基于任務驅動的現代密碼學課程教學模式改革

閆璽璽+葉青+湯永利

摘 要： 針對現代密碼學課程的特點與現狀，探討基于任務驅動的教學模式改革。從教學內容設計、教學方法實施以及課程考核評價三個方面進行探討，培養學生的自主學習能力、解決問題能力及創新能力，全面提高學生的整體素質。該模式對信息安全發展、課程建設及人才培養等有一定的借鑒作用。

關鍵詞： 任務驅動； 自主學習； 現代密碼學； 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）07-78-03

Reform of the modern cryptography course teaching mode with task-driven

Yan Xixi， Ye Qing， Tang Yongli

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

Abstract： According to the characteristics of modern cryptography course， the reform of the teaching mode with task-driven is discussed. The discussion is conducted in three aspects， the design of teaching contents， the implementation of teaching methods and the evaluation， to cultivate students' autonomous learning ability， problem-solving ability and innovation ability， and to improve the overall quality of students comprehensively. This model can be used for reference in information security development， curriculum construction and personnel training.

Key words： task-driven； self-learning； modern cryptography； teaching reform

0 引言

在信息技術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型人才的重任。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[1]。

現代密碼學課程實踐性要求很高，不僅需要掌握理論知識和前沿知識，還需要把所學的知識用到實踐中去，并在應用中不斷地發現問題，思考問題，解決問題[2]。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，無法滿足現代信息社會對人才的需求[3]。“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。借助現代信息技術、網絡技術和多媒體技術所具有的超文本特性和網絡特性，基于任務驅動的教學模式改革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。

1 現代密碼學課程特點分析

⑴ 學科面廣，知識點多

現代密碼學是一門交叉學科，涵蓋內容廣泛，涉及到數學、情報學、圖象學、計算機、通信、物理、生物等多個學科[4-5]。現代密碼學的理論基礎是計算數論、抽象代數、概率論等基礎學科，是數學理論知識在信息學科中的應用。同時，現代密碼學又與計算機和通信學科緊密相聯，用于保證信息在計算機和通信中的安全性。另外，現代密碼學領域的一些新興技術又與圖形學、生物學等學科密切相關，比如數字水印是對圖象、視頻等載體信息的數據格式進行處理，DNA密碼利用生物技術對DNA分子進行計算研究。如何恰當地編排學科知識內容學習，又能合理地貫穿這些知識點是現代密碼學課程需要考慮的問題之一。

⑵ 教材內容陳舊，教學內容不夠前沿

目前大多數現代密碼學教材理論知識都采用經典算法，如DES、AES、RSA、MD5等比較有代表性的算法。雖然這些算法對學生了解相關密碼體制有著巨大的幫助，但無法使學生了解到最新的研究成果。比如公鑰密碼體制，通常書中對RSA、ELGamal、橢圓曲線、背包密碼等經典算法有詳細的算法描述和安全性分析，而對于基于身份的密碼體制、基于屬性的密碼體制這些新的研究熱點，卻很少有教材介紹，即使有，也是簡單介紹其概念和原理，缺少具體對算法的研究。學生無法從書中了解到前沿知識，學到的知識永遠落后于實際應用中的技術，容易產生所學知識無用的想法。

⑶ 實踐性強，教學模式單一

現代密碼學是一門實踐性很強的課程，但是大多數院校安排課時是以理論課時為主，實踐課時較少。以本校為例，現代密碼學理論課時40個學時，實踐課程僅有8學時。學生缺乏自己動手實踐的機會，普遍反映學習算法時比較吃力，比如RSA，DES，AES，ELGamal等算法原理在課堂上都能聽懂，但真正上機編寫卻無從下手，在實際中不知如何應用。

因此，針對現代密碼學的課程特點，以任務驅動引導學生自主探究學習，強調學生的主體作用，有助于提高學生的學習興趣。把理論與實踐課程相結合，注重實踐環節，加強學生實踐能力的培養，可以讓學生更好地了解所學內容的實用價值。培養學生主動學習、獨立思考以及團隊合作的能力，從而提高教學質量。

2 教學內容任務設計

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，涉及內容比較多。將現代密碼學整個知識結構理清，認清各個章節的內在聯系，將大大提高效率。整體上以理論教學為引導，注重任務和實踐，將知識設計在一個或幾個任務之中，并且各個任務之間能有一定的聯系，幫助學生理清整體知識結構。基于任務驅動的教學模式目標在于充分體現“教師主導作用，學生主體作用”的教學理念，引導學生發現問題、分析問題、解決問題。

任務設計是實踐性教學關鍵的一步，每一節課都應該提前思考并設計好教什么、怎么教，通過什么樣的方式調動學生的學習積極性，設計什么樣的任務培養學生的邏輯思維能力等等。任務設計難度不能過大，使學生無法完成，也不能設計過于簡單，無法達到教學目標。因此，任務設計時不但要依據教學目標，還需要滿足學生的層次需求，更重要的是，任務要具有趣味性、知識性、實用性、挑戰性。①趣味性。該特性主要是借助Flash、視頻、PPT等多媒體引發學生的學習興趣，如任務一通過網購安全、手機隱私安全等問題作為切入點，使學生了解現代密碼學與信息安全的關系，掌握現代密碼學課程的內容，突出學習密碼學知識的必要性和重要性。②知識性。任務設計時要符合教學目標要求，能夠將需要學生掌握的知識涵蓋在任務中。通過任務，學生不但加深了對知識點的理解，而且更加清楚不同算法的優缺點及其之間的聯系。③實用性。通過將任務與理論相結合，通過將理論知識轉變為解決實際應用中的問題，使學生能夠運用所學的知識和自己的經驗提出解決方案，激發學生積極的學習態度，培養學生解決問題的能力。④挑戰性。每個班級中的學生學習程度都是有層次的，設計任務時應該考慮不同程度的學生，給每個學生多種選擇。對一些學有余力的學生，可設計具有挑戰性的任務，充分挖掘此類學生的潛力。

3 基于任務驅動的教學方法實施

教學內容實施過程中，重在發揮學生的主體作用，通過啟發引導、自主探究、協作交流、總結提高等具體的實施，提高學生自主學習能力。

啟發引導。課堂內容與任務確定后，需要教師對任務場景進行分析，向學生提出若干啟發性的問題，引導學生深入思考，使學生快速找到問題的切入點，對問題進行分解、自主分析，提出解決方案。這個環節，教師的角色由傳統的“授”轉變為“引”，需要教師作好充分的準備工作，摸清楚學生的學習狀態、認知能力、興趣愛好等基本特點，以學生積極接受的方式引導學生。

自主探究。該環節是基于任務驅動教學模式的重要環節，教師僅僅負責提供資料，由學生自主探討、解決訪問的方法，學生可以利用網絡獲取最新、最豐富的教育資源，結合Sakai網絡教學平臺中教學內容、多媒體教學課件、圖片集、教學視頻、學生作品等教學資源，將收集到的資料整理、消化、吸收、轉化為自己的東西，找出完成任務的最佳解決方案。該環節有助于增強學生自主學習意識，培養學生的主動創新精神，挖掘學生的挑戰能力。

協作交流。經過自主探究學習后，協作交流可以作為學生思路交流、成果分享、觀點碰撞的平臺，學生之間相互交流自己的解決方案，通過互相補充與優化，進一步促進學習與合作。教師在此環節要做好組織引導工作，避免學生因爭論激烈而偏離主體，對一些疑難問題，適當的給予引導，以免學生進入死胡同。該環節重點在于培養學生溝通交流、思維發散、團隊合作能力，提升學生全面素質。

總結提高。任務驅動的教學模式最后一個環節就是總結提高。首先，教師需要引導學生對任務進行總結，對學習過程中遇到的問題與解決方法進行總結，對學習成果進行歸納，完成學習研究報告。其次，以小組或個人的形式讓學生對學習報告進行陳述，引導學生分享自己的成果，欣賞他人的成果，學會反思與總結自己成果的優點與不足。最后，教師需要對所有學生的任務完成情況進行總結，對一些共性的問題給予指導和點評。此環節重點在于激發學生獲得進一步探究的興趣與愿望，獲取更深層次的學習體驗。

4 課程考核方式改革

傳統的課程考核方式通常是試卷，忽視了學生學習的過程。基于任務驅動的考核方式可以多元化，通過理論考試、實驗評價、過程考核等方式，考察學生對整門課程的掌握程度。這種多元化的評價模式，避免了片面的以學習結果評價學生的能力，全方位的考察學生整體水平，促進學生整體素質的提高。

理論考試，重點考察學生對課堂上的理論知識點掌握情況，包括密碼算法的基本原理、應用等。實驗評價，是對學生完成任務的情況進行評價，考慮是否按規定獨立完成或者團隊合作完成、是否提交研究報告等因素進行評價。過程考核，是對學生在整個教學活動各個環節的表現給予評價，比如能否積極的思考并提出問題，能否自主地搜索資料，能否創新的解決問題，團隊合作中所表現出來的協作能力，表達能力，執行能力等等。

5 總結

現代密碼學是一門理論與實踐并重的多學科交叉的課程，其實踐教學涉及領域較廣，要求也相對較高。現代密碼學課程教學模式的改革，將對信息安全發展、課程建設及人才培養產生積極意義。本文主要從教學內容設計、教學方法實施和考核評價三部分著手，結合現代密碼學的課程特點，探索基于任務驅動的教學模式。基于任務驅動的教學模式在密碼學課程實踐中取得了良好的效果，提高了學生自主探究學習的能力，拓寬了學生的專業視野，提升了學生的創新能力。希望這一教學模式的改革能對同行有借鑒作用。

參考文獻（References）：

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[3] 董理君，武進霞，康曉軍.信息安全專業開放式實踐教學模式

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