以學生為中心的“密碼應用與分析”課堂教學設計

［摘 要］ 針對“密碼應用與分析”課程教學實踐中發現的實際問題，提出將BOPPPS模型用于該課程課堂教學設計，以提升學生主觀能動性與課堂參與度，彰顯以學生為中心的教育理念。分析現有課程教學中的問題，探索基于BOPPPS教學模型的解決方案，系統介紹了BOPPPS教學模型，分析了BOPPPS模型在教學實踐中的優勢與問題。在課程教學實施過程中以BOPPPS模型為基準重新設計了教學方案，給出“哈希函數”課堂教學設計方案，教學實踐說明基于BOPPPS模型的教學方法能夠取得更優的教學效果。

［關鍵詞］ 密碼學；以學生為中心；課堂教學設計；BOPPPS模型

［基金項目］ 2020年度國防科技大學教育教學研究課題“以學科競賽為導向的《密碼應用與分析》課程教學改革研究與實踐”（U2020029）；2021年度安徽省質量工程教育教學研究課題“面向網絡空間安全新工科的密碼學課程教學改革研究”（2021jyxm1150）

［作者簡介］ 束妮娜（1977—），女，安徽六安人，碩士，國防科技大學電子對抗學院副教授，主要從事網絡空間安全研究；王 晨（1983—），男，山西陽泉人，博士，國防科技大學電子對抗學院副教授，主要從事網絡空間安全研究；王懷習（1984—），男，河南濮陽人，博士，國防科技大學電子對抗學院副教授，主要從事網絡空間安全研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）34-0001-04 ［收稿日期］ 2023-04-28

引言

軍隊院校教育不僅具備高等教育的一般特征，還具有軍事教育的特定屬性。相應地，軍隊院校教育既要重視基礎理論的學習，又要注重以實踐為主的崗位履職能力培養。根據這一培養目標和特點，軍隊院校開設的專業課程不僅要包括系統的基礎理論，還要注重實驗訓練或裝備運用，以此來提高學生的動手操作與實踐創新能力，進而提升崗位履職能力。目前，學生在專業課程學習中需要理解的基本概念與知識點比較散，實踐性要求高，這給新時代軍隊院校教育提出了新的問題與挑戰。傳統的以“教”為中心的教學范式強調知識傳授與思想傳承，教師在教學過程中起主導地位，有助于實現教育普及與素質提升。但在實際教學中發現，該教學模式存在一些不足，學生的積極主動性較差，教學效果不理想。建構主義學習理論強調以學生為中心，要求教師最大限度地激發學生的主觀能動性和探索精神，加強學習過程的指導與幫助，其教學思想從“重教”向“重學”轉變，從重視教法向重視學法轉變［1-2］。如何將新的教學思想融入課堂，組織各個教學環節來突出學生的中心地位，激發學生活力，使教學效果更上一層樓，成為任課教師亟待解決的問題。

BOPPPS教學模型為解決該問題提供了新的路徑，它是以建構主義為理論基礎，輔之以交際法理論，推出的以學生為中心的導學互動模式。本文結合“密碼應用與分析”課程一線實踐，談談如何在課堂教學設計中應用BOPPPS模型，并探討在BOPPPS模型應用中的問題。

一、BOPPPS模型介紹

BOPPPS教學模型在傳統教學理論的基礎上，提出將教學過程分為課程導入、明確目標、課程前測、參與式學習、課程后測和課程總結六個步驟。該教學模型是一種以教學目標為導向，以參與式學習為核心，以教學目標與學生參與統領課堂教學各環節的教學范式。

BOPPPS模型與5W1H（Why、Who、What、Where、When和How）方法中的環節存在較好的對應關系［3］，見表1。BOPPPS模型相對于傳統理論授課式教學在目標導向、效果評估、能力養成等方面具有更明顯的優勢，特別是在教育部“金課”建設的引領下，這一教學模型在課程教學設計和課堂教學活動中得到了廣泛應用。

二、“密碼應用與分析”課程歷史沿革及特點

國防科技大學電子對抗學院（原解放軍電子工程學院）是獲得首批網絡空間安全一級學科博士學位授權點29所院校之一，在學科建設和人才培養方面持續推進改革，凝聚特色，取得了顯著成效。在原有的人才培養方案中，開設了本科生層次的“密碼學基礎”和研究生層次的“密碼學”等骨干課程。但是，此類課程涉及的理論知識較多，不少學生反映學起來較吃力，易產生畏難情緒，學生參與度低，課堂氛圍不活躍；另外，實踐課時較少，制約了學生動手實踐能力的提升。為此，在新版人才培養方案制訂過程中，充分考慮專業特色以及學生的知識基礎，將本科生層次的“密碼學基礎”課程名稱修訂為“密碼應用與分析”，精練了理論內容，增加了實驗課時。針對這一改變，不僅需要研究如何加強學生實踐能力和創新能力的培養［4-5］，還需要研究如何利用有限的講授課時夯實學生的理論基礎，激發學生的學習興趣。

“密碼應用與分析”課程具有以下幾個方面的特點：（1）理論與實踐并重。既包含系統的密碼學理論，又包含豐富的網絡應用，對學生的綜合素質要求較高。（2）多學科交叉融合。課程涉及數學、計算機、通信等多學科知識，學科融合特色明顯。（3）數學門檻高。密碼學的基礎是初等數論、代數數論、線性代數和概率統計等數學知識，學生學通弄懂有一定的門檻。（4）對編程有較高要求。課程需要編程實現一些密碼算法和分析程序，因此學生需要熟練掌握一門編程語言。

三、BOPPPS模型下的課程教學設計

“密碼應用與分析”課程理論教學內容的核心問題在于如何讓學生理解密碼學的基本概念、核心算法及典型方法，如何應用密碼學知識解決網絡空間安全中的密碼學問題。課程教學遇到的主要困難是對學生的數學知識要求較高，對于網絡空間安全專業的學生來說，由于先修數學課時不足，因此必須在課中適度補充必要的數學知識。慶幸的是，本專業的學生先修了大量計算機相關課程，并且對密碼學的重要實踐工具掌握較好。因此，在設計課堂教學內容時，涉及必備的數學知識直接融入具體密碼算法講解中，而不是機械地照搬教材體例。在講解具體算法的同時，引入現成的或教師編寫的算法及應用實例，在課堂多媒體教學環境中演示給學生看，使課程內容生動形象。如此一來，既符合課程實踐性要求，又很好地貼合了學科特色。

為了踐行以學生為中心的教學理念，可以遵循BOPPPS教學模型進行課堂教學設計。以“哈希函數”教學內容為例，采用BOPPPS模型的課堂教學設計方案見表2。

較之于傳統教學方法，基于BOPPPS模型設計和實施的課堂教學時時處處以學生為中心，學生積極性與參與度得到了大幅提升，學習效果也明顯提升。

四、基于BOPPPS模型教學運用的體會

BOPPPS模型的六大要素充分體現了該模型的內涵［6］。在教學理念上，教師關注的重點應該是學生“學會了什么”，而不是自己“教授了什么”；在教學目標上，充分把握認知規律，設定簡潔清晰和具有可操作、易檢測的教學目標，便于學生評估自己掌握知識的程度；在教學方法上，強調參與式教學，注重主動式學習與小組研討交流，力求學生能在課堂上充分發揮主觀能動性，獨立思考、創新思維。運用BOPPPS教學模型實踐以學生為中心的“教”與“學”，應該注意以下幾個方面的問題。

1.BOPPPS教學模型的開放性決定了對教師素質有更高的要求。如導入環節就非常考驗教師的功力。盡管導入的方法很多，有懸念導入法、名詞解釋法、音像導入法、抒情導入法、實例導入法、類比導入法、目標導入法和提問式導入法等。但是，成功的導入需要創設恰當的問題情境，力求使導入合理自然，符合學生知識水平與心理特征，使教師的“教”與學生的“學”處于無縫對接的狀態。要想達到這一狀態，就要求教師要具有深厚的理論功底、廣博的知識面、優良的專業素養、豐富的實踐經驗、強大的感染力以及高尚的道德情操。

2.BOPPPS教學模式的六個要素是整體框架，在實際應用中并不要求面面俱到，不是一成不變的。根據教學經驗，實際教學過程有許多不可控的因素，教師要根據教學實況動態組織教學活動，具有一定的靈活性與創造空間。例如，在研討交流環節，教學活動易于被學生提問打斷，影響原有的教學計劃，從而使得后續教學環節產生延時。另外，后測環節也并非能在課堂上全部完成，如“密碼應用與分析”課程中就有很多內容（如算法編程）需要學生利用課外時間和實踐課時來完成，課堂上的后測僅能完成較為簡單的測試。

3.教學手段形式多樣、不拘一格。采用何種教學手段只是根據既定教學目標實現教學過程的一種方式，BOPPPS教學模式不要求、不強調教師必須采用什么教學手段，以更好地發揮每名任課教師的特點。不同教學手段都有其自身特點與適用范圍，教師選取教學手段的評價標準在于是否能夠提高學生學習效果，激發學生的探究興趣，產生良性化學反應。

4.BOPPPS教學模型的適用性需要辯證的認識。從理論上講，BOPPPS教學模型可以運用到理論教學、實踐教學與案例教學等各種不同的教學活動中，但其難度不盡相同，所能取得的教學效果也千差萬別。另外，BOPPPS教學模型也受到學生人數的制約，相對而言，小型課堂教學更適用于采用該教學模型，而上百人的大型講座類課堂難以實現大規模全程參與式學習。教師在課程教學時，可以把它作為一種基本的指導原則，但要根據課程特點，在實施過程中不斷加以改進和完善。

結語

BOPPPS教學模型以學生為中心，體現了“以學生為主體、以教師為主導”的理念，是一種注重教學互動與教學反思的教學模式。本文以“密碼應用與分析”課程為例，研究將BOPPPS模型用于課堂教學設計，以提高學生學習興趣，改善教學效果。BOPPPS模型思路清晰，對提高學生學習質量具有很好的指導意義，但在實際教學中，應從教學理念、教學目標和教學方式上準確把握BOPPPS教學模型的內涵，把握其“神”，不拘泥于“形”。教師要想真正把BOPPPS模型的精髓很好地落實到每一堂課中，還須要加強自身素養，并在實踐中不斷修正和完善。

參考文獻

［1］門葆紅，龔有亮，閻曉東.翻轉課堂用于軍校教學的實踐和探討［J］.高等教育研究學報，2015，38（4）：53-56.

［2］周仁來，任建存，婁樹理.BOPPPS模型在軍校專業技術課程教學中的理論與實踐研究［J］.高等教育研究學報，2016，39（4）：93-97.

［3］孫志丹，王海濤，王小龍，等.BOPPPS模型和5W1H方法在教學中的應用［J］.教育教學論壇，2019（48）：220-222.

［4］劉楊，王佰玲.面向網絡空間安全新工科的密碼學教學研究［J］.高教學刊，2018（12）：13-15.

［5］孫菁，傅德勝.《密碼學》課程教學方法的探索與實踐［J］.信息網絡安全，2009（7）：65-67.

［6］魏曙寰，耿俊豹，劉曉威.BOPPPS教學模型的內涵及運用方法探析［J］.教育教學論壇，2019（1）：198-199.

The Student-Centered Classroom Teaching Design of Cryptography Application and Analysis

SHU Ni-na， WANG Chen， WANG Huai-xi， LIU Jun

（College of Electronic Engineering， National University of Defense Technology， Hefei，

Anhui 230031， China）

Abstract： In view of the practical problems in the teaching practice of “Cryptography Application and Analysis”， we propose to use the BOPPPS model in the classroom teaching design of this course， so as to improve students’ subjective initiative and classroom participation， and highlight the student-centered education concept. We analyze the problems in the existing course teaching， investigate the solutions based on the BOPPPS teaching model， systematically introduce the BOPPPS teaching model， and describe the merits and drawbacks of the BOPPPS model in the teaching practice. In the process of course teaching， we redesign the teaching scheme according to the BOPPPS model， present the teaching scheme of “hash function” as an example. The teaching practice shows that the teaching method based on BOPPPS model can achieve more excellent teaching effect.

Key words： cryptography; student-centered; classroom teaching design; BOPPPS model