翻轉(zhuǎn)課堂在信息技術(shù)課程教學中的應用研究

朱文焌 張恩 范海博

摘要：翻轉(zhuǎn)課堂是一種以學生為主體、以教師為主導的新型教學模式。與傳統(tǒng)的教學方式相比，翻轉(zhuǎn)課堂能促使學生從被動學習過渡到主動學習，激發(fā)學生學習的積極性，提高學生的思維水平。本文以信息技術(shù)課程為例，在研究和分析傳統(tǒng)教學模式的基礎(chǔ)上，提出基于“安全兩方計算”的信息技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學模式，并概括出適用于信息技術(shù)課程教學的具體實施方案，為翻轉(zhuǎn)課堂教學提供了新思路。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂;信息技術(shù);安全兩方計算

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）36-0264-02

一、引言

翻轉(zhuǎn)課堂作為多媒體技術(shù)與學習理論深度融合的典范，近些年來成為教育改革的熱點[1]。僅以學生成績作為評價教師教學水平的傳統(tǒng)教學模式已經(jīng)不能適應教學需求，而翻轉(zhuǎn)課堂以學生為主體、教師為主導，強調(diào)學生的創(chuàng)新思維和解決實際問題能力的培養(yǎng)。教師由知識的灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生自主學習的協(xié)助者，學生由知識的消費者變?yōu)橹R的生產(chǎn)者。

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息安全成為了國家穩(wěn)定的重要支撐。密碼學作為信息技術(shù)的必修課程，為信息安全提供了豐富的理論知識和具體的應用實踐。該課程具有理論性強、涉及復雜的數(shù)學運算等特點，導致教師講得費力，學生學得吃力[2]。如何在信息技術(shù)課程教學中改變學生的學習方式、教師的角色，成為了國內(nèi)外教育工作者亟待解決的課題。

安全兩方計算是密碼學研究的熱點問題，其源于Yao提出的百萬富翁問題，是安全多方計算的基礎(chǔ)和特例，有著重要的理論價值和廣泛的應用價值[3]。本文以安全兩方計算為例，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的特點，歸納出適合信息技術(shù)課程教學的實施方案。

二、基于翻轉(zhuǎn)課堂教學模式分析

翻轉(zhuǎn)課堂又名顛倒課堂或者反轉(zhuǎn)課堂，是指在信息化的環(huán)境中，教師課前給學生提供視頻形式的教學資源，學生在課前對教學視頻等資源進行自主學習，課上教師對學生提出的問題進行針對性解答、學生之間進行協(xié)作學習的教學模式[4]。

翻轉(zhuǎn)課堂起源于美國科羅拉多州落基山的“林地公園高中”。為了給缺課的學生補課，2007年，該?；瘜W教師Aaron Sams等人開始使用錄屏軟件錄制演示文稿的播放和講課聲音，同時將視頻上傳到網(wǎng)絡供學生學習[5]。2011年，自從可汗學院的創(chuàng)辦人Salman Khan在TED上錄制了演講《用視頻再造教育》后，引發(fā)了大眾對翻轉(zhuǎn)課堂關(guān)切的熱潮[6]。特別是近些年，翻轉(zhuǎn)課堂逐漸受到廣大教師和同學的青睞，成為國內(nèi)外教育界關(guān)注的新型教學方法。

三、基于翻轉(zhuǎn)課堂的信息技術(shù)實施方案設計

安全兩方計算是安全多方計算的特例與基礎(chǔ)，起源于Yao[7]提出的百萬富翁問題：兩個百萬富翁Alice和Bob想在不泄露各自財產(chǎn)的情況下，比較誰擁有較多的財產(chǎn)。將其形式化為數(shù)學模型：P、P分別擁有私有數(shù)據(jù)m和n，在不泄漏隱私數(shù)據(jù)m、n的前提下，共同計算功能函數(shù)f（m，n），若f（m，n）=1，則m>n，反之m≤n。Yao給出了解決百萬富翁問題的方案，但是必須滿足雙方都是誠實的情況下才有實際意義。

準備階段教師負責教學視頻的制作，然后上傳到網(wǎng)絡供學生下載學習。實踐階段分為五部分：（1）情境引入;（2）教師設置問題;（3）自主探究與分組學習;（4）成果展示;（5）知識綜述，總結(jié)歸納。反饋階段學生自主拓展安全兩方計算的相關(guān)知識，通過課后練習對課堂學習效果進行檢測，并反饋給教師。優(yōu)化階段是教師對原有教學方案的反思以及對教學資源的優(yōu)化。具體方案見3.1～3.4部分所示。

（一）準備階段

1.教學視頻的制作和觀看。由于視頻資源具有直觀、形象的特點，本文采用視頻形式進行教學。視頻內(nèi)容要涵蓋本節(jié)知識的重點及難點，并且短小精悍。學生可自主選擇視頻播放的速度和次數(shù)，教學視頻主要內(nèi)容如下。

情境再現(xiàn)：假設Alice擁有隱私數(shù)據(jù)m，Bob擁有隱私數(shù)據(jù)n，Alice和Bob想知道m(xù)≤n還是m>n，但是都不想讓對方知道自己的隱私數(shù)據(jù)。假定m和n的取值范圍為1≤m，n≤100。

實施方案：已知Bob有一對公私鑰對V/S。Yao最初提出的解決協(xié)議如下。

（1）Alice選取一個較大的隨機數(shù)R，用Bob的公鑰V加密R得到C=V（R），Alice計算C-m，并把計算結(jié)果發(fā)送給Bob。

（2）Bob計算表達式Y(jié)=S（C-m+w），1≤w≤100，這樣只有當w=m時，Y=R。然后選擇一個大素數(shù)Q

（3）Bob將數(shù)列Z，Z，…，Z，Z+1，Z+1，…，Z+1，Q發(fā)給Alice。

（4）Alice驗證該數(shù)列的第m個數(shù)Z≡RmodQ是否成立。若成立，則m≤n，否則m>n。

（5）Alice把結(jié)果告訴Bob。

2.課前習題探究。學生觀看教學視頻后，針對學習過程中存在的問題，與其他同學交流或者查閱文獻自主探究解決，同時要進行課前學習效果測試，并反饋給教師。教師根據(jù)學生反映的情況，在課堂上設置相關(guān)問題促進學生對知識的理解和運用。

（二）實踐階段

1.知識情境的引入。該方案以安全求和問題為情境，引入安全兩方計算。情境引入是激發(fā)學生學習興趣和好奇心的關(guān)鍵，該階段教師初步調(diào)動學生學習的積極主動性[8]。為了讓學生更好地理解安全多方計算，以安全求和計算為例說明，參與者P、P分別擁有數(shù)r、r，在不泄露自己信息的前提下，共同計算r與r的和，最終每個參與者都能得到求和結(jié)果。

2.教師設置討論問題。教師根據(jù)課前反饋的情況設置課堂問題，諸如：Alice在Bob前知道計算結(jié)果，這樣的方案公平嗎？每3～5名學生組成一個討論小組，每組選出一名組長，以協(xié)調(diào)本組成員討論和發(fā)言。

3.自主探究與分組學習。自主探究是國內(nèi)外教育工作者提倡的學習方式，也是學生應該具備的重要素養(yǎng)。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式調(diào)動了學生自主學習的興趣，有利于養(yǎng)成良好的學習習慣。分組學習為學生提供了較為輕松、自主的學習氛圍，促進學生成績的提高，增強學生的團隊合作意識和交際能力。

4.成果展示。學生在完成自主探究與分組學習以后，每組選出一名匯報人進行成果展示。匯報人需要詳細介紹問題的解決思路，接受教師和同學們的提問。通過這種形式的展演，實現(xiàn)了思維上的互動，促進了知識的深層內(nèi)化。

成果講演：百萬富翁問題解決方案的公平性。Alice比Bob早知道計算結(jié)果是不公平的。在現(xiàn)實生活中，個體或者企業(yè)之間資產(chǎn)比較的結(jié)果具有一定程度上的商業(yè)價值，如在競標或者商業(yè)談判過程中，參與比較的一方先知道結(jié)果，就會更具優(yōu)勢。

5.知識綜述與總結(jié)歸納。教師對展演中存在的優(yōu)缺點進行分析，講解存在的知識誤區(qū)，并引導學生正確理解。將翻轉(zhuǎn)課堂的理念引入到信息技術(shù)課程中，增加課程的趣味性，使教師從傳統(tǒng)的教學模式中解放出來。教師以學生的反饋和評價為基礎(chǔ)，不斷地優(yōu)化教學資源和教學方案。

（三）反饋階段

學生利用課后時間對課堂學習效果進行檢測，根據(jù)結(jié)果分析自身存在的問題，通過查閱信息技術(shù)課程相關(guān)文獻解決問題，然后將情況反饋給教師。反饋信息為完善教學方案提供了依據(jù)，有利于教師改進出更加高效的信息技術(shù)課程教學方式。

（四）優(yōu)化階段

教師根據(jù)學生提出的意見評估教學方案，并對教學方式進行合理的調(diào)整。例如，課前教學視頻時間過長，可以通過優(yōu)化教學資源和方案的途徑解決。教師在不斷進行教學方案優(yōu)化的同時，定期整理教學心得，有利于設計出適合信息技術(shù)課堂更高效的實施方案。

四、結(jié)語

將翻轉(zhuǎn)課堂引入到信息技術(shù)課程的教學中，有效地培養(yǎng)了學生對信息技術(shù)課程的興趣，提高了學生課堂上的學習效率。學生通過課前對課程資源的學習，自主研究和解決信息技術(shù)課程相關(guān)問題，鍛煉了學生獨立思考和實踐動手的能力。教師把時間與精力投入到互動教學環(huán)節(jié)中去，有利于個性化教學模式的形成，使教師成為學生信息技術(shù)課程知識體系的推進者。

參考文獻：

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[2]張恩，段新濤.密碼學課程中學生探究性能力培養(yǎng)案例[J].計算機教育，2011，（20）：19-21.

[3]張恩，蔡永泉.理性的安全兩方計算協(xié)議[J].計算機研究與發(fā)展，2013，50（7）：1409-1417.

[4]劉小晶，鐘琦，張劍平.翻轉(zhuǎn)課堂模式在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”課程教學中的應用研究[J].中國電化教育，2014，（8）：105-110.

[5]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉(zhuǎn)課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012，30（4）：46-51.

[6]鄒景平.翻轉(zhuǎn)課堂的起源與成功[J].中國遠程教育，2012，（14）：81-82.

[7]A C Yao. Protocols for Secure Computation. Proceedings of the 23rd IEEE Symposium on Foundations of Computer Science（FOCS）. Los Alamitors，CA：IEEE Computer Society Press，1982：160-164.

[8]姜艷玲，徐彤.學習成效金字塔理論在翻轉(zhuǎn)課堂中的應用與實踐[J].中國電化教育，2014，（7）：133-138.