融入網絡GIS的網絡安全“未來課堂”教學模式研究

郭明強,謝　忠,黃　穎

(1. 中國地質大學(武漢)信息工程學院，湖北 武漢 430074；

2. 中地數碼集團武漢中地數碼科技有限公司，湖北 武漢 430074)

GUO Mingqiang，XIE Zhong，HUANG Ying

融入網絡GIS的網絡安全“未來課堂”教學模式研究

郭明強1,謝忠1,黃穎2

(1. 中國地質大學(武漢)信息工程學院，湖北 武漢 430074；

2. 中地數碼集團武漢中地數碼科技有限公司，湖北 武漢 430074)

Research on Future Classroom Teaching Mode for Network Security Course Integrated with CyberGIS

GUO Mingqiang，XIE Zhong，HUANG Ying

摘要：“Intel 未來教育”將海量的計算機資源、人力資源、網絡等信息資源有機地利用起來，強調以學為主，以師生、生生互動為主的教學模式，對傳統的以講授為主導的課堂教學產生廣泛的影響。本文在對“Intel 未來教育”的模式進行分析的基礎上，針對目前網絡安全課堂教學中存在的弊端，提出了融入網絡GIS的網絡安全“未來課堂”教學模式；重點對網絡安全“未來課堂”中的跨學科融合、協作式學習、翻轉課堂、企業聯合4個方面進行了研究，以促進學生的自主學習、團隊協作、溝通表達和實際動手分析解決問題的能力。

引文格式： 郭明強，謝忠，黃穎. 融入網絡GIS的網絡安全“未來課堂”教學模式研究[J].測繪通報，2015(9)：131-134.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0299

關鍵詞：CyberGIS；網絡安全；教學；未來課堂；教學模式

中圖分類號：G64

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)09-0131-04

收稿日期：2014-07-25

基金項目：中國博士后科學基金(2014M552115)；中央高校基本科研業務費專項資金(CUGL140833)；國家十二五科技支撐計劃(2011BAH06B04)；中國地質大學(武漢)教學改革研究B類項目(2015B14)

作者簡介：郭明強 (1984—)，男，博士，講師，主要研究方向為互聯網地理信息系統。E-mail: gmqandjxs@163.com

一、引言

近年來，“Intel 未來教育[1]”模式對高校本科教學的改革和發展產生了巨大的影響，其核心思想是將海量的計算機資源、人力資源、網絡等信息資源利用起來，強調以學生自學為主，以師生、生生之間的互動為主的教學方式，使教師在課堂上能夠有效應用各種教學資源，將各種教學資源融入到課堂教學中。這種新的教育模式對小學教育、中等教育和高等教育都有著巨大的借鑒意義，要求廣大教育工作者充分理解并深入分析“Intel 未來教育”的設計思想，結合現有課堂教學的內容和現有的課堂教學軟硬件設施的實際情況，對傳統的講授式課堂進行改進，以適應這種新的課堂教學模式。

本文以本科課程網絡安全[2]為例，分析了網絡安全傳統課堂教學中存在的問題，在分析理解“Intel 未來教育”模式的思想的基礎上，結合筆者所在單位現有的實際教學軟硬件環境，研究了融合跨學科知識(網絡GIS[3-4])的網絡安全“未來課堂”[5-6]教學模式，旨在將傳統講授式課堂轉變為以學生課外自主學習[7]為主培養學生的自主學習能力；通過團隊協作式[8]學習提高學生的團隊協作能力；通過翻轉課堂[9]和企業專家庫的課堂教學支持培養學生的溝通表達能力和動手分析解決問題的能力[10]。

二、網絡安全傳統課堂教學存在的問題

網格安全課程內容主要包括網絡安全體系結構、密碼安全技術、通信安全、計算機系統安全和應用系統安全，該課程需要具備計算機操作系統、計算機網絡、TCP/IP協議等知識基礎。傳統的網絡安全課堂主要是基于選擇的教材，根據教材的內容目錄制作教學課件，然后教師使用這些教學課件在課堂上給學生按部就班地講授。隨著學生學習特點的改變和互聯網信息技術的發展，這種傳統的教學方式的弊端日益凸顯。

1. 不適應學生學習特點

在傳統的網絡安全課堂中，學生只能在課堂中主要以聽的方式接受教師灌輸的知識，學生處于被動的學習環境中。而如今學生可以從計算機網絡、移動網絡等多種互聯網渠道或其他開放資源主動獲取與網絡安全相關的知識，這些途徑獲取到的知識比課堂上和教材上的內容更加豐富和容易理解；而且通過這些途徑獲取知識的效率遠遠高于通過傳統課堂接受知識的方式。這導致現在的學生上課注意力不集中，缺乏學習的興趣，傳統的網絡安全課堂教學沒有充分發揮其在教學上的作用。

2. 教學內容不能與時俱進

傳統的網絡安全教學課件一般是按照所選教材進行組織和制作的，而教材往往是2～5年之前的教材。雖然網絡安全的教材中只有部分內容是不隨時間而變化的知識，但是教材中涉及很多知識隨著計算機網絡安全技術的發展日新月異。如計算機病毒的種類、操作系統的漏洞等都會不斷發生變化。傳統的網絡安全教學無法與學生現有的認知結構相匹配，因此，需要對網絡安全的教學內容進行實時更新，以適應當今互聯網技術和計算機技術的發展現狀。反之，如果網絡安全課程的教學內容繼續一成不變，便無法滿足當代學生的學習需要，學生希望在課堂中能夠接受到通過其他途徑無法獲取的知識，這樣才能激發學生的學習興趣，發揮課堂教學的作用。

3. 教學與社會需求脫節

傳統的網絡安全課程單方面根據教學大綱進行教學，而沒有考慮課程的社會意義，即課程最終的社會目標沒有清晰地表現出來。這使得本科生不能清晰地認識到網絡安全課程對于未來就業的作用，從而降低了學生的學習動機，使學生缺乏學習的積極性。另一方面，學生畢業后難以快速勝任新的工作崗位，因為其在學習階段沒有根據企業的實際需求進行學習，而是單純的教材學習，與社會需要脫節。本科教學的所有課程都是為學生服務的，而學生學習的最終目的大多是就業和升學。對于筆者所在單位的本科生而言，大多數學生將會面臨就業的問題。因此，對于這類學生來說，教學必須讓學生明確每一門課程的學習目標是為就業而做的準備，并且要讓學生清楚現代企業需要什么樣的人才，對畢業生的知識結構和技能具體有什么要求。只有讓學生清楚了社會的需求，樹立正確的學習目標，學生才能有積極學習的動力。

4. 學生綜合能力發展受限

以講授為主導的傳統網絡安全課堂主要依賴教師單方面的知識傳授，學生在課堂中缺乏實際的感受，難以快速理解并掌握教材中的知識結構。雖然現在網絡安全課程增加了上機實驗的安排，但其與課堂教學的時間安排是兩個順序的階段，即在所有學習內容的課堂講授完成后再進行上機實驗。這就導致了學生的上機實驗階段與課堂教學的內容沒有同步進行，影響了學習效果，降低了學習效率；另一方面，上機實驗大多安排為學生獨立完成課程設計，缺乏師生之間、學生與學生之間的互動。學生在實驗過程中存在的問題不能進行廣泛的交流和共享，而很多這樣的問題卻是很典型、有意義的，如果將這些有代表性的問題在課堂上進行解答，在所有學生之間進行交流和頭腦風暴，學生們將受益匪淺。另外，這樣的上機課程不能充分培養學生的團隊協作能力和溝通表達能力，僅在一定程度上培養了學生的實踐動手能力，影響了學生綜合能力的發展。

三、網絡安全“未來課堂”教學模式的構想

針對網絡安全傳統課堂教學模式存在的問題，本文吸收了“Intel 未來教育”模式的理念，根據網絡安全課程的教學和學生的需求建立了網絡安全“未來課堂”的構想，如圖1所示。在本文構想設計圖中，有3個重要的參與課堂教學的主體，即教師、學生、專家。這3個主體都是教學活動的參與者，其中教師是教學活動的組織者，學生是學習的主體，專家是課堂教學和學生學習的促進者，為學生的學習和課堂教學提供幫助。

本文構想的網絡安全“未來課堂”以學生課外自主學習為主，讓學生根據自生的學習特點自由選擇學習時間、地點等。教師的工作由傳統的講授變為課堂項目的組織、輔導與學習狀態監控。專家庫中的專家由企業提供，在課堂教學中為學生的協作性項目學習提供在線支持，解決學習過程中遇到的難題。

圖1　網絡安全“未來課堂”構想

四、融入網絡GIS的網絡安全“未來課堂”

1. 跨學科知識的融入

為了讓學生明確網絡安全課程的學習目標及社會價值，筆者將網絡GIS融入到網絡安全的課堂教學中，網絡安全屬于計算機學科，而網絡GIS屬于測繪學科，這種跨學科知識的融入能夠激發學生的學習興趣。通過講授目前網絡GIS中對網絡安全的實際需要，讓學生能夠更加深刻地體會到網絡安全課程學完后的具體用途，讓學生能夠形象地體會到課程學習的重要性和應用價值。

通過聯合跨學科的知識學習，既促進了教師的教，又促進了學生的學，提高了學生的學習興趣，激發了學生的學習動機。而其中的關鍵在于如何融入網絡GIS的知識內容，筆者采取了項目式教學方式，即設計網絡GIS應用項目，在項目中融入了需要讓學生學習的網絡安全的相關知識技術。如在網絡GIS地圖應用中實現地圖數據的加密與解密，并使用各種不同的加密算法。這樣學生通過實際的項目，既能掌握網絡安全相關的知識及應用方法，同時也能掌握網絡GIS相應的實際動手能力，對學生的就業具有一定的幫助。因此，學生學習的積極性可能被調動起來，提高了教與學的效率。

2. 協作式學習

協作式學習是“Intel未來教育”模式的新特點之一，其核心思想是將學生劃分為多個學習小組，小組成員根據不同的角色定位完成自己的學習任務。其中的關鍵在于如何劃分學習小組，如何確保小組內每個成員學習的積極性，這是教師需要解決的重點問題。以筆者所在單位為例，可將學生按照學號的尾號進行分組，使各個小組的成員均衡分配。其次，在小組成員分配之后，需要明確小組成員的分工，明確每位學生在項目學習中的角色，即規定每位學生需要完成的學習任務。如某小組接受的項目任務是使用某一種網絡GIS平臺開發一個矢量地圖瀏覽網站，對地圖數據選用某種加密算法在服務端進行加密，在客戶端進行解密。該項目成員中的學生可以分別負責網絡GIS軟件調研安裝、地圖網站開發、數據加密與解密、軟件文檔的編寫等工作，不同學生各司其職，以確保每位學生都能夠且必須參與到小組協作式學習中。通過為每個學習小組布置學習項目，小組間各成員之間協作完成項目任務，鍛煉了學生的團隊協作能力、溝通表達能力，這對于學生畢業后的工作是非常有利的。企業需要的不僅僅是技能過硬的專業人才，更需要具有團隊協作等各方面能力的綜合性人才。

3. 翻轉課堂

“Intel 未來教育”模式的另一個重要特點是將傳統的課堂學習轉變為以課外自主學習為主、課堂講授為輔的形式。對于網絡安全課程的教學內容而言，其中的知識結構大多是淺顯易懂的，完全可以通過閱讀教材或電子課件進行自主學習。因此，對于教材中的內容，完全可以讓學生在課外自學，學生根據自己的學習特點自由選擇學習時間、地點、方法和途徑。學習項目任務的開展同樣在課堂外進行。在網絡安全“未來課堂”的教學中，老師主要檢查各個學習小組的項目完成情況，對每個小組學習和項目研發過程中存在的問題有針對性地進行講解，換言之，課堂上講授的是學生在課外無法學習到或難以學會的知識點，而不是一些淺顯易懂的內容。這樣的網絡安全“未來課堂”才能更有效地發揮其傳道、授業、解惑的作用。通過這種翻轉課堂的教學模式，將網絡安全的教學過程劃分為“學后講、講后評、評中學、學后用”4個學習階段，可更有效地調動學生學習的積極性，讓學生有更明確的學習目標，激發學生的學習動機。

4. 企業聯合

在線專家支持是“Intel 未來教育”模式的另一個新特點，旨在通過專家的在線支持解決學生協作性學習項目中的關鍵難題。這一過程不僅僅是讓學生得到問題的解決方案，更重要的是培養學生的溝通表達能力，這對于學生未來的職業發展具有積極的影響。同時，在線專家的支持使得學生能夠隨時按需與專家取得聯系，及時解決協作性項目學習過程中的瓶頸，會讓學生更加自信，進一步激發學生的學習動機和熱情。對于網絡安全課程，可以將網絡GIS的專家和網絡安全的專家集合起來，構建網絡安全課程專家庫。當然，這需要一些GIS軟件企業和與計算機網絡安全相關的企業給予支持，學校和企業聯合進行網絡安全課堂的教學。借助于在線專家庫，可為學生分配與企業項目實際需求同步的網絡GIS項目，一方面有助于學生在項目協作式學習中學到的知識與社會和企業的發展接軌，促進教學；另一方面也可以為網絡GIS軟件企業和網絡安全相關企業培養更加符合需要的畢業生，實現學校與企業的雙贏。

五、結束語

本文針對傳統網絡安全課程教學中存在的教學內容滯后、與社會需求脫節、學生綜合能力發展受限的問題，結合“Intel 未來教育”模式的新特點，提出了融入網絡GIS的網絡安全“未來課堂”構想，設計了涵蓋跨學科知識融入、協作性學習、翻轉課堂和企業聯合的新的網絡安全“未來課堂”教學模式，旨在為高校網絡安全課程的教學提供一種新的思路，改變傳統的以課堂學習為主的教學模式。下一步將對借鑒網絡安全“未來課堂”的教學效果進行調查統計分析，進一步完善本文提出的新的教學模式。

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