基于創新創業教育的開放式精品—示范課堂的設計與實踐以信息安全專業課程為例

段桂華，胡志剛，王建新，盛 羽

（中南大學 計算機學院，湖南 長沙 410083）

0 引 言

自2015年國務院發布關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見以及2016年教育部發布關于中央部門所屬高校深化教育教學改革的指導意見以來，以國家創新創業導向為契機，探索新的教學理念、教學模式和教學方法成為近年來高校教學改革的熱點之一。目前高校創新創業教學改革主要體現在兩個方面。①在已有的創新創業項目立項支持的基礎上，增加創新創業教育專題課程和實踐訓練環節[1-2]。這些獨立設置的創新創業教育課程，一般是一些創新創業導論、創新創業管理、創新創業理論等通識課程，在內容上與專業教育脫節[3]，在時間上占用了專業教育的教學學時。②探討以學生為中心的開放式教學模式，讓學生參與教師的教學過程[4]。在這些以學生為主體的教學方法和手段中[5-6]，有些會占用學生大量的課外時間和課內教師的授課時間，從而影響教學計劃。

創新創業教育改革的兩個方面都存在與專業教育相沖突的問題，具體表現在大量的專業知識點與有限的課內學時之間的矛盾，解決這個矛盾是目前高校教育改革中需要重點思考的問題。已有的研究主要是從宏觀上探討高等教育中學生創新創業能力培養的目標和專業體系[7-8]，研究創新創業背景下實踐教學環節的教學內容和考核方式[9]，分析“雙創”人才培養過程中當前考試存在的問題，給出一些考試改革的建議[10]，或從個性化教育的角度探討培養大學生創新創業能力的一些方法和途徑[11]。這些教學改革思想和策略雖然各有著重點，但是內容大同小異，都是從人才培養的全過程考慮，抽象不具體，對于一線教師的教學參考價值不大。

1 基于創新創業教育的開放式精品示范課堂的設計框架

開放式教育的特點是以學生為中心，不同于傳統的教學模式，教師不僅僅是能站上講臺，還要能站好講臺，能充分調動學生的學習主動性，變接收式的被動學習為探究式的主動學習。根據這種課堂形式變化的需求，課程改革將融合創新創業教育理念和專業課程知識體系，從教學理念、教學設計、教學方法和考核方式4方面展開，最終使學生在知識、能力和思想3方面得到鍛煉和提升，成為具有創新能力和團隊協作能力的人才。基于創新創業教育的開放式精品示范課堂的設計框架如圖1所示。

根據這種課堂形式變化的需求，按照課程的教學課時與知識點分配，以1課時為單位進行課堂的教學設計，教學設計所包含的項目見表1。

2 信息安全專業課程開放式精品示范課堂的教學設計

信息安全專業的核心課程主要包括信息安全導論、信息安全數學基礎、現代密碼學、操作系統及安全、軟件安全、網絡安全、信息內容安全、信息安全工程與管理、計算機取證、信息隱藏等。通過課程學習，學生能夠掌握信息安全的相關專業知識點，學會分析問題、解決問題的方法和策略，用創新思維解決實際生活中的信息安全問題。以現代密碼學課程為例闡述開放式精品示范課堂的詳細教學設計過程，該門課程的知識點包括現代密碼學的基礎知識、常用的密碼算法、經典的密碼協議及其在當前網絡熱點研究中的應用。

圖1 基于創新創業教育的開放式精品示范課堂的設計框架

表1 基于創新創業教育的開放式精品示范課堂的教學設計內容

創新創業教育和開放式教育的共性體現在以學生為主體的新雙創意識、技能培養，具體而言就是學生主動思考、分析和解決問題能力的培養、創新創業思維的培養以及專業技能的培養。基于這些共性，將現代密碼學課程的知識點分類，不同的知識點融入不同能力的培養，如密碼算法的原理和密碼協議的設計思想等知識點融合，培養學生的信息安全專業技能；密碼協議的安全性分析和性能分析等知識點融合，培養學生主動思考和分析問題的能力；算法和協議的應用等知識點融合，設計相應的拓展題，讓學生進行資料查找和文獻綜述，在文獻綜述的過程中培養其解決問題能力以及創新創業能力。

遵循基于創新創業教育的開放式精品示范課堂的設計框架和設計理念，以保密通信協議為例，設計1課時的課程教學過程如下。

在實際的教學設計中，教學思路、教學方法是融合在教學過程中的，同時考慮到篇幅有限，因此，只給出具有代表性的關鍵知識點的教學設計。

1）教學內容與教輔。

本堂課程涉及的教學大綱知識點為保密通信協議的流程、利用密碼算法設計保密通信協議、保密通信協議的性能分析與代碼實現。這些知識點與教輔材料的對應關系為：①《應用密碼學：協議、算法與C源程序》第2章的2.1節、2.2節和2.5節；②《現代密碼學》第1章的1.3節。

2）教學目標與要求。

通過本堂課程的教學，學生在知識、能力和思想上應達到的目標包括以下幾方面。

（1）知識方面：了解密碼協議的應用背景；理解密碼協議的概念、密碼協議的分類；掌握保密通信協議的設計原理和性能分析。

（2）能力方面：及時消化和鞏固所學知識，提升學習能力；培養發現問題、分析問題和解決問題的能力，針對實際生活中存在的一些信息安全問題，能夠設計出相應的解決方案，提高創新創業能力；學會資料查找和文獻綜述，培養運用分析、比較、歸納、演繹等科學研究方法的能力。

（3）思想方面：提升信息安全意識和鑒別能力，培養辯證的思想，學會從多角度思考問題；培養復習+總結、預習+思考的良好的學習習慣和嚴謹務實的學習態度，并通過知識拓展開闊視野，提高學習的興趣、熱情和主動性。

（4）創新創業方面：基于所學的課程知識和文獻拓展，設計綜合性的項目，形成參賽作品，參加各種創新創業項目和信息類競賽，如創新創業訓練計劃項目、自由探索項目、全國大學生信息安全競賽、全國高校互聯網應用創新大賽、計算機程序設計競賽應用開發類等。

3）教學重點和難點。

本堂課程的教學重點是保密通信協議的流程分析、協議設計以及性能分析，其中難點在于協議的代價性能和安全性能分析以及協議的具體應用。

4）教學組織與思路。

教學時間共計45 min，各環節的時間分配大致為2 min知識點回顧、4 min密碼協議的應用背景、3 min保密通信協議的流程、24 min保密通信協議的設計與性能分析、3 min保密通信協議的代碼實現、4 min提問或者學生上課練習、5 min課程小結與預習知識。

5）教學方式和方法。

本堂課程要講解古典密碼、對稱密碼、公鑰密碼和混合密碼4種密碼機制的保密通信協議，因此，對與這些協議相關的密碼算法分類、仲裁協議與裁決協議的特點等知識點進行回顧，采用問答方式進行學情分析，既可以復習知識點，又可以了解學生對知識點的掌握情況，用以調整后續知識點的授課進度。同時，給出思考問題：為什么采用對稱密碼算法設計的協議是仲裁協議，而采用公鑰密碼算法設計的協議是裁決協議？讓學生帶著問題在學習的過程中思考，培養分析問題和解決問題能力。

（1）分析生活中的網絡詐騙事件，找到事件發生的根本原因——被騙者信息被泄露和詐騙者身份未被確認，從而引出保密通信協議和身份鑒別協議這兩個重要的安全協議。通過案例引入和交互討論的方式引導學生有針對性地分析問題和解決問題，提高學習的興趣。

（2）在協議講解的過程中，采用多媒體動畫的方式形象地描述保密通信協議和中間人攻擊的執行過程，幫助學生理解抽象的協議設計與性能分析過程；同時給出生活實例問題——如何在熟人間傳輸口令或密碼等重要信息，讓學生設計一個簡單的協議解決該問題，培養學生的知識應用和創新能力。

（3）在4種保密通信協議之間知識點的銜接中，采用提出問題、解決問題、提出新問題、解決新問題的方式由易到難、循序漸進地引導學生進行思考，避免思維疲勞，同時培養學生思維的嚴謹性。

（4）在講完采用對稱密碼和采用公鑰密碼的保密通信協議后，基于這兩個協議的性能分析，讓學生回答課前的思考題，考查學生對課堂知識的理解能力和掌握程度。

（5）在課程小結中，采用表格對比和問答的方式歸納4種保密通信協議的特點，加深學生對所學知識的理解，同時也培養學生對知識的分析比較和歸納能力。

（6）在作業的拓展題中，引入當前信息安全領域的研究熱點之一隱私保護，結合生活中的實際問題，如社交軟件的安全認證、電子商務中的個人信息保護等，考查學生的文獻查找和綜述能力、分析問題和解決問題能力、知識運用和創新能力，培養創新創業思維。

（7）在理論知識應用環節中，討論目前常用的QQ、微信、郵箱等通信軟件采用何種保密通信協議保證用戶的信息安全，并讓學生在課堂上分析和講解不同軟件實現的協議代碼，提高學生的課堂參與度。

（8）保密通信中最關鍵的要素是密鑰，以“通信雙方是如何安全有效地協商這個密鑰的呢？”問題引入下一節課學習內容的介紹，供學生課前預習。

6）考核方式。

采用多形式、多階段、多類型的考核方式，并引入創新創業能力的考核。考核包括平時成績、實驗考核、課外拓展和期終考試4部分，見表2，成績占比可以根據具體的課程進行調整。平時成績和實驗考核與課程每個章節知識點緊密結合，及時考核學生對知識點的掌握程度以及實踐動手能力；課外拓展考查學生發現問題、分析問題和解決問題能力，啟發學生提出一些創新性的解決方案，考核學生的創新能力。

課程每個章節的課后作業中，都留拓展題，學生可以從其中選擇一個題并自發組成1～3人的興趣小組，課外查閱資料，了解信息安全中的各種密碼算法和安全問題以及相應的解決方案，撰寫讀書報告，教師從中選擇優秀的若干組進行答辯。在答辯的過程中，每個小組做好答辯PPT，選派1個學生上臺講解，全體學生作為評委，可以提問并進行匿名評分，從PPT內容、PPT講解和PPT形式3方面進行評分。通過這種方式，學生開放式教學參與度達100%，可以很好地調動學習的主動性，拓寬知識面，有利于培養獨立思考的能力和靈活運用知識的能力。

表2 多形式、多階段、多類型的考核方式

3 實踐效果

從2013級學生開始，中南大學信息安全專業的專業核心課程體系采用新的基于創新創業教育的開放式精品示范課堂形式進行教學，取得了良好的教學效果。學生無論是在專業學習的積極性和主動性，還是批判思維、文獻綜述和創新能力方面，都得到很大提升。該專業學生參與學科競賽獲獎人次、主持和參加創新創業項目的人數都呈現增長趨勢，在學生參加的學科競賽和創新創業項目的選題中，有80%的題目是專業課程拓展題的升華，其中“一種高效的信息分級保密快遞方案”和“一種基于特征提取的有效下載鏈接識別方法”獲得國家級創新訓練項目立項，參加全國大學生信息安全競賽分別獲全國總決賽二等獎和三等獎，相關文檔形成小論文發表在學術期刊上[12-13]，并申請了發明專利；“基于高校域的網絡攻防大賽平臺”獲國家級創業訓練項目立項，相關成果為學校的大學生信息安全競賽和信息安全專業課程的實驗提供了平臺。

4 結 語

2017年深化創新創業教育改革示范高校的認定，標志著高等學校創新創業教育改革的深入推進。在改革的過程中，創新創業教育與專業教育的有機融合問題需要解決。課堂教學設計的詳細過程在具體的教學實踐中取得了良好效果，對于高校的創新創業教育、教學深化改革和一線教師的開放式精品示范課堂建設，具有良好的參考價值。