網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程的對(duì)分課堂教學(xué)模式探索

張恒汝，徐媛媛，劉忠慧，龔 捷

（西南石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610500）

0 引 言

文獻(xiàn)[1]中提出的對(duì)分課堂教學(xué)方式將課堂一分為二，教師講授占用一半學(xué)時(shí)，學(xué)生討論占用另一半學(xué)時(shí)。適當(dāng)錯(cuò)開(kāi)教師講授和學(xué)生討論的時(shí)間，利于學(xué)生在課后安排時(shí)間自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化的內(nèi)化吸收。合理地運(yùn)用該教學(xué)模式，可以理順教與學(xué)的關(guān)系，教師精準(zhǔn)講解核心內(nèi)容和重難點(diǎn)，學(xué)生有充足時(shí)間消化、吸收和討論。

網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程具有多學(xué)科交叉、知識(shí)面寬泛、知識(shí)更新快、應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜等特點(diǎn)[2]。課程的教學(xué)內(nèi)容是網(wǎng)絡(luò)安全理論、法律道德和攻擊防御技術(shù)等，教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)、評(píng)估和防御能力。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式[3]以教師為中心、書(shū)本為中心和課堂為中心。由于網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程涉及密碼學(xué)、安全協(xié)議、安全威脅、惡意代碼、入侵檢測(cè)和防火墻等諸多知識(shí)點(diǎn)，教師講授過(guò)多而學(xué)生接受程度低，教師講授過(guò)少而學(xué)生又無(wú)法構(gòu)建完備知識(shí)體系[4]。

將對(duì)分課堂的講授式與討論式有機(jī)結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)安全教學(xué)中，課堂上教師圍繞“系統(tǒng)缺陷、安全威脅、安全防御”這些核心內(nèi)容進(jìn)行講授，可以引導(dǎo)學(xué)生解決“安全檢測(cè)、安全評(píng)估、系統(tǒng)防御”問(wèn)題，課后自主安排時(shí)間學(xué)習(xí)各種網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)。

1 網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)空間安全、信息管理與信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程等專(zhuān)業(yè)的核心課程。它是一門(mén)涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息安全技術(shù)、信息論與編碼、應(yīng)用數(shù)學(xué)等多門(mén)學(xué)科的交叉學(xué)科。由于課程的自身特點(diǎn)，在教學(xué)中面臨如下問(wèn)題。

1）課程涉及知識(shí)面廣，教學(xué)顧此失彼。

由于該課程是一門(mén)交叉學(xué)科，知識(shí)面特別廣。教師如果面面俱到，則受到課時(shí)數(shù)的制約；如果泛泛而講，則無(wú)法深入，學(xué)生無(wú)法建立完備的知識(shí)體系。

2）知識(shí)更新快，教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容難以與時(shí)俱進(jìn)。

當(dāng)前各種軟硬件及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施正在飛速發(fā)展，新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮[5]。該課程由于受到實(shí)踐設(shè)備陳舊、教材更新遲緩、師資力量等因素制約，學(xué)生從課堂上獲取的知識(shí)跟不上技術(shù)的發(fā)展。

3）應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜，教學(xué)模式落后。

網(wǎng)絡(luò)安全涉及操作系統(tǒng)、因特網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、內(nèi)存、硬盤(pán)、CPU 等多種硬軟件設(shè)備，應(yīng)用場(chǎng)景多變且復(fù)雜，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式很難適應(yīng)。

2 網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程的對(duì)分課堂模式改革

2.1 理論教學(xué)改革

該課程理論教學(xué)內(nèi)容包含4 個(gè)部分，第1 部分為密碼學(xué)基礎(chǔ)，討論對(duì)稱(chēng)密碼、公鑰密碼及數(shù)據(jù)完整性算法；第2 部分為網(wǎng)絡(luò)安全，討論如何應(yīng)用密碼算法和安全協(xié)議來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)安全；第3部分為系統(tǒng)安全，討論各種安全威脅及保護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)；第4 部分為法律與道德，討論計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的法律與道德問(wèn)題。

理論學(xué)時(shí)共為40 學(xué)時(shí)，講授32 學(xué)時(shí)，討論8 學(xué)時(shí)，具體安排見(jiàn)表1。

表1 理論部分安排

根據(jù)對(duì)分課堂的3 個(gè)階段，我們?cè)O(shè)計(jì)理論教學(xué)的對(duì)分課堂模式，以對(duì)稱(chēng)密碼學(xué)為例，對(duì)分課堂教學(xué)模式在安全理論教學(xué)講授、吸收和討論階段的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

講授分為課前、課中、課后3 個(gè)階段，主要角色是教師。課前基于對(duì)稱(chēng)加密設(shè)計(jì)實(shí)踐授課內(nèi)容，確定對(duì)稱(chēng)加密的基本框架、基本原理為核心內(nèi)容，再輔以DES 加密算法為例進(jìn)行剖析；基于以上內(nèi)容制作課件，設(shè)置限時(shí)完成的測(cè)試題，布置讀書(shū)筆記，發(fā)布構(gòu)建對(duì)稱(chēng)加密實(shí)踐子平臺(tái)的軟件和要求。這些教學(xué)資源通過(guò)超星平臺(tái)發(fā)布給學(xué)生，設(shè)置提醒功能，督促學(xué)生按時(shí)完成布置的任務(wù)。課堂上教師只須講解對(duì)稱(chēng)加密的核心內(nèi)容和分組構(gòu)建對(duì)稱(chēng)加密實(shí)踐子平臺(tái)的目標(biāo)，基于學(xué)生提交的測(cè)試題答案和讀書(shū)筆記提問(wèn)，進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)，并布置課后作業(yè)。課后對(duì)本次課進(jìn)行總結(jié)，對(duì)實(shí)踐平臺(tái)完成情況進(jìn)行驗(yàn)收，對(duì)下一次課的測(cè)試題和讀書(shū)筆記進(jìn)行評(píng)閱，并分發(fā)一些補(bǔ)充材料。

吸收也分為課前、課中、課后3 個(gè)階段，主要角色是學(xué)生。課前學(xué)生利用超星平臺(tái)下載課件，查看任務(wù)，完成測(cè)試題，分組討論實(shí)踐平臺(tái)下達(dá)的目標(biāo)任務(wù)，并閱讀下發(fā)的資料，撰寫(xiě)讀書(shū)筆記，將做測(cè)試題和閱讀過(guò)程中遇到的問(wèn)題記錄下來(lái)。上課的時(shí)候利用互動(dòng)環(huán)節(jié)將問(wèn)題提出來(lái)，或者解答教師和同學(xué)提出的問(wèn)題。課后進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)設(shè)置的討論題目查找對(duì)稱(chēng)密碼的相關(guān)資料，和小組同學(xué)一起制作討論的課件，并完成教師在課堂上布置的作業(yè)，在小組討論的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)對(duì)稱(chēng)加密實(shí)踐子平臺(tái)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)的對(duì)分課堂理論教學(xué)模式

討論主要在課堂上進(jìn)行，主要角色包括教師和學(xué)生。學(xué)生每5～6 人為一組，全班共分為8 組，每個(gè)小組選擇1 名學(xué)生上臺(tái)分享吸收階段準(zhǔn)備的素材，展示小組開(kāi)發(fā)的實(shí)踐子平臺(tái)，并提出在學(xué)習(xí)過(guò)程中的疑問(wèn)和困惑，其余小組的學(xué)生根據(jù)分享的內(nèi)容和問(wèn)題進(jìn)行討論，分享小組的其他成員負(fù)責(zé)回答問(wèn)題。教師主要以主持人的身份介入，遇到一些較難的問(wèn)題幫助解答，并對(duì)整個(gè)分享進(jìn)行總結(jié)。采用投票的方式，由學(xué)生選出討論階段表現(xiàn)優(yōu)異的成員。

2.2 實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)踐學(xué)時(shí)共為24 學(xué)時(shí)，上機(jī)20 學(xué)時(shí)，討論4 學(xué)時(shí)。根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容，整理出8 個(gè)專(zhuān)題實(shí)踐，分別為對(duì)稱(chēng)密碼、公鑰密碼、文件安全傳輸、PGP 應(yīng)用、Web 腳本攻擊及防御、網(wǎng)絡(luò)嗅探、Windows 系統(tǒng)安全、Linux 系統(tǒng)安全。學(xué)生每5～6 人為一組，全班共分為8 組，每個(gè)小組完成1 個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目的平臺(tái)建設(shè)，具體安排見(jiàn)表2。

根據(jù)對(duì)分課堂的3 個(gè)階段，我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)的對(duì)分課堂模式，以對(duì)稱(chēng)密碼專(zhuān)題實(shí)踐為例，對(duì)分課堂教學(xué)模式在安全實(shí)踐教學(xué)講授、吸收和討論階段的設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

表2 實(shí)踐部分安排

圖2 網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)的對(duì)分課堂實(shí)踐教學(xué)模式

講授分為課前、課中、課后3 個(gè)階段，主要角色是教師。課前基于對(duì)稱(chēng)加密專(zhuān)題實(shí)踐設(shè)置目標(biāo)，布置實(shí)踐要求，分發(fā)資料，組織學(xué)生搭建已有的和學(xué)生小組開(kāi)發(fā)的對(duì)稱(chēng)加密實(shí)踐子平臺(tái)。這些實(shí)踐資源通過(guò)超星課程平臺(tái)發(fā)布給學(xué)生，設(shè)置提醒功能，督促學(xué)生按時(shí)完成實(shí)踐方案設(shè)計(jì)。課堂上教師講解對(duì)稱(chēng)加密實(shí)踐的目標(biāo)及重難點(diǎn)，并分析學(xué)生提交的方案，將已有的和學(xué)生開(kāi)發(fā)的實(shí)踐子平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比。課后對(duì)本次實(shí)踐課進(jìn)行總結(jié)，對(duì)下一次課的實(shí)踐課進(jìn)行分析，并分發(fā)一些補(bǔ)充材料及軟件。

吸收也分為課前、課中、課后3 個(gè)階段，主要角色是學(xué)生。課前學(xué)生利用超星平臺(tái)下載實(shí)踐目標(biāo)及要求，查看任務(wù)，根據(jù)分發(fā)的軟件構(gòu)建對(duì)稱(chēng)加密實(shí)踐子平臺(tái)，完成實(shí)踐方案設(shè)計(jì)，并整理下發(fā)的資料及軟件，將方案設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題記錄下來(lái)。上實(shí)踐課的時(shí)候利用互動(dòng)環(huán)節(jié)學(xué)生將問(wèn)題提出來(lái)，或者解答教師和同學(xué)提出的問(wèn)題，根據(jù)目標(biāo)及要求完成實(shí)踐項(xiàng)目。課后進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)布置的實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)任務(wù)查找對(duì)稱(chēng)密碼的相關(guān)資料，和小組同學(xué)一起制作實(shí)踐項(xiàng)目的討論課件，并提交實(shí)踐報(bào)告。

討論主要在課堂上進(jìn)行，主要角色包括教師和學(xué)生。每個(gè)小組選擇1 名學(xué)生上臺(tái)分享和展示完成的對(duì)稱(chēng)加密實(shí)踐子平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目，并提出在平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中的疑問(wèn)和困惑，其余小組的學(xué)生根據(jù)分享的內(nèi)容和問(wèn)題進(jìn)行討論，分享小組的其他成員負(fù)責(zé)回答問(wèn)題。教師對(duì)學(xué)生完成項(xiàng)目的達(dá)成度進(jìn)行評(píng)閱，并解答一些較難的問(wèn)題。由其他小組采用投票的方式選出在平臺(tái)建設(shè)階段表現(xiàn)優(yōu)異的成員。

2.3 考核方式改革

與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式相比，對(duì)分課堂教學(xué)模式更注重過(guò)程化學(xué)習(xí)，因此考核方式也要適應(yīng)這一變化。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程特點(diǎn)，特制訂體現(xiàn)過(guò)程化評(píng)價(jià)的考核方式：①學(xué)生的總成績(jī)由平時(shí)成績(jī)、期末成績(jī)及實(shí)踐成績(jī)3 部分構(gòu)成；②平時(shí)成績(jī)由作業(yè)、考勤、在線測(cè)試、學(xué)習(xí)筆記、討論課程參與度構(gòu)成，占總成績(jī)的50%，教師必須詳細(xì)記錄每個(gè)學(xué)生平時(shí)的作業(yè)完成情況、考勤、在線測(cè)試成績(jī)、學(xué)習(xí)筆記的新穎度及討論課程參與程度，這樣保證了學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)的多維度；③期末成績(jī)?yōu)閷W(xué)生參加期末考試所得的卷面成績(jī)，占總成績(jī)的30%，如此設(shè)置可以避免學(xué)生到期末采用“臨時(shí)抱佛腳”方式通過(guò)考試；④實(shí)踐成績(jī)由考勤、實(shí)踐報(bào)告、實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)建完成度構(gòu)成，占總成績(jī)的20%。

通過(guò)平時(shí)成績(jī)比例的加大、實(shí)踐成績(jī)的增加和多維度評(píng)價(jià)體系的建立，能極大提高學(xué)生過(guò)程化學(xué)習(xí)的積極性，提升學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)安全課程的效果。

3 效果評(píng)價(jià)

對(duì)分課堂教學(xué)模式既通過(guò)課堂講授環(huán)節(jié)保證了核心知識(shí)體系的構(gòu)建，又通過(guò)吸收和討論環(huán)節(jié)擴(kuò)展了學(xué)生知識(shí)面，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。由于網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程具有多學(xué)科交叉、知識(shí)面寬泛、知識(shí)更新快、應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜等特點(diǎn)，因此特別適合對(duì)分課堂教學(xué)模式。在實(shí)施了對(duì)分課堂教學(xué)模式后，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程的教學(xué)效果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①課堂教學(xué)更有針對(duì)性，教師在課堂上講解網(wǎng)絡(luò)安全的核心內(nèi)容，學(xué)生有利于構(gòu)建知識(shí)框架，在此框架下補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，這種全新的課堂教學(xué)使教師更有專(zhuān)注度，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性更高；②吸收階段采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式，在學(xué)習(xí)過(guò)程中教師可以考核準(zhǔn)備討論材料的參與度、完成課后作業(yè)的質(zhì)量和讀書(shū)筆記的新穎度等，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況自主安排學(xué)習(xí)時(shí)間，根據(jù)上述指標(biāo)衡量自己的完成情況，對(duì)分課堂強(qiáng)調(diào)過(guò)程化學(xué)習(xí)，增加了學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)的緊迫性，改善了學(xué)生考試之前“臨時(shí)抱佛腳”現(xiàn)象；③討論階段師生互相交流、互相啟發(fā)，在頭腦風(fēng)暴下可以創(chuàng)新知識(shí)，這種方式改善了傳統(tǒng)課堂滿(mǎn)堂灌、師生缺乏交流的現(xiàn)象，師生換位思考也使師生關(guān)系更為融洽。

課程改革結(jié)束后，對(duì)45 名學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。問(wèn)卷采用李克特五級(jí)量表[4]，從8 個(gè)方面調(diào)查學(xué)生關(guān)于對(duì)分課堂教學(xué)模式的滿(mǎn)意度，見(jiàn)表3。結(jié)果表明，大多數(shù)學(xué)生表示非常喜歡、喜歡對(duì)分課堂的講授和討論環(huán)節(jié)（平均91.11%），有少數(shù)學(xué)生持一般態(tài)度（平均8.89%），沒(méi)有不喜歡或者非常不喜歡的學(xué)生。學(xué)生的總體滿(mǎn)意度均值為4.82，接近五級(jí)量表最高等級(jí)即非常滿(mǎn)意，說(shuō)明對(duì)分課堂教學(xué)模式在網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)的應(yīng)用滿(mǎn)意度較高。

表3 網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)對(duì)分課堂滿(mǎn)意度調(diào)查

4 結(jié) 語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)安全理論與技術(shù)課程知識(shí)點(diǎn)繁多，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式無(wú)法應(yīng)對(duì)。對(duì)分課堂教學(xué)將講授和討論有機(jī)結(jié)合，教師在課堂上只講授網(wǎng)絡(luò)安全的核心理論與技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)通過(guò)構(gòu)建安全平臺(tái)提高學(xué)生動(dòng)手能力。問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果表明對(duì)分課堂能極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，互動(dòng)教學(xué)方式增進(jìn)了師生感情，分組討論提升了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和人際交往能力，優(yōu)化了教師與學(xué)生的角色，提升了教學(xué)效果。