基于案例教學(xué)的信息隱藏技術(shù)課程教學(xué)探討

張正偉+王偉敏+吳禮發(fā)

摘 要 案例教學(xué)是將理論知識(shí)和應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)理論指導(dǎo)具體實(shí)踐的過(guò)程，有利于提高缺乏開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生理解和掌握信息隱藏理論的能力。針對(duì)該門課程特點(diǎn)，首先指出現(xiàn)階段信息隱藏課程教學(xué)存在的相關(guān)問(wèn)題，然后對(duì)該課程應(yīng)用案例教學(xué)法的可行性與必要性進(jìn)行系統(tǒng)分析，并對(duì)信息隱藏教學(xué)中引入案例教學(xué)所采用的方式、步驟及注意事項(xiàng)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 信息隱藏；信息隱藏技術(shù)課程；案例教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）22-0100-03

Research on Course Teaching of Information Hiding Technology based on Case Teaching//ZHANG Zhengwei， WANG Weimin， WU

Lifa

Abstract Case teaching is the combination of theoretical knowledge and practical application. It is a process which is guided by theory to

practice， which is beneficial to improve students ability to under-stand and grasp the information hiding theory. According to the cha-

racteristics of this course， this paper firstly points out that the modern

information hiding problems existed in the course teaching， then carries on the system analysis the feasibility and necessity of the course， application of case teaching method， and the information hiding teaching into the teaching case of the methods， steps and matters needing attention are discussed.

Key words information hiding； course of information hiding techno-

logy； case teaching

1 引言

信息隱藏是隱蔽通信和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等的主要手段。信息隱藏技術(shù)課程是一門實(shí)踐性和理論性都較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)信息專業(yè)課程，可作為高等院校具有一定計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)的信息安全專業(yè)、通信工程專業(yè)、密碼學(xué)專業(yè)及計(jì)算機(jī)專業(yè)的研究生或高年級(jí)本科生教程，其基本知識(shí)涉及數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、人工智能、圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)等多個(gè)學(xué)科。在實(shí)際教學(xué)中，由于課時(shí)數(shù)有限，不能將課本知識(shí)面面俱到，為了保證課堂教學(xué)質(zhì)量，通常教師會(huì)采用“教師課堂授課—教師課堂案例演示—學(xué)生課下模擬”這一傳統(tǒng)的教學(xué)方式，以教師講授為主，以學(xué)生學(xué)習(xí)和模仿為輔。采用案例教學(xué)法進(jìn)行課堂教學(xué)[1]，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，增強(qiáng)學(xué)生思維效力，改善學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的融會(huì)貫通能力。

案例教學(xué)法旨在增強(qiáng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，注重于實(shí)際應(yīng)用。案例教學(xué)法是由哈佛大學(xué)在20世紀(jì)20年代提出來(lái)的，其主要采用一種新穎案例方式來(lái)完成課堂教學(xué)[2]。通過(guò)這種模式教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、積極思考探索、主動(dòng)參與集體討論并取得很好的效果。

普通本科院校鑒于其教育及管理定位，易造成學(xué)生基本理論知識(shí)不夠完善、應(yīng)用實(shí)踐能力較弱，如何提高學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，以更好滿足社會(huì)對(duì)高素質(zhì)人才要求的需求，是當(dāng)前普通高等教育亟待探究的關(guān)鍵所在[3]。在信息隱藏技術(shù)課程教學(xué)中采用案例法教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。將項(xiàng)目案例運(yùn)用到課堂教學(xué)[4]，能使學(xué)生更加體會(huì)到成功的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，有助于增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2 信息隱藏技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

信息隱藏技術(shù)作為計(jì)算機(jī)信息類專業(yè)的一門核心課程，有著較強(qiáng)的理論性和應(yīng)用實(shí)踐性。

理論性偏強(qiáng)，數(shù)學(xué)知識(shí)掌握要求高 信息隱藏技術(shù)這門課程雖然內(nèi)容繁雜，但可以通過(guò)分析處理數(shù)字信號(hào)的方式和過(guò)程進(jìn)行授課。信號(hào)可以看作一個(gè)二維有界向量，可以在空域或頻域?qū)ζ溥M(jìn)行分析處理，因此，有關(guān)信號(hào)處理理論和方式都能應(yīng)用到信息隱藏上來(lái)。信息隱藏技術(shù)具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，需要學(xué)生掌握較好的基礎(chǔ)知識(shí)，這對(duì)普通高校學(xué)生來(lái)說(shuō)存在較大壓力。同時(shí)，許多原理、公式演算和模型構(gòu)建貫穿整個(gè)課程，其內(nèi)容學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥無(wú)味，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，影響學(xué)習(xí)效果。

實(shí)踐技能偏弱，應(yīng)用能力不強(qiáng) 信息隱藏技術(shù)是一門理論與實(shí)踐相輔相成、緊密結(jié)合的專業(yè)性課程，這要求學(xué)生不僅要了解和掌握信息隱藏基本概念和原理，而且應(yīng)具備較強(qiáng)的編程應(yīng)用能力，能夠通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種信息隱藏處理。經(jīng)歷這些年的教學(xué)研究，筆者深感學(xué)生的編程實(shí)踐技能有待提高，即便完成本科階段學(xué)習(xí)，也很難實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單算法，更談不上用所學(xué)知識(shí)去完成一個(gè)綜合的、系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)任務(wù)。

相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí) 信息隱藏主要是利用相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)將信息隱藏到某一載體中。該門課程主要采用工程實(shí)踐的原理、算法及相關(guān)技術(shù)來(lái)完成信息的嵌入與提取。因此，該門課程涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，如矩陣論、密碼學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、信號(hào)分析與處理等。學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程時(shí)，由于并沒(méi)有對(duì)這些知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，因此較難理解和掌握這門課程。

3 案例教學(xué)法的含義

案例教學(xué)法是一種以案例設(shè)計(jì)與分析為基礎(chǔ)，結(jié)合課堂講授的教學(xué)方法。教師在教學(xué)中充當(dāng)啟蒙者和激勵(lì)者的角色，誘導(dǎo)學(xué)生積極思考問(wèn)題和解決問(wèn)題。區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)法，案例教學(xué)法要求教師根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，設(shè)計(jì)并選擇適當(dāng)案例，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行分析和探討，并進(jìn)行實(shí)踐操作的教學(xué)過(guò)程。在這一過(guò)程中，學(xué)生是主體，教師是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的指路人。選擇什么樣的案例，決定了該教學(xué)法能否取得成功。課堂授課是對(duì)案例決策、案例分析與選擇的關(guān)鍵，可以激發(fā)學(xué)生思維，提高動(dòng)手能力。課后案例分析報(bào)告則是經(jīng)由案例教學(xué)達(dá)成教學(xué)目的的保證。案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的區(qū)別如表1所示。

信息隱藏技術(shù)作為一門專業(yè)課程，其內(nèi)容相對(duì)比較抽象和枯燥。傳統(tǒng)授課通常采用“課堂講授，課堂演示”的教學(xué)模式，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，導(dǎo)致理論記憶不深。該課程偏重工程應(yīng)用研究，而目前使用的教材其內(nèi)容側(cè)重基礎(chǔ)理論且算法較為陳舊，學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程后無(wú)法應(yīng)用于實(shí)踐，學(xué)習(xí)熱情不高。近幾年，學(xué)校雖已逐漸重視對(duì)學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)能力的培養(yǎng)，但也僅僅是機(jī)械地對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行編程操作，屬于被動(dòng)的對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。跟課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新性要求不高，學(xué)生實(shí)際操作還有待加強(qiáng)。

4 案例設(shè)計(jì)

案例教學(xué)法是一種以案例設(shè)計(jì)與分析為主、理論知識(shí)講解為輔的教學(xué)模式。授課中要求以案例為中心，激發(fā)教師和學(xué)生的積極性和能動(dòng)性，突出學(xué)生的主動(dòng)性。

設(shè)計(jì)原則 案例教學(xué)法強(qiáng)調(diào)以學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，注重培養(yǎng)學(xué)生思維創(chuàng)新能力，能夠較好地解決一些實(shí)際問(wèn)題。項(xiàng)目設(shè)計(jì)要體現(xiàn)“以學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，教師課堂講授為輔”的教學(xué)理念，擺脫過(guò)去那種“以教師講授為主，學(xué)生學(xué)習(xí)和模仿為輔”的傳統(tǒng)教學(xué)思想。任課教師要盡可能設(shè)計(jì)出一些帶有誘發(fā)性、啟導(dǎo)性和思維性的項(xiàng)目，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣。

1）目的性。信息隱藏技術(shù)課程是一門工程應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手操作能力要求較高，需要注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐性技能，通過(guò)工程實(shí)踐教學(xué)來(lái)提高學(xué)生的理論知識(shí)掌握能力。為了更好地提高學(xué)生的應(yīng)用技能，案例的選擇與設(shè)計(jì)必須遵循教學(xué)目的和教學(xué)大綱。

2）真實(shí)性。以能滿足實(shí)際應(yīng)用為探討目標(biāo)，理論聯(lián)系實(shí)踐，將社會(huì)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題引入課堂中，有利于增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力。這將為學(xué)生未來(lái)從事相關(guān)開(kāi)發(fā)與研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3）代表性?？紤]到信息隱藏技術(shù)課程教學(xué)學(xué)時(shí)有限，不能面面俱到講解課程所有知識(shí)點(diǎn)，因此，所選取或設(shè)計(jì)的教學(xué)案例應(yīng)具有專一性、實(shí)時(shí)性、代表性和可操作性，這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題和思維創(chuàng)新能力。

4）實(shí)用性。信息隱藏技術(shù)課程主要講解的是信息嵌入、信息提取和篡改定位等相關(guān)內(nèi)容，這要求所選取案例一定要結(jié)合實(shí)際，滿足社會(huì)實(shí)際應(yīng)用的要求。

5）生動(dòng)性。信息隱藏技術(shù)課程其理論原理相對(duì)較為枯燥，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。將客觀枯燥的原理通過(guò)生動(dòng)的案例進(jìn)行形象描述，這將有助于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣。

案例設(shè)計(jì)的基本方法 信息隱藏技術(shù)案例教學(xué)主要圍繞案例準(zhǔn)備、案例實(shí)施、案例評(píng)價(jià)等幾個(gè)步驟展開(kāi)。

1）案例準(zhǔn)備。教師需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)出一個(gè)能充分激發(fā)學(xué)生興趣、提高動(dòng)手能力的案例。教師和學(xué)生對(duì)此案例進(jìn)行溝通理解，劃分小組，指定組長(zhǎng)，明確各組員任務(wù)。通過(guò)組內(nèi)成員共同撰寫目標(biāo)，明確各自不同的興趣，確定任務(wù)和預(yù)期效果。

2）案例實(shí)施。首先，教師要組織學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行分析理解，通過(guò)各組的討論、分析并提出實(shí)施思路。其次，教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)施思路進(jìn)行針對(duì)性講解后，要求學(xué)生對(duì)實(shí)施思路進(jìn)行討論修改，并提出修改方案。最后，由學(xué)生各組共同協(xié)作完成案例制作。在制作過(guò)程中，教師要不斷激勵(lì)學(xué)生要勇于創(chuàng)新、突破自我，充分發(fā)揮想象力。

3）效果評(píng)價(jià)。案例效果評(píng)價(jià)主要用來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。不能用單一的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)案例教學(xué)法的優(yōu)劣，需要倡導(dǎo)學(xué)生的主體地位，鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，分層進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)需要展開(kāi)團(tuán)隊(duì)互評(píng)及個(gè)人自評(píng)等形式。案例教學(xué)法以學(xué)生學(xué)習(xí)為主體，存在多個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，需要教師對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行記錄，了解和掌握學(xué)生的實(shí)際操作情況，并予以指導(dǎo)。

5 案例教學(xué)法在信息隱藏技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

案例教學(xué)法既能有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力，又能加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，貫穿于信息隱藏技術(shù)課程教學(xué)的全過(guò)程。首先，通過(guò)案例來(lái)講解信息隱藏的基本原理，將一個(gè)典型的、易于理解的和具有實(shí)際應(yīng)用意義的案例引入教學(xué)中，將復(fù)雜的概念用形象生動(dòng)的案例來(lái)進(jìn)行闡述。其次，不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有所差異，需對(duì)不同學(xué)生設(shè)置相對(duì)應(yīng)要求。通過(guò)對(duì)案例教學(xué)法的初步引入，教師對(duì)學(xué)生的編程、分析問(wèn)題能力有了初步了解。通過(guò)對(duì)不同層次的學(xué)生設(shè)置不同的教學(xué)規(guī)程，運(yùn)用案例教學(xué)法才有可能真正提高不同層次學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力。

前期 就信息隱藏技術(shù)而言，案例教學(xué)法因該課程涉及內(nèi)容廣、深，相應(yīng)算法復(fù)雜，而使教學(xué)過(guò)程變得煩瑣。如果在案例教學(xué)法的初始階段就要求學(xué)生完全獨(dú)立編程，實(shí)現(xiàn)某一算法，容易打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和降低學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生畏難心理，這將很難取得較好的教學(xué)效果。因此，該階段教師可以多提供易懂代碼給學(xué)生，讓學(xué)生在模擬編程中感受課程學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。在經(jīng)過(guò)一段練習(xí)實(shí)踐后，學(xué)生的編程能力會(huì)有所增強(qiáng)，此時(shí)可適當(dāng)減少所供代碼比例。

中期 該階段是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐編程能力的重要時(shí)期，其案例內(nèi)容的設(shè)計(jì)與選擇需因不同類型學(xué)生的差異而有所改變。

1）對(duì)于有一定編程能力的學(xué)生，教師可以提供一些參考資料，讓學(xué)生自主編寫一些基礎(chǔ)程序。

2）具有一定分析能力但編程能力一般的學(xué)生，可以通過(guò)對(duì)算法原理分析來(lái)對(duì)教師提供的部分代碼做適當(dāng)改進(jìn)，以驗(yàn)證改進(jìn)算法的優(yōu)越性。

3）信息隱藏實(shí)驗(yàn)在信息嵌入時(shí)，有時(shí)為了提高算法性能，需要調(diào)整嵌入?yún)?shù)，這時(shí)就可以讓編程能力相對(duì)較弱的學(xué)生完成數(shù)據(jù)驗(yàn)證與分析的任務(wù)。

后期 案例教學(xué)法的案例內(nèi)容必須具備完整性、實(shí)用性和系統(tǒng)性，這將很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。案例教學(xué)法可以讓學(xué)生積極參與其中，營(yíng)造團(tuán)隊(duì)合作的良好氛圍[5]。隨著學(xué)生綜合能力的提高，可在后期安排課程實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)等相關(guān)任務(wù)讓學(xué)生來(lái)完成，如水印嵌入、水印提取等。課后可以通過(guò)相關(guān)通信媒介來(lái)加強(qiáng)學(xué)生之間的討論以及師生間的交流，這樣做可以減少課堂討論時(shí)的不可控因素，節(jié)約課時(shí)，以提高學(xué)生動(dòng)手操作能力。

6 總結(jié)

案例教學(xué)法可以將理論和實(shí)踐更好地結(jié)合起來(lái)，不僅可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而且改善了傳統(tǒng)課程授課的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生想學(xué)、愛(ài)學(xué)、學(xué)而不厭的態(tài)度。學(xué)生通過(guò)對(duì)案例進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，可以更好地加深對(duì)課程理論知識(shí)的理解。案例教學(xué)法可以使學(xué)生參與實(shí)際應(yīng)用，解決社會(huì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，達(dá)到學(xué)以致用的目的。案例教學(xué)法是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的有益擴(kuò)充，信息隱藏技術(shù)的基本原理必須通過(guò)教師課堂講授，學(xué)生才能牢固掌握，才能更好地去指導(dǎo)實(shí)踐。

淮陰工學(xué)院將案例教學(xué)法運(yùn)用到信息隱藏技術(shù)課程教學(xué)中并已取得顯著效果。教學(xué)實(shí)踐表明，案例教學(xué)法改變了傳統(tǒng)教學(xué)中以教師課堂講授為主的教學(xué)方式，以學(xué)生為中心，誘導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣。案例教學(xué)法有效地改善了教學(xué)體系，提高了教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生更全面地掌握信息隱藏算法所涉及的相關(guān)認(rèn)識(shí)。傳統(tǒng)教學(xué)法在理論教學(xué)、保持系統(tǒng)完整性方面有著案例教學(xué)法無(wú)法替代的功效。因此，將兩種教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合、相輔相成，才能在教學(xué)上獲得更好的效果?！?/p>

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