基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)代密碼學(xué)課程教學(xué)模式改革

閆璽璽+葉青+湯永利

摘 要： 針對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)課程的特點(diǎn)與現(xiàn)狀，探討基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式改革。從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法實(shí)施以及課程考核評(píng)價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行探討，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、解決問(wèn)題能力及創(chuàng)新能力，全面提高學(xué)生的整體素質(zhì)。該模式對(duì)信息安全發(fā)展、課程建設(shè)及人才培養(yǎng)等有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞： 任務(wù)驅(qū)動(dòng)； 自主學(xué)習(xí)； 現(xiàn)代密碼學(xué)； 教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2017）07-78-03

Reform of the modern cryptography course teaching mode with task-driven

Yan Xixi， Ye Qing， Tang Yongli

（College of Computer Science and Technology， Henan Polytechnic University， Jiaozuo， Henan 454003， China）

Abstract： According to the characteristics of modern cryptography course， the reform of the teaching mode with task-driven is discussed. The discussion is conducted in three aspects， the design of teaching contents， the implementation of teaching methods and the evaluation， to cultivate students' autonomous learning ability， problem-solving ability and innovation ability， and to improve the overall quality of students comprehensively. This model can be used for reference in information security development， curriculum construction and personnel training.

Key words： task-driven； self-learning； modern cryptography； teaching reform

0 引言

在信息技術(shù)飛速發(fā)展和世界全球化的趨勢(shì)下，創(chuàng)造能力和創(chuàng)新意識(shí)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要。高校是傳承文化和培養(yǎng)人才的重要陣地，擔(dān)負(fù)著為國(guó)家培養(yǎng)德才兼?zhèn)?、?guó)際一流、適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才的重任。如何使大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到良好的培養(yǎng)和訓(xùn)練，從而適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，成為創(chuàng)新型人才，成為世界范圍內(nèi)高等教育研究的重要課題[1]。

現(xiàn)代密碼學(xué)課程實(shí)踐性要求很高，不僅需要掌握理論知識(shí)和前沿知識(shí)，還需要把所學(xué)的知識(shí)用到實(shí)踐中去，并在應(yīng)用中不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，思考問(wèn)題，解決問(wèn)題[2]。傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生自始至終處于被灌輸?shù)牡匚?，缺乏主?dòng)探索、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境與空間，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代信息社會(huì)對(duì)人才的需求[3]?！叭蝿?wù)驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)模式，即引導(dǎo)學(xué)生在特定的任務(wù)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行自主地探究，建構(gòu)起屬于自己的知識(shí)與能力。借助現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)所具有的超文本特性和網(wǎng)絡(luò)特性，基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式改革有利于實(shí)現(xiàn)探究性和發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)，為學(xué)生發(fā)散性思維、創(chuàng)造性思維的發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了廣闊的空間和便利的條件。

1 現(xiàn)代密碼學(xué)課程特點(diǎn)分析

⑴ 學(xué)科面廣，知識(shí)點(diǎn)多

現(xiàn)代密碼學(xué)是一門(mén)交叉學(xué)科，涵蓋內(nèi)容廣泛，涉及到數(shù)學(xué)、情報(bào)學(xué)、圖象學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信、物理、生物等多個(gè)學(xué)科[4-5]?，F(xiàn)代密碼學(xué)的理論基礎(chǔ)是計(jì)算數(shù)論、抽象代數(shù)、概率論等基礎(chǔ)學(xué)科，是數(shù)學(xué)理論知識(shí)在信息學(xué)科中的應(yīng)用。同時(shí)，現(xiàn)代密碼學(xué)又與計(jì)算機(jī)和通信學(xué)科緊密相聯(lián)，用于保證信息在計(jì)算機(jī)和通信中的安全性。另外，現(xiàn)代密碼學(xué)領(lǐng)域的一些新興技術(shù)又與圖形學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科密切相關(guān)，比如數(shù)字水印是對(duì)圖象、視頻等載體信息的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行處理，DNA密碼利用生物技術(shù)對(duì)DNA分子進(jìn)行計(jì)算研究。如何恰當(dāng)?shù)鼐幣艑W(xué)科知識(shí)內(nèi)容學(xué)習(xí)，又能合理地貫穿這些知識(shí)點(diǎn)是現(xiàn)代密碼學(xué)課程需要考慮的問(wèn)題之一。

⑵ 教材內(nèi)容陳舊，教學(xué)內(nèi)容不夠前沿

目前大多數(shù)現(xiàn)代密碼學(xué)教材理論知識(shí)都采用經(jīng)典算法，如DES、AES、RSA、MD5等比較有代表性的算法。雖然這些算法對(duì)學(xué)生了解相關(guān)密碼體制有著巨大的幫助，但無(wú)法使學(xué)生了解到最新的研究成果。比如公鑰密碼體制，通常書(shū)中對(duì)RSA、ELGamal、橢圓曲線、背包密碼等經(jīng)典算法有詳細(xì)的算法描述和安全性分析，而對(duì)于基于身份的密碼體制、基于屬性的密碼體制這些新的研究熱點(diǎn)，卻很少有教材介紹，即使有，也是簡(jiǎn)單介紹其概念和原理，缺少具體對(duì)算法的研究。學(xué)生無(wú)法從書(shū)中了解到前沿知識(shí)，學(xué)到的知識(shí)永遠(yuǎn)落后于實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)，容易產(chǎn)生所學(xué)知識(shí)無(wú)用的想法。

⑶ 實(shí)踐性強(qiáng)，教學(xué)模式單一

現(xiàn)代密碼學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，但是大多數(shù)院校安排課時(shí)是以理論課時(shí)為主，實(shí)踐課時(shí)較少。以本校為例，現(xiàn)代密碼學(xué)理論課時(shí)40個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)踐課程僅有8學(xué)時(shí)。學(xué)生缺乏自己動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，普遍反映學(xué)習(xí)算法時(shí)比較吃力，比如RSA，DES，AES，ELGamal等算法原理在課堂上都能聽(tīng)懂，但真正上機(jī)編寫(xiě)卻無(wú)從下手，在實(shí)際中不知如何應(yīng)用。

因此，針對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)的課程特點(diǎn)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體作用，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。把理論與實(shí)踐課程相結(jié)合，注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，可以讓學(xué)生更好地了解所學(xué)內(nèi)容的實(shí)用價(jià)值。培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考以及團(tuán)隊(duì)合作的能力，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

2 教學(xué)內(nèi)容任務(wù)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代密碼學(xué)包括古典密碼、序列密碼、分組密碼、公鑰密碼、雜湊函數(shù)、數(shù)字簽名及密鑰管理等基礎(chǔ)內(nèi)容，涉及內(nèi)容比較多。將現(xiàn)代密碼學(xué)整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)理清，認(rèn)清各個(gè)章節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系，將大大提高效率。整體上以理論教學(xué)為引導(dǎo)，注重任務(wù)和實(shí)踐，將知識(shí)設(shè)計(jì)在一個(gè)或幾個(gè)任務(wù)之中，并且各個(gè)任務(wù)之間能有一定的聯(lián)系，幫助學(xué)生理清整體知識(shí)結(jié)構(gòu)。基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式目標(biāo)在于充分體現(xiàn)“教師主導(dǎo)作用，學(xué)生主體作用”的教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。

任務(wù)設(shè)計(jì)是實(shí)踐性教學(xué)關(guān)鍵的一步，每一節(jié)課都應(yīng)該提前思考并設(shè)計(jì)好教什么、怎么教，通過(guò)什么樣的方式調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，設(shè)計(jì)什么樣的任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力等等。任務(wù)設(shè)計(jì)難度不能過(guò)大，使學(xué)生無(wú)法完成，也不能設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。因此，任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)不但要依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，還需要滿(mǎn)足學(xué)生的層次需求，更重要的是，任務(wù)要具有趣味性、知識(shí)性、實(shí)用性、挑戰(zhàn)性。①趣味性。該特性主要是借助Flash、視頻、PPT等多媒體引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如任務(wù)一通過(guò)網(wǎng)購(gòu)安全、手機(jī)隱私安全等問(wèn)題作為切入點(diǎn)，使學(xué)生了解現(xiàn)代密碼學(xué)與信息安全的關(guān)系，掌握現(xiàn)代密碼學(xué)課程的內(nèi)容，突出學(xué)習(xí)密碼學(xué)知識(shí)的必要性和重要性。②知識(shí)性。任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)要符合教學(xué)目標(biāo)要求，能夠?qū)⑿枰獙W(xué)生掌握的知識(shí)涵蓋在任務(wù)中。通過(guò)任務(wù)，學(xué)生不但加深了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，而且更加清楚不同算法的優(yōu)缺點(diǎn)及其之間的聯(lián)系。③實(shí)用性。通過(guò)將任務(wù)與理論相結(jié)合，通過(guò)將理論知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題，使學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和自己的經(jīng)驗(yàn)提出解決方案，激發(fā)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。④挑戰(zhàn)性。每個(gè)班級(jí)中的學(xué)生學(xué)習(xí)程度都是有層次的，設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)應(yīng)該考慮不同程度的學(xué)生，給每個(gè)學(xué)生多種選擇。對(duì)一些學(xué)有余力的學(xué)生，可設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，充分挖掘此類(lèi)學(xué)生的潛力。

3 基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法實(shí)施

教學(xué)內(nèi)容實(shí)施過(guò)程中，重在發(fā)揮學(xué)生的主體作用，通過(guò)啟發(fā)引導(dǎo)、自主探究、協(xié)作交流、總結(jié)提高等具體的實(shí)施，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

啟發(fā)引導(dǎo)。課堂內(nèi)容與任務(wù)確定后，需要教師對(duì)任務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行分析，向?qū)W生提出若干啟發(fā)性的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，使學(xué)生快速找到問(wèn)題的切入點(diǎn)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分解、自主分析，提出解決方案。這個(gè)環(huán)節(jié)，教師的角色由傳統(tǒng)的“授”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙?，需要教師作好充分的?zhǔn)備工作，摸清楚學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、認(rèn)知能力、興趣愛(ài)好等基本特點(diǎn)，以學(xué)生積極接受的方式引導(dǎo)學(xué)生。

自主探究。該環(huán)節(jié)是基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的重要環(huán)節(jié)，教師僅僅負(fù)責(zé)提供資料，由學(xué)生自主探討、解決訪問(wèn)的方法，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)獲取最新、最豐富的教育資源，結(jié)合Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中教學(xué)內(nèi)容、多媒體教學(xué)課件、圖片集、教學(xué)視頻、學(xué)生作品等教學(xué)資源，將收集到的資料整理、消化、吸收、轉(zhuǎn)化為自己的東西，找出完成任務(wù)的最佳解決方案。該環(huán)節(jié)有助于增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)創(chuàng)新精神，挖掘?qū)W生的挑戰(zhàn)能力。

協(xié)作交流。經(jīng)過(guò)自主探究學(xué)習(xí)后，協(xié)作交流可以作為學(xué)生思路交流、成果分享、觀點(diǎn)碰撞的平臺(tái)，學(xué)生之間相互交流自己的解決方案，通過(guò)互相補(bǔ)充與優(yōu)化，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)習(xí)與合作。教師在此環(huán)節(jié)要做好組織引導(dǎo)工作，避免學(xué)生因爭(zhēng)論激烈而偏離主體，對(duì)一些疑難問(wèn)題，適當(dāng)?shù)慕o予引導(dǎo)，以免學(xué)生進(jìn)入死胡同。該環(huán)節(jié)重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生溝通交流、思維發(fā)散、團(tuán)隊(duì)合作能力，提升學(xué)生全面素質(zhì)。

總結(jié)提高。任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式最后一個(gè)環(huán)節(jié)就是總結(jié)提高。首先，教師需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)任務(wù)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題與解決方法進(jìn)行總結(jié)，對(duì)學(xué)習(xí)成果進(jìn)行歸納，完成學(xué)習(xí)研究報(bào)告。其次，以小組或個(gè)人的形式讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)報(bào)告進(jìn)行陳述，引導(dǎo)學(xué)生分享自己的成果，欣賞他人的成果，學(xué)會(huì)反思與總結(jié)自己成果的優(yōu)點(diǎn)與不足。最后，教師需要對(duì)所有學(xué)生的任務(wù)完成情況進(jìn)行總結(jié)，對(duì)一些共性的問(wèn)題給予指導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)。此環(huán)節(jié)重點(diǎn)在于激發(fā)學(xué)生獲得進(jìn)一步探究的興趣與愿望，獲取更深層次的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

4 課程考核方式改革

傳統(tǒng)的課程考核方式通常是試卷，忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程?；谌蝿?wù)驅(qū)動(dòng)的考核方式可以多元化，通過(guò)理論考試、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)、過(guò)程考核等方式，考察學(xué)生對(duì)整門(mén)課程的掌握程度。這種多元化的評(píng)價(jià)模式，避免了片面的以學(xué)習(xí)結(jié)果評(píng)價(jià)學(xué)生的能力，全方位的考察學(xué)生整體水平，促進(jìn)學(xué)生整體素質(zhì)的提高。

理論考試，重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)課堂上的理論知識(shí)點(diǎn)掌握情況，包括密碼算法的基本原理、應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，是對(duì)學(xué)生完成任務(wù)的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，考慮是否按規(guī)定獨(dú)立完成或者團(tuán)隊(duì)合作完成、是否提交研究報(bào)告等因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。過(guò)程考核，是對(duì)學(xué)生在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)給予評(píng)價(jià)，比如能否積極的思考并提出問(wèn)題，能否自主地搜索資料，能否創(chuàng)新的解決問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)合作中所表現(xiàn)出來(lái)的協(xié)作能力，表達(dá)能力，執(zhí)行能力等等。

5 總結(jié)

現(xiàn)代密碼學(xué)是一門(mén)理論與實(shí)踐并重的多學(xué)科交叉的課程，其實(shí)踐教學(xué)涉及領(lǐng)域較廣，要求也相對(duì)較高。現(xiàn)代密碼學(xué)課程教學(xué)模式的改革，將對(duì)信息安全發(fā)展、課程建設(shè)及人才培養(yǎng)產(chǎn)生積極意義。本文主要從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)方法實(shí)施和考核評(píng)價(jià)三部分著手，結(jié)合現(xiàn)代密碼學(xué)的課程特點(diǎn)，探索基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式?；谌蝿?wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式在密碼學(xué)課程實(shí)踐中取得了良好的效果，提高了學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的能力，拓寬了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)視野，提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力。希望這一教學(xué)模式的改革能對(duì)同行有借鑒作用。

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