信息安全類課程創(chuàng)新式多層次教學(xué)的研究與實(shí)踐

謝新平

（安徽建筑大學(xué)數(shù)理學(xué)院，安徽 合肥 230004）

在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)高速發(fā)展的今天,全球網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展,改變了信息交換與傳遞的時(shí)間和空間,信息安全已變得至關(guān)重要。以計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及通信技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，積極推動了社會的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，呈現(xiàn)出空前繁榮的景象；另一方面，危害信息安全的事件不斷發(fā)生，形式是嚴(yán)峻的[1-2]。2013年，“棱鏡門”事件的曝光，信息安全問題再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，人們加大了對信息的表示、存儲、處理等相關(guān)方面的研究力度，并進(jìn)一步促進(jìn)了相關(guān)專業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。我國十分重視信息安全問題,在國家技術(shù)研究發(fā)展計(jì)(863計(jì)劃)中,信息安全是信息領(lǐng)域的四大主題之一。我國高等院校也紛紛開設(shè)與信息安全相關(guān)課程。特別是與信息技術(shù)相關(guān)的學(xué)科專業(yè)，如通信工程專業(yè)、信息工程專業(yè)、信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)等，信息安全類課程已經(jīng)成為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。因而如何有效、合理地進(jìn)行信息安全課程的教學(xué)成為各高校信息類教師所面臨的現(xiàn)實(shí)問題[3-4]。

信息安全類課程中運(yùn)用了大量的數(shù)學(xué)知識，覆蓋了理工科學(xué)生所學(xué)的大部分?jǐn)?shù)學(xué)知識，主要包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、離散數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過程以及數(shù)值分析等。這些知識本身就比較復(fù)雜、抽象，同時(shí)還涉及到通信方面一些基礎(chǔ)專業(yè)知識，而學(xué)生一般在這些方面恰恰是薄弱環(huán)節(jié)，因此在學(xué)習(xí)的過程中顯得非常抽象、枯燥，接受起來比較困難。容易使學(xué)生形成畏難情緒，導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣[5-6]。

鑒于以上的現(xiàn)狀，信息安全類課程教學(xué)過程的改革迫在眉睫，我們期望創(chuàng)立一種多層次創(chuàng)新式教學(xué)模式，能夠激起學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣使得學(xué)生能夠在歡樂輕松地課堂、實(shí)驗(yàn)氛圍中進(jìn)行理論知識與方法的學(xué)習(xí)，這樣的教學(xué)勢必收到事半功倍的教學(xué)效果。

多層次創(chuàng)新式教學(xué)的研究內(nèi)容：

（1）多層次創(chuàng)新式研究性教學(xué)需要更新教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容的組織與安排上，不片面追求知識的系統(tǒng)性和完整性，而以信息網(wǎng)絡(luò)安全真實(shí)的工作任務(wù)及其工作過程為依據(jù)，以“實(shí)踐能力培養(yǎng)”為主線來整合、序化教學(xué)內(nèi)容，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，融合理論與實(shí)踐于一體，突出學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)。

（2）尋求適合多層次創(chuàng)新式研究性教學(xué)的教學(xué)、實(shí)踐策略。通過研究任務(wù)和課題的設(shè)計(jì)，教會學(xué)生獲取知識的方法，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造成果的思維習(xí)慣和方法。學(xué)生借助學(xué)校已有的“暑期社會實(shí)踐”、“大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目”、“大學(xué)生學(xué)科競賽”等實(shí)踐性訓(xùn)練平臺，將實(shí)踐教學(xué)中課程設(shè)計(jì)、課程學(xué)習(xí)后產(chǎn)生的研究想法以及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等應(yīng)用到社會實(shí)踐中，力增強(qiáng)學(xué)生的社會適應(yīng)性。

（3）多層次創(chuàng)新式研究性教學(xué)應(yīng)該在教學(xué)成果、考核方式有所表現(xiàn)。改革考核方式使得學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的過程中，既要能夠獨(dú)立完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，又要能夠?qū)W會小組合作學(xué)習(xí)。在自主學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生學(xué)會對資料的收集、整理、分析、歸納，獨(dú)立制作書面研究報(bào)告。小組合作學(xué)習(xí)過程中，能夠流暢地書面和口頭表達(dá)，小組成員養(yǎng)成相互交流、相互幫助、共同提高的意識和行為習(xí)慣。有效地彌補(bǔ)在選課教學(xué)中出現(xiàn)的相互監(jiān)督力度的的缺失。

（4）多層次研究性教學(xué)體現(xiàn)在教學(xué)手段的多樣化，建立起了傳統(tǒng)課堂教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)并重的立體化教學(xué)模式。充分使用網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代教育技術(shù)，通過PPT、MOOCs、微課等手段，引導(dǎo)學(xué)生利用課余時(shí)間參與課程的學(xué)習(xí)和探究，提高自主學(xué)習(xí)能力；適時(shí)在線與學(xué)生互動，引導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)；積極利用網(wǎng)絡(luò)及時(shí)回答學(xué)生留下的疑問和難題，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)建議等等。

多層次創(chuàng)新式教學(xué)的主要特色及其具體實(shí)施方案：

課堂教學(xué)模塊創(chuàng)新：對參加研究性教學(xué)課題的老師將創(chuàng)新式教育模式融入到日常的課程教授中，多層次創(chuàng)新式教學(xué)不是簡單的向?qū)W生“灌注”的過程，它需要經(jīng)過一系列的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的活動才能完成。

在課堂教學(xué)模塊中，我們主要采取這樣的方案進(jìn)行：在教學(xué)中，采用 “三結(jié)合、四訓(xùn)練，五注重”的教學(xué)模式和雙主線的教學(xué)設(shè)計(jì)。

三結(jié)合是指“教學(xué)內(nèi)容與上機(jī)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合”“課堂教學(xué)中理論與實(shí)例相結(jié)合”“課程設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合”，例如，在信息理論對于通信工程的指導(dǎo)意義中，引入了先進(jìn)通信技術(shù)（如：擴(kuò)頻技術(shù)，OFDM技術(shù)等），一方面用于說明理論對于實(shí)踐的指導(dǎo)，另一方面拓寬了學(xué)員的知識面，有利于加深其對信息理論的理解，提高了學(xué)員學(xué)習(xí)熱情。

四訓(xùn)練是指基礎(chǔ)訓(xùn)練、技能訓(xùn)練、綜合訓(xùn)練和開發(fā)訓(xùn)練。信息類課程部分抽象概念較多，一般來說這些概念都是由數(shù)學(xué)模型引入，進(jìn)而分析數(shù)學(xué)表達(dá)式，數(shù)學(xué)性質(zhì)等，難于理解和記憶。而這些抽象概念的理解是要經(jīng)過基礎(chǔ)知識訓(xùn)練和綜合訓(xùn)練才能夠熟練掌握，課程講述時(shí)必須注重開發(fā)訓(xùn)練過程，即抽象概念物理意義的分析，讓學(xué)生從具體的物理現(xiàn)象理解抽象概念，加強(qiáng)學(xué)生對概念的拓展和應(yīng)用。

五注重是指在教學(xué)中，注重通過情景創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生的求知欲，注重通過問題質(zhì)疑培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力，注重通過探索導(dǎo)引培養(yǎng)學(xué)生問題的能力，注重通過項(xiàng)目合作培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，注重通過問題擴(kuò)展培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和自學(xué)能力。譬如，制作了完整的、與教學(xué)內(nèi)容配套的高質(zhì)量的PowerPoint教學(xué)課件。課件中通過圖片、動畫和相關(guān)文字說明，配合課堂教學(xué)，較好地體現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容。

雙主線的教學(xué)設(shè)計(jì)是指，第一條主線就是教學(xué)過程中貫穿從簡單到復(fù)雜的認(rèn)識過程，第二條主線是教學(xué)過程中貫穿解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊創(chuàng)新：在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的改革是我們項(xiàng)目的重要部分，不再沉浸在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的套路，應(yīng)有意向的引導(dǎo)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)逐步并入多層次創(chuàng)新式課程實(shí)驗(yàn)的軌道上。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，在培養(yǎng)學(xué)生基本知識技能和實(shí)踐創(chuàng)新能力的同時(shí)，選拔出一批興趣高、能力強(qiáng)的學(xué)生，分別參加到學(xué)科競賽、科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)中去實(shí)習(xí)。挖掘出學(xué)生的潛力也擴(kuò)大了學(xué)生就業(yè)面。

在實(shí)驗(yàn)課題的設(shè)計(jì)中，實(shí)行逐層遞進(jìn)的模式：從基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，到提高型實(shí)驗(yàn)，再到創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

1）基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)：DCT變換實(shí)驗(yàn)、Huffman碼編譯碼實(shí)驗(yàn)、Hamming碼編譯碼實(shí)驗(yàn)、中文熵統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)、JPEG壓縮系統(tǒng)演示分析；

2）提高型實(shí)驗(yàn)：靜態(tài)圖像壓縮編碼實(shí)驗(yàn)、文本壓縮傳輸實(shí)驗(yàn)；

3）創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)：CCSDS中的前向糾錯系統(tǒng)設(shè)計(jì)、DVB中的前向糾錯系統(tǒng)設(shè)計(jì)、短漢字壓縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

信息安全類課程實(shí)施教學(xué)改革后，學(xué)生獲得的信息安全知識將得到優(yōu)化，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)學(xué)到較多的知識，降低了學(xué)生接受信息安全知識的難度，提高培養(yǎng)的效率；以“實(shí)踐能力培養(yǎng)”為主線來整合、序化教學(xué)內(nèi)容，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，融合理論與實(shí)踐于一體，突出學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)。滿足學(xué)生個性發(fā)展的需要，能使不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的工程意識、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力得到更好的培養(yǎng)；學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)了高效率的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，增強(qiáng)師生互動，把大學(xué)課堂學(xué)習(xí)的主動權(quán)還給學(xué)生，把學(xué)習(xí)和思考的空間留給學(xué)生，最大限度地提高課堂教學(xué)的效率。

結(jié)束語：

運(yùn)用多層次創(chuàng)新式研究性教學(xué)理念更新課程老師的教育觀念，提高老師的整體素質(zhì)；促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，改變傳統(tǒng)的專業(yè)課教學(xué)模式，教學(xué)過程中開發(fā)出的整套教學(xué)課件、教學(xué)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)互動課堂等資源庫等網(wǎng)絡(luò)資源。大大增加了學(xué)生和老師互動交流的機(jī)會，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性并且對學(xué)生學(xué)習(xí)起到很好的監(jiān)督。

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