shè)計(jì)，學(xué)生編寫(xiě)程序和上機(jī)調(diào)試覺(jué)得枯燥無(wú)味。這種情況不利于挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，導(dǎo)致學(xué)生不能融會(huì)貫通所學(xué)知識(shí)并將其應(yīng)用于信息安全實(shí)踐。

3.教學(xué)實(shí)訓(xùn)方面

目前現(xiàn)代密碼學(xué)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中還普遍存在以下三個(gè)問(wèn)題。

（1）陳舊的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生的積極性得不到調(diào)動(dòng)。

（2）學(xué)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(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，不能達(dá)到綜合實(shí)驗(yàn)的要求。

（3）組織有課外學(xué)習(xí)興趣的學(xué)生參加提升能力的課外活動(dòng)少。例如，參加全國(guó)大學(xué)生信息安全競(jìng)賽、邀請(qǐng)信息安全專業(yè)公司走進(jìn)課堂、聯(lián)系物聯(lián)網(wǎng)安全、云計(jì)算安全和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算安全問(wèn)題的研究等，組織學(xué)生參與這種理論聯(lián)系實(shí)際較強(qiáng)的活動(dòng)已迫在眉睫。

4.課程考核方面

在考核方式方面，以往的《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》主要以筆試考核為主，操作實(shí)驗(yàn)考核為輔，甚至完全忽略操作實(shí)驗(yàn)考核，形成了一種片面的應(yīng)試教育。一些本科院校，按一定比例也將實(shí)驗(yàn)考核作為了期末總成績(jī)的影響因素，但是，實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作不充分導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想，這就直接影響實(shí)驗(yàn)考核的效果，不利于鍛煉學(xué)生們動(dòng)手能力、應(yīng)用和創(chuàng)新能力，不利于提高教學(xué)質(zhì)量。

二、現(xiàn)代密碼學(xué)教學(xué)過(guò)程中的改革探索

1.教學(xué)設(shè)計(jì)的改革

本課程教學(xué)設(shè)計(jì)，力求給學(xué)生更多自主探索的空間，為學(xué)生營(yíng)造寬松和諧氛圍，讓他們學(xué)得更主動(dòng)、更輕松；力求在探索知識(shí)的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)造能力、協(xié)同合作能力，鼓勵(lì)學(xué)生勇于表達(dá)自己的觀點(diǎn)，最大限度地挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)新性，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。在每一節(jié)課中，應(yīng)該以教什么，怎么教，為什么這樣教為教學(xué)思路，分別從教材分析、學(xué)情分析、教學(xué)設(shè)計(jì)、教法設(shè)計(jì)、學(xué)法指導(dǎo)等方面來(lái)設(shè)計(jì)這一堂課，以理論教學(xué)為引導(dǎo)，以課堂實(shí)驗(yàn)和習(xí)題為手段極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋思考的主觀能動(dòng)性，避免填鴨式的教學(xué)。

2.教學(xué)模式的改革

在教學(xué)模式的改革中，可以采用以下三個(gè)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(xué)問(wèn)題，如雙十一網(wǎng)上瘋狂購(gòu)物，那么個(gè)人的信息在消費(fèi)時(shí)有無(wú)安全保障，以這個(gè)問(wèn)題作為切入點(diǎn)導(dǎo)入密碼學(xué)中的真實(shí)性、完整性、保密性、可用性和不可否認(rèn)性等術(shù)語(yǔ)，由具體場(chǎng)景來(lái)展示抽象化的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，方便學(xué)生理解和接受。

（2）案例導(dǎo)航：在授課中準(zhǔn)備多個(gè)緊跟時(shí)代發(fā)展的典型案例，通過(guò)讓學(xué)生討論或課外思考這些典型案例，使學(xué)生能夠更多地解決實(shí)際問(wèn)題。例如，聯(lián)系到2013年6月“棱鏡門(mén)”事件，從歐洲到拉美，從傳統(tǒng)盟友到合作伙伴，從國(guó)家元首通話到日常會(huì)議記錄，美國(guó)驚人規(guī)模的海外監(jiān)聽(tīng)計(jì)劃在前中情局雇員愛(ài)德華·斯諾登的揭露下，有引發(fā)美國(guó)外交地震的趨勢(shì)。這樣重大的信息安全事件的發(fā)生使學(xué)生真正體會(huì)到密碼學(xué)在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中重要性。

（3）利用開(kāi)源軟件和API輔助教學(xué)：在教學(xué)過(guò)程中注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在講授密碼算法時(shí)，主講教師可以利用開(kāi)源軟件來(lái)輔助教學(xué)。譬如在學(xué)生自己動(dòng)手的實(shí)驗(yàn)中使用Matlab、Java、C#或VC實(shí)現(xiàn)DES、AES、OAEP-RSA、RC4，考查學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.教學(xué)實(shí)訓(xùn)的改革

（1）融會(huì)貫通，學(xué)以致用，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力。密碼學(xué)課程有很強(qiáng)的實(shí)踐性，以演示實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、代碼實(shí)驗(yàn)、自主實(shí)驗(yàn)為依托完成一個(gè)個(gè)具體的課題項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，使學(xué)生在理解算法原理的基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行程序設(shè)計(jì)并根據(jù)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

（2）聯(lián)系實(shí)際，探索創(chuàng)新提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力。《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》是一門(mén)緊密聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活的學(xué)科。為了便于學(xué)生理解、掌握、運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新實(shí)踐能力，本課程實(shí)踐教學(xué)包括三個(gè)環(huán)節(jié)：教學(xué)大綱內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)、第二課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)和校外實(shí)踐環(huán)節(jié)。

4.課程考核改革

鑒于現(xiàn)代密碼學(xué)課程涵蓋內(nèi)容廣泛，涉及的技術(shù)更新速度迅速的特點(diǎn)，采用如下幾個(gè)部分來(lái)改革課程考核：平時(shí)作業(yè)+課堂表現(xiàn)（15%），上機(jī)實(shí)踐（35%），撰寫(xiě)小論文或科研報(bào)告（15%），期末考試（35%）。通過(guò)此種方法全方位綜合考查學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，從而提升學(xué)生的整體素質(zhì)。

三、結(jié)束語(yǔ)

筆者針對(duì)本科院校現(xiàn)代密碼學(xué)課程的特點(diǎn)，結(jié)合河南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息安全專業(yè)教學(xué)的實(shí)際，探討了教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)模式、教學(xué)實(shí)訓(xùn)、課程考核等幾個(gè)方面的改革嘗試，并將以上幾個(gè)方面應(yīng)用到本校《現(xiàn)代密碼學(xué)基礎(chǔ)》課程的實(shí)際教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果，以期為同行在該課程教學(xué)過(guò)程中提供一些參考。

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責(zé)編：高 山