《現代密碼學》課程任務驅動式教學內容的設計

閆璽璽+　葉青　湯永利

【摘 要】針對我國大學生在網絡環境下自主探究學習中存在的問題，闡明基于任務驅動式的教學模式的意重要義。以現代密碼學課程為例，從教學內容的安排、教學方法的應用、實踐任務的強化等方面進行探討，完成任務驅動式教學內容的設計，培養學生的自主學習能力、知識應用能力及創新能力。

【關鍵詞】任務驅動；自主探究；現代密碼學；教學改革

Teaching Content Designing of Task-Driven Model in Modern Cryptography Course

YAN Xi-xi YE Qing TANG Yong-li

（College of Computer Science and Technology，Henan Polytechnic University，Jiaozuo Henan 454003，China）

【Abstract】In order to solve the problems existing in the self-inquiry learning of college students in the network environment，the importance of the task-driven teaching model is illuminated.Takeing the modern cryptography course as an example，it carries on the discussion to task-driven teaching model from arrangement of teaching content，application of teaching methods and stengthening of practical tasks.It fosters studentsability of independent learning，problem solving and innovation，and achieves good teaching effect in the course of practics.

【Key words】Task-driven；Self-learning；Modern cryptography；Teaching reform

0 引言

信息技術的飛速發展和世界全球化的趨勢下，創造能力和創新意識是知識經濟時代和社會發展的需要。高校是傳承文化和培養人才的重要陣地，擔負著為建設創新型國家培養德才兼備、國際一流、適應社會經濟發展需要的創新人才的重任，如何使大學生的創新意識和創新能力得到良好的培養和訓練，從而適應社會經濟發展的需要，成為創新型人才，成為世界范圍內高等教育研究的重要課題。近年來，我校采用Sakai（賽課）網絡教學平臺作為主要的互動平臺，給學生提供網絡資源，包括課件、視頻、作業、試題庫、討論區等功能，為學生自主探究學習提供了一個很好的平臺。所以，借助Sakai（賽課）網絡教學平臺，以《現代密碼學》課程為例，探討任務驅動式的教學內容設計。

1 任務驅動式教學方式的意義

培養學生的創造能力和創新意識，首先要強調的就是如何進行探究和發現。在我國傳統的教學過程中，學生自始至終處于被灌輸的地位，缺乏主動探索、主動發現的學習環境與空間。而現代信息技術、網絡技術和多媒體技術應用日益普遍，所具有的超文本特性和網絡特性，有利于實現探究性和發現式學習，為學生發散性思維、創造性思維的發展和創新能力的培養提供了廣闊的空間和便利的條件。網絡教學環境下學生自主探究學習能力的培養與評價研究具有重要的理論價值和實踐意義。

1）改變傳統以思想、規范等的單純傳授、灌輸為主要方式的教學模式，實現以學生為主體自主探究學習的教學模式。

落后的教學理念以及缺乏創新的教學方式，使得我國大學生習慣于跟隨性學習，形成了依賴的心理，思維方式往往是單一的和直線式的，缺乏靈活性和全面性。另外，許多學生只為應付考試，拿到文憑，對學習方法和策略的改進沒有足夠的重視，思維方法得不到有效訓練。學生自我學習能力不理想，多數大學生受到思維定勢的影響，面對Sakai（賽課）網絡教學平臺中的資源缺乏目的性，容易受外界干擾，學習效率低。

2）提高學生獲取信息的能力，培養學生獨立思考的創新意識。

以前，不少學生登錄Sakai（賽課）網絡教學平臺僅僅學習課件，忽略了教學平臺的其它網絡資源；個別學生只是為了完成Sakai（賽課）網絡教學平臺所規定的作業，登錄教學平臺之后隨便輸入幾個字了事； 有些學生則把Sakai（賽課）網絡教學平臺中的討論區變成聊天室，真正主動發起課程討論的人很少。學生們更青睞于面授輔導或有“暗示試題傾向的”期末復習資料。教師要做好引導工作，培養學生根據自己的學習目標有效、快速地搜集、選擇有利用價值的信息，并能夠在理解的基礎上進行研究和推敲，根據事物間的相互關系、因果關系等對信息進行加工，得出新的信息，形成自己的知識。

3）激發學生學習的興趣，調動學生學習的主動性，提高教學質量。

由于學生課程的繁重，理論學時多，能夠應用于自主學習的時間不多。以本校為例，現代密碼學理論課時40個學時，實踐課程卻僅僅8個學時。學生得不到實踐的機會，實驗、實習、設計等實踐性教學環節基本上屬于已知領域的知識驗證和重復，缺乏實驗技術、實驗設計、實驗方法和獨立從事實驗工作能力的培養和訓練，嚴重影響了學生動手能力的提高，發現問題、解決問題的能力得不到鍛煉。任務驅動式教學模式，學生通過對網絡資源的利用，激發出對學習的興趣，不僅充分調動了學生學習的主動性，還有助于學習動機的形成，這讓學生在學習過程中的效率倍增。學生學習的效率提高了，學校教學質量也自然有了明顯的提高。

2 任務驅動式教學內容的設計

任務驅動式教學模式，即引導學生在特定的任務驅動下進行自主地探究，建構起屬于自己的知識與能力，能充分體現教師主導作用，學生主體作用的教學理念。任務驅動式教學模式整體上以理論教學為引導，以任務和實踐為主，將需要學生掌握的知識設計在一個或幾個任務之中。通過問題情景的提出、模擬項目的引出、任務網絡發布并啟發學生思考、任務驅動下的網絡自主學習、團隊自由組建下的網上討論和解決方案的提出、課堂匯報、共性問題及成果匯總、學習成果的回顧等過程的實施，在教師的啟發、引導、點撥、幫助下，帶著一種積極要求了解問題、解決問題的強烈愿望與心情，采用探索研究的方法， 自主參與學習，從而達到解決疑問、掌握相應的知識與能力的目的。

現代密碼學包括古典密碼、序列密碼、分組密碼、公鑰密碼、雜湊函數、數字簽名及密鑰管理等基礎內容，涉及內容較多。因此，教學內容設計時要依據課程的性質、授課對象、教學目標的不同，有選擇有針對性的進行任務的設計，不能過于簡單，無法滿足教學目標的要求，也不能設計過難，使學生無法完成，打擊學生的積極性。以本校網絡信息安全學生的教學目標為例，現代密碼學課程安排48學時的教學，其中理論教學40學時，實踐教學8學時。依據教學目標，從以下四個部分進行分層次式教學，理論學時結合教學學時，通過任務驅動式提高教學質量。

第一部分，現代密碼學引言，安排6個學時。主要包括密碼學與信息安全的重要性及之間的關聯，現代密碼學的安全機制、古典密碼體制等教學內容。這是學生第一次接密碼學課程，必須要通過一些生動的實例來抓住學生的注意力，引發學生對課程的學習興趣。比如通過雙11的網購安全作為切入點，分析密碼學對信息安全的重要性；通過電視劇《潛伏》中余則成通過收音機的廣播傳遞機密信息，使學生了解密碼體制的構成；通過接頭暗號、藏頭詩等一些經典橋段，使學生充分理解古代的密碼術。教師在這一部分內容講授時需要多借助Flash、視頻、PPT等多媒體資料對學生進行分析，突出密碼學的重要性和必要性。任務一設計時，可以要求學生利用代換密碼和置換密碼組合加密內容及其破解，使學生充分理解代換密碼和置換密碼的主要思想，并通過數據加密者和數據破解者角色的扮演，營造一種自主學習與積極競爭的學習氛圍。

第二部分，對稱密碼體制，包含分組密碼、序列密碼等密碼體制，安排12個學時。分組密碼是對稱密碼技術的主要內容和重點，尤其像DES、AES算法是目標使用廣泛的對稱密碼算法，需要學生掌握算法的設計原理。但是這部分內容又涉及數學基礎較多，如果單純的依靠課本講解，學生聽起來就會枯燥乏味，無法掌握學習重點。因此，此環節可以通過分組討論學習的形式進行，教師提供相關的參考資料，并給每組學生都分配不同的學習內容，由學生來進行重點知識的講解，充分調動學生的主觀能動性。同時，通過任務二設計基于分組密碼的文件鎖，要求利用DES、AES等算法對數據文件進行加密，并通過在資源管理器上單擊鼠標右鍵進行加鎖和解鎖。學生通過任務的實踐，加深對算法的理解，并了解算法在實際生活中的應用，能極大的引起學生的學習熱情。

第三部分，公鑰密碼體制。這部分內容是現代密碼學課程的核心所在，安排18個學時，重要介紹公鑰密碼算法、數字簽名、密鑰管理及消息認證的理論知識。公鑰密碼算法中涉及到較多的數論知識，而網絡專業的學生對于這部分內容可能掌握比較少，需要教師在講解具體的算法時穿插性的對數論知識進行介紹，如RSA算法需要介紹歐拉定理、ELGamal算法需要離散對數相關知識、ECC算法中橢圓曲線相關知識等。數字簽名章節教師除了介紹基本的簽名算法相關原理之外，可以通過電子商務一些實際應用例子引出盲簽名、群簽名、代理簽名等應用協議，讓學生充分了解密碼學與實際應用緊密聯系。任務三設計一個簡單的電子商務系統，通過簽名算法實現對訂單信息的簽名，結合消息認證算法實現消息的完整性保護，最終通過公鑰密碼算法實現信息的傳輸。通過此任務，可以幫助學生理清整個知識結構，搞清楚各個知識點的內在聯系。

第四部分，應用協議，安排4個學時，學習現代密碼學在實際網絡和系統中的應用協議。教師在此部分內容講解時，需要選取幾個代表性的協議進行介紹，如Kerberos認證協議、安全支付SET協議等等。任務四可以設計個具有挑戰性的任務，不再僅僅局限于教材中的內容，結合熱點話題設計一個安全的云存儲系統，通過數據加密、身份認證、訪問控制等功能的實現使學生對密碼學課程整體把握，并培養學生的獨立分析問題能力，挖掘學生的創新潛力。

3 結束語

針對本科院校大學生的學習特點，結合本校信息安全專業教學的實際，探討了基于任務驅動的現代密碼學課程教學內容的設計，并在實踐教學中的應用效果顯著，大部分學生的自主探究學習能力、解決問題能力、創新能力以及團隊協作能力都有較大的提升，達到了課程改革的目標。

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[責任編輯：田吉捷]