虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與CLIL雙語(yǔ)教學(xué)模式在信息安全課程上的研究與實(shí)踐

朱劍林　孟博　唐菀　侯睿　陳瑤　湯淵

摘要：本文研究信息安全課程特點(diǎn)，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和基于CLIL（Content and Language IntegratedLeaning）雙語(yǔ)教學(xué)模式引入到信息安全的課程教學(xué)中。探索在信息安全課程的講授過(guò)程中將英語(yǔ)的語(yǔ)言能力培養(yǎng)與信息安全的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容融合起來(lái)，語(yǔ)言和學(xué)科共同發(fā)揮作用；運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等輔助手段，將信息安全的理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生對(duì)信息安全專(zhuān)業(yè)的認(rèn)知程度。

關(guān)鍵詞：雙語(yǔ)教學(xué)；CLIL；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；信息安全

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）33-0274-03

一、引言

信息安全學(xué)科是在信息技術(shù)及其應(yīng)用的快速發(fā)展中逐漸形成的，它針對(duì)信息生成、存儲(chǔ)、傳輸、處理和交互的各個(gè)環(huán)節(jié)，用數(shù)學(xué)方法刻畫(huà)和描述其變換的過(guò)程和狀態(tài)，建立安全控制與管理模型，進(jìn)而保障信息及信息系統(tǒng)的高安全性、高可信性和高可用性。在當(dāng)前信息化和經(jīng)濟(jì)全球化的時(shí)代背景下，做好民族高校信息安全領(lǐng)域的教學(xué)研究工作，為國(guó)家儲(chǔ)備適應(yīng)全球形勢(shì)變化的復(fù)合型信息安全人才越發(fā)重要。

中南民族大學(xué)在信息安全人才培養(yǎng)方面做了很多工作。其計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院、數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)院在本科階段開(kāi)設(shè)了信息安全方面的課程，計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院的信息安全專(zhuān)業(yè)碩士點(diǎn)于2012年開(kāi)始招生。其中計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院從2006年開(kāi)設(shè)《信息安全》雙語(yǔ)課程。信息安全教學(xué)研究方面還有長(zhǎng)足的發(fā)展提升空間。

針對(duì)信息安全課程的特點(diǎn)，結(jié)合我們雙語(yǔ)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，就《信息安全》雙語(yǔ)課程教學(xué)提出幾點(diǎn)新的和若干建議，其中關(guān)于教材的論述等課程相關(guān)情況見(jiàn)孟博老師的論文[1]。

二、信息安全課程特點(diǎn)

《信息安全》難教，學(xué)生難懂，實(shí)驗(yàn)難做。我們組成員以信息安全專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域?yàn)榻虒W(xué)內(nèi)容，進(jìn)行教學(xué)模式與教學(xué)方法的研究與實(shí)踐。

《信息安全》課程特點(diǎn)[1-3]：

1.信息安全學(xué)科基礎(chǔ)涉及面廣。信息安全是一門(mén)新興的學(xué)科，也是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，涉及密碼學(xué)、通信、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等諸多學(xué)科。

2.信息安全專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程要求多。要想較好地掌握這門(mén)課程，需要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程、電路基礎(chǔ)課程、密碼學(xué)基礎(chǔ)課程、計(jì)算機(jī)理論基礎(chǔ)課程、網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)課程等。

3.信息安全專(zhuān)業(yè)前沿性強(qiáng)，知識(shí)更新快。信息安全專(zhuān)業(yè)是圍繞攻防、對(duì)抗策略和技術(shù)展開(kāi)研究的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，該研究領(lǐng)域的知識(shí)創(chuàng)新多且快。

我們?cè)谛畔踩n程傳授的過(guò)程中面臨的困難如下所示：

（1）民族院校的學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和英語(yǔ)素質(zhì)高低不齊；

（2）信息安全相關(guān)的資源分散；

（3）英語(yǔ)語(yǔ)言的教學(xué)與專(zhuān)業(yè)教育的脫節(jié)；

（4）理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)結(jié)合不緊密。

根據(jù)信息安全課程的特點(diǎn)，只有保持信息安全傳授內(nèi)容理論與實(shí)踐知識(shí)的先進(jìn)性，及時(shí)了解該學(xué)科最新研究發(fā)展動(dòng)態(tài)和前沿，才能培養(yǎng)出具有實(shí)踐和創(chuàng)新能力的高層次高素質(zhì)人才。結(jié)合我們面臨的困難，考慮到兩個(gè)因素：（1）信息安全相關(guān)的前沿知識(shí)的語(yǔ)言載體是主要英語(yǔ)；（2）在課堂上嘗試將理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，我們研究并實(shí)踐將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和CLIL雙語(yǔ)教學(xué)應(yīng)用到信息安全課程傳授中的模式。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的概念及模式

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)科專(zhuān)業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬實(shí)物實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件。目前的國(guó)內(nèi)外模擬仿真軟件總結(jié)如下。

PSPICE[4]是由SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）發(fā)展而來(lái)的用于微機(jī)系列的通用電子電路功能的仿真，是一個(gè)多功能的電路模擬試驗(yàn)平臺(tái)；Tina Pro[5]是歐洲D(zhuǎn)esignSoft公司研發(fā)的一個(gè)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，它用于模擬與數(shù)字電路的仿真分析和設(shè)計(jì)研究，分析結(jié)果可以很好地展現(xiàn)在圖表或虛擬設(shè)備中；CircuitMaker[6]軟件用于電子電路仿真實(shí)驗(yàn)，是一種用于電路描述與仿真的語(yǔ)言與仿真器軟件，用于檢測(cè)電路的連接和功能的完整性；Proteus[7]軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司發(fā)布的EDA軟件，提供仿真單片機(jī)及外圍器件的工具，該軟件將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)；Boson NetSim[8]模擬Cisco路由器、交換機(jī)，可自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及連接。

根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，教育部于2013年開(kāi)始啟動(dòng)了開(kāi)展了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作。北京郵電大學(xué)建設(shè)了國(guó)家級(jí)北郵電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，開(kāi)發(fā)了“開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)”[9，10]。我們嘗試將該平臺(tái)作為信息安全課堂的輔助教學(xué)，其中一個(gè)教學(xué)內(nèi)容使用虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，如圖1所示。

四、CLIL雙語(yǔ)教學(xué)的概念及模式

雙語(yǔ)教學(xué)是在教學(xué)過(guò)程中使用除母語(yǔ)以外的一種外語(yǔ)，通過(guò)兩種語(yǔ)言作為教學(xué)媒介，并在教學(xué)過(guò)程中提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力和外語(yǔ)水平。關(guān)于雙語(yǔ)教學(xué)的模式，有多種不同的分類(lèi)，如美國(guó)的“過(guò)渡式”、加拿大等“法語(yǔ)浸入式”等模式。20世紀(jì)20年代，CLIL（Content and Language IntegratedLeaning）[11-13]廣泛應(yīng)用于歐洲的雙語(yǔ)教學(xué)領(lǐng)域。CLIL中文譯為內(nèi)容和語(yǔ)言的融合學(xué)習(xí)，是指將一門(mén)或多門(mén)外語(yǔ)作為非語(yǔ)言學(xué)科的教學(xué)語(yǔ)言，在此過(guò)程中，語(yǔ)言和學(xué)科將共同發(fā)揮作用。以學(xué)科內(nèi)容為核心，使用真實(shí)的語(yǔ)言及語(yǔ)言材料，在課堂教學(xué)中注重學(xué)生的語(yǔ)言、認(rèn)知和情感等因素。CLIL是歐盟在“培養(yǎng)多語(yǔ)言能力公民、促進(jìn)語(yǔ)言教學(xué)的發(fā)展和多樣化”的決議框架下推動(dòng)歐盟各國(guó)開(kāi)展的一種雙語(yǔ)教學(xué)模式。這種模式相對(duì)于源于北美被全球普遍采納的浸入式雙語(yǔ)教學(xué)，為雙語(yǔ)教學(xué)的理論研究和實(shí)踐教學(xué)都做出了具有革新意義的貢獻(xiàn)。

選擇英語(yǔ)作為學(xué)習(xí)信息安全學(xué)科知識(shí)的語(yǔ)言媒介，是因?yàn)橛⒄Z(yǔ)是當(dāng)今國(guó)際各種領(lǐng)域的交流合作中使用頻率最高的語(yǔ)言種類(lèi)。為了使學(xué)生適應(yīng)國(guó)際化教育、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，有效獲得更多、更新的學(xué)科知識(shí)和科技信息，并能夠把我們的科技成果推向世界，高等教育承擔(dān)起培養(yǎng)具有國(guó)際視野、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的創(chuàng)新型、復(fù)合型高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才的責(zé)任，而雙語(yǔ)教學(xué)可以說(shuō)是承擔(dān)責(zé)任的前提或必要條件。特別是CLIL雙語(yǔ)教學(xué)模式對(duì)于中國(guó)的雙語(yǔ)教學(xué)更具有實(shí)際的借鑒意義。CLIL雙語(yǔ)教學(xué)模式可分為三個(gè)方面的內(nèi)容，如圖2所示。

1.內(nèi)容相關(guān)的學(xué)習(xí)（Content-related learning）。在課堂上使用的全英語(yǔ)教學(xué)材料，該材料是否合適教學(xué)，主要看以下幾個(gè)方面：通過(guò)本教學(xué)材料的學(xué)習(xí)，學(xué)生可否掌握兩個(gè)以上的知識(shí)點(diǎn)；量化掌握知識(shí)的目標(biāo)；通過(guò)什么策略讓學(xué)生來(lái)掌握這些知識(shí)點(diǎn)，比如在學(xué)生已有知識(shí)的層面上通過(guò)視覺(jué)、或頭腦風(fēng)暴活動(dòng)、以更友好的方式展示知識(shí)點(diǎn)、通過(guò)不同的學(xué)習(xí)方式如游戲或者視頻支持、安排有挑戰(zhàn)性的任務(wù)給學(xué)生來(lái)完成；

2.語(yǔ)言相關(guān)的學(xué)習(xí)（Language-related learning）。解釋可能影響學(xué)生理解文章的單詞；量化和語(yǔ)言相關(guān)的學(xué)習(xí)掌握指標(biāo)；寫(xiě)出讓學(xué)習(xí)者完成目標(biāo)需要用到的策略，如盡量將英文材料通俗易懂、將關(guān)鍵詞標(biāo)下劃線、英文材料提供詞匯表等；

3.學(xué)習(xí)技能相關(guān)的學(xué)習(xí)（Learning skills-related learning）。標(biāo)出技能相關(guān)的目標(biāo)；量化這些目標(biāo)；設(shè)計(jì)好的策略幫助學(xué)習(xí)者完成這些目標(biāo)，比如重新組織知識(shí)點(diǎn)、通過(guò)圖表等分析知識(shí)點(diǎn)等。

CLIL雙語(yǔ)教學(xué)模式認(rèn)為人的認(rèn)知過(guò)程可分為5個(gè)漸進(jìn)過(guò)程，即記憶、理解、運(yùn)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造（Remember，Understand，Apply，Analyse，Evaluate，Create）。其中記憶、理解、運(yùn)用是低層次的思維能力因?yàn)樗麄兏唧w，而分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造是高層次的思維能力因?yàn)樗麄兏橄蟆?/p>

五、課程設(shè)置教學(xué)實(shí)踐方案

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的研究和探索，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和CLIL雙語(yǔ)教學(xué)方法應(yīng)用到信息安全的課程教學(xué)實(shí)踐中。課程設(shè)置方案氛圍準(zhǔn)備階段、CLIL教學(xué)階段、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)階段，各階段描述如下：

1.準(zhǔn)備階段：配發(fā)講義，其內(nèi)容主要與《Cryptography and Network Security Principles and Practice，F(xiàn)ifth Edition》（密碼編碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全-原理與實(shí)踐）課程內(nèi)容接近，補(bǔ)充專(zhuān)業(yè)詞匯和常見(jiàn)表達(dá)方式。該階段按照教學(xué)進(jìn)度安排學(xué)生自學(xué)并熟悉專(zhuān)業(yè)詞匯，同時(shí)利用CLIL教學(xué)中針對(duì)詞匯測(cè)試的有趣方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行詞匯量的教學(xué)和測(cè)試。

2.CLIL教學(xué)階段。教學(xué)過(guò)程中給出不同的和密碼算法相關(guān)的英文版本供學(xué)生閱讀、參考和討論。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的密碼算法設(shè)計(jì)有特色的相關(guān)的簡(jiǎn)單的任務(wù)，教師講解，學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)合作，在給定的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)設(shè)計(jì)方案并且陳述其方案，交流的過(guò)程主要使用英語(yǔ)完成。

3.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)階段。在教學(xué)過(guò)程中，在算法很抽象或者熟悉相關(guān)密碼算法后，老師通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)展示該算法的原理或?qū)嶋H應(yīng)用，將抽象內(nèi)容形象化和具體化。安排學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)安全實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步鞏固、實(shí)踐其所學(xué)習(xí)的密碼理論知識(shí)。

六、信息安全雙語(yǔ)課程教學(xué)的心得與體會(huì)

將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和基于CLIL的雙語(yǔ)教學(xué)引入到信息安全的課堂教學(xué)中，使得教學(xué)模式和方法多樣化、智能化、規(guī)范化、國(guó)際化，旨在提高學(xué)生專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)寫(xiě)能力；加強(qiáng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)；更生動(dòng)形象傳達(dá)不易理解的知識(shí)。具體意義如圖3描述，總結(jié)如下：

1.引入CLIL雙語(yǔ)教學(xué)理論，將語(yǔ)言和學(xué)科融合進(jìn)教學(xué)。學(xué)習(xí)探討國(guó)際上主流的被大家認(rèn)可的雙語(yǔ)教學(xué)理論如CLIL，在此基礎(chǔ)上探索適合民族院校學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)方式方法，在《信息安全》專(zhuān)業(yè)課程的講授過(guò)程中將英語(yǔ)的語(yǔ)言能力培養(yǎng)與信息安全的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容融合起來(lái)一起學(xué)習(xí)，在此過(guò)程中，語(yǔ)言和學(xué)科將共同發(fā)揮作用。旨在提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)能力、擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，為國(guó)家培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型專(zhuān)業(yè)人才隊(duì)伍。

2.搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將理論和實(shí)踐融合進(jìn)教學(xué)。在課堂教學(xué)過(guò)程將動(dòng)畫(huà)模擬、虛擬仿真、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)和實(shí)物實(shí)驗(yàn)優(yōu)化組合，探索各類(lèi)案例的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、啟迪思維、激發(fā)潛能。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，整合信息安全的相關(guān)資源，提供智能化的教學(xué)服務(wù)同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。

本論文的探索方法將是鼓勵(lì)課前預(yù)習(xí)、課程參與、課后實(shí)踐。講授方式的選擇將會(huì)優(yōu)化組合教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高學(xué)生的上課注意力。通過(guò)CLIL模式中各類(lèi)學(xué)習(xí)技巧，逐步提高學(xué)生的英語(yǔ)能力和專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。

七、總結(jié)

本論文探索將CLIL雙語(yǔ)教學(xué)模式和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到信息安全的課程教學(xué)過(guò)程中。學(xué)習(xí)探討適合信息安全課程特點(diǎn)和民族院校教學(xué)特點(diǎn)的雙語(yǔ)教學(xué)理論如CLIL雙語(yǔ)教學(xué)模式，在《信息安全》專(zhuān)業(yè)課程的講授過(guò)程中將英語(yǔ)的語(yǔ)言能力培養(yǎng)與信息安全的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容融合起來(lái)一起學(xué)習(xí)，語(yǔ)言和學(xué)科將共同發(fā)揮作用；同時(shí)運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等輔助手段，將信息安全的理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)結(jié)合起來(lái)，提高學(xué)生對(duì)信息安全專(zhuān)業(yè)的認(rèn)知程度。我們所做的努力最終的目標(biāo)是讓學(xué)生從記憶、理解、運(yùn)用知識(shí)到能分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造知識(shí)的轉(zhuǎn)變，為社會(huì)培養(yǎng)大量既有豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)又精通英語(yǔ)的高素質(zhì)復(fù)合型人才。

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