基于SPOC和翻轉(zhuǎn)課堂的現(xiàn)代密碼學(xué)課程改革總結(jié)與分析

張寧，譚示崇，傅曉彤，杜小剛，李暉

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基于SPOC和翻轉(zhuǎn)課堂的現(xiàn)代密碼學(xué)課程改革總結(jié)與分析

張寧，譚示崇，傅曉彤，杜小剛，李暉

（西安電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)院，陜西 西安 710071）

針對(duì)2015-2018年西安電子科技大學(xué)現(xiàn)代密碼學(xué)課程改革的經(jīng)歷，分析總結(jié)了MOOC、SPOC、翻轉(zhuǎn)教學(xué)在現(xiàn)代密碼學(xué)課程上的實(shí)踐與效果，同時(shí)以編程馬拉松式的實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)兩種形式作為現(xiàn)代密碼學(xué)課程的配套實(shí)驗(yàn)，介紹了課程實(shí)驗(yàn)的實(shí)施情況，總結(jié)了課程改革的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，給出了可推廣的“互聯(lián)網(wǎng)+”式現(xiàn)代密碼學(xué)本科教學(xué)創(chuàng)新模式。

現(xiàn)代密碼學(xué)；本科教學(xué)；課程改革；翻轉(zhuǎn)課堂；互聯(lián)網(wǎng)+

1 引言

2015年7月，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組評(píng)議，報(bào)國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)批準(zhǔn)，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)、教育部決定在“工學(xué)”門類下增設(shè)“網(wǎng)絡(luò)空間安全”一級(jí)學(xué)科，學(xué)科代碼為“0839”，授予“工學(xué)”學(xué)位。西安電子科技大學(xué)于2014年12月30日成立網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)院，整合本校密碼學(xué)、信息安全、計(jì)算機(jī)安全等相關(guān)專業(yè)的力量，成為首批獲批網(wǎng)絡(luò)空間安全一級(jí)學(xué)科的學(xué)校，同時(shí)作為中央網(wǎng)信辦網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)示范基地，實(shí)行了一系列教學(xué)改革創(chuàng)新。

大規(guī)模在線開(kāi)放課程（MOOC，massive open online course）是基于課程與教學(xué)論及網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)智能技術(shù)發(fā)展起來(lái)的新興在線課程形式。2012年，“MOOC元年”開(kāi)啟之后，MOOC迅速在全球升溫，平臺(tái)建設(shè)風(fēng)起云涌。Udacity、Coursera、edX等國(guó)際MOOC平臺(tái)，以及中國(guó)國(guó)內(nèi)愛(ài)課程、中國(guó)大學(xué)MOOC、學(xué)堂在線等MOOC平臺(tái)開(kāi)始越來(lái)越多地出現(xiàn)在教師與學(xué)生的視線中。但MOOC課程的低完成率，缺少師生互動(dòng)等問(wèn)題隨著MOOC的流行凸顯出來(lái)，后MOOC時(shí)代引起了另一類教學(xué)，SPOC（small private online course），按照字面意義理解為“小規(guī)模限制性在線課程”?！癝mall”是指學(xué)生規(guī)模一般在幾十人到幾百人；“Private”是指對(duì)學(xué)生設(shè)置限制性準(zhǔn)入條件，達(dá)到要求的申請(qǐng)者才能被納入SPOC課程。教育界普遍認(rèn)為，SPOC可以彌補(bǔ)MOOC的不足，同時(shí)享受MOOC帶來(lái)的便利[1]。同時(shí)翻轉(zhuǎn)課堂“Flipped Class”開(kāi)始進(jìn)入課堂，這種教學(xué)形式下，課堂和老師的角色發(fā)生了變化，老師更多的責(zé)任是理解學(xué)生的問(wèn)題和引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”開(kāi)始進(jìn)入教育，技術(shù)對(duì)教育的支持讓學(xué)生可以完全沉浸在教學(xué)環(huán)境中，感覺(jué)不到技術(shù)的存在但在充分利用了技術(shù)，一場(chǎng)以技術(shù)轉(zhuǎn)移為核心的教育變革在悄然進(jìn)行，最終回歸到提升教與學(xué)的質(zhì)量。

1.1 課程背景分析

現(xiàn)代密碼學(xué)是信息安全類專業(yè)一門重要的專業(yè)課。這門課程涉及離散數(shù)學(xué)、數(shù)論、基礎(chǔ)代數(shù)、概率論、計(jì)算復(fù)雜性等數(shù)學(xué)專業(yè)，同時(shí)注重信息論、形式化邏輯、計(jì)算機(jī)編程等知識(shí)，既有理論，也有大量的實(shí)踐學(xué)習(xí)。筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)常年從事現(xiàn)代密碼學(xué)教學(xué)工作，傳統(tǒng)的現(xiàn)代密碼學(xué)課程改革只是在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充、小范圍修改更新，但卻一直未能推陳出新。如今，MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、SPOC等概念已經(jīng)大范圍進(jìn)入中國(guó)的高校，在西安電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)院的支持下，我們所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)以MOOC、SPOC、翻轉(zhuǎn)課堂為基礎(chǔ)，于2015年開(kāi)始嘗試全新的現(xiàn)代密碼學(xué)教學(xué)模式。

1.2 學(xué)生背景分析

本次教學(xué)改革的教學(xué)對(duì)象是我校信息安全實(shí)驗(yàn)班，該班的學(xué)生是在全校范圍內(nèi)根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)、興趣選拔的，由40名對(duì)信息安全有濃厚興趣、具有扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)和較強(qiáng)的編程能力的學(xué)生組成。如果學(xué)生水平差別符合正態(tài)分布，那么授課教師一般選擇中間的大多數(shù)學(xué)生為重點(diǎn)照顧對(duì)象，對(duì)于最優(yōu)秀和最差的學(xué)生的照顧程度小一些，這樣會(huì)增加提升教學(xué)質(zhì)量的難度。此實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生水平差異比普通班小，可以更容易地取得良好的授課效果，這40名同學(xué)構(gòu)成的小班，也給課堂創(chuàng)新和翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施提供了基礎(chǔ)。

2 課程改革

2.1 課程資源準(zhǔn)備與SPOC

現(xiàn)代密碼學(xué)課程開(kāi)設(shè)在每年的秋季學(xué)期，暑假前，搜集整理并制作所需的課程資料發(fā)給學(xué)生，其中教材和實(shí)驗(yàn)資源都是全球頂尖水平的密碼學(xué)課程資源，除了教材書(shū)籍，還有相應(yīng)的視頻資源[2]，為了方便學(xué)生學(xué)習(xí)，我們組織人力進(jìn)行了課程視頻的翻譯。本課程注重實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)資源采用了2014年Blackhat[3]大會(huì)上提出的實(shí)踐類密碼題目以及MTC3[4]上的部分題目，另外也整合了歐拉計(jì)劃[5]中一些基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)題目，所有的資源以微信推送[6]的方式在假期發(fā)給學(xué)生。

每年暑假，Coursera上斯坦福大學(xué)Dan Boneh教授的Cryptography I開(kāi)課（目前的情況是3個(gè)月開(kāi)一次課），要求學(xué)生一起注冊(cè)這個(gè)課程，如圖1所示。本課程包含密碼學(xué)的講義、視頻講授、章節(jié)測(cè)試題，為期6周，讓學(xué)生充分利用暑假和開(kāi)學(xué)后的一段時(shí)間，以在線看視頻自學(xué)、每周做完相應(yīng)的章節(jié)測(cè)試題的方式自主學(xué)習(xí)。事實(shí)上，同學(xué)們非常認(rèn)真負(fù)責(zé)地對(duì)待這項(xiàng)任務(wù)，暑假以及開(kāi)學(xué)后幾乎每天都會(huì)在線上交流工具中提出和討論各種各樣的問(wèn)題，其中一些問(wèn)題還相當(dāng)具有代表性。

圖1 Coursera的密碼學(xué)課程

2.2 翻轉(zhuǎn)課堂

2.2.1 課堂安排

秋季開(kāi)學(xué)后，本著學(xué)生“自主學(xué)習(xí)，自我管理”的翻轉(zhuǎn)課堂指導(dǎo)思想，把全班40名學(xué)生分成4~6個(gè)學(xué)習(xí)小組，每周由課代表和老師分配安排相應(yīng)的任務(wù)到各個(gè)小組，再由各組組長(zhǎng)對(duì)組員進(jìn)行任務(wù)調(diào)配。任務(wù)內(nèi)容主要就是對(duì)于Coursera上在線學(xué)習(xí)的斯坦福大學(xué)密碼課程的再現(xiàn)和深入。在上課時(shí)間的安排上，筆者每次利用兩大節(jié)課的時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)代密碼學(xué)的課堂教學(xué)。典型的課堂流程如表1所示。

課堂報(bào)告和總結(jié)點(diǎn)評(píng)會(huì)進(jìn)行4~6次，完整的一個(gè)課堂流程是200 min。

課堂上，經(jīng)過(guò)充分準(zhǔn)備的學(xué)生上講臺(tái)按自己的理解對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行講解，任課教師和助教坐在下面和其余同學(xué)一起聽(tīng)課，隨時(shí)提出一些相關(guān)問(wèn)題的補(bǔ)充和見(jiàn)解，課堂上有激烈的討論，有現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行程序驗(yàn)證算法，也有現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)答環(huán)節(jié)，課堂上充分利用手機(jī)和計(jì)算機(jī)，教師會(huì)準(zhǔn)備即時(shí)的問(wèn)題和測(cè)驗(yàn)發(fā)上線。同學(xué)們?cè)谶@種新穎、互動(dòng)的課堂上，充分體驗(yàn)到了自主學(xué)習(xí)的樂(lè)趣和責(zé)任，同時(shí)又將心比心地體會(huì)到在上面講課的同學(xué)所準(zhǔn)備內(nèi)容的來(lái)之不易，本著尊重他人也尊重自己的態(tài)度，更加認(rèn)真地投入課堂中，從而達(dá)到全員參與、全體互動(dòng)的效果，在一定程度上解決了大學(xué)課堂中普遍的“老師講，學(xué)生走神”的現(xiàn)象。

課下，在學(xué)生完成在線題目后，課程組給出一些附加題目，學(xué)生完成的水平和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期，對(duì)于知識(shí)的理解可通過(guò)多種練習(xí)積累起來(lái)。我們利用QQ、微信（設(shè)置了課程微信公眾號(hào)）、郵件等一切資源，督促鼓勵(lì)學(xué)生按期完成課程學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生互相交流，保證每一個(gè)學(xué)生都能完成相應(yīng)的課程要求。

2.2.2 在線作業(yè)和評(píng)價(jià)體系

斯坦福大學(xué)Dan Boneh教授的密碼學(xué)課程是公認(rèn)的“課程內(nèi)容難，聽(tīng)課要基礎(chǔ)，作業(yè)充滿挑戰(zhàn)性”。該課程的每一部分內(nèi)容講授結(jié)束后，對(duì)應(yīng)的在線作業(yè)要求在某個(gè)時(shí)間之前完成，如果不按時(shí)提交作業(yè)答案，成績(jī)將會(huì)受到極大的影響，關(guān)系到是否能夠取得結(jié)課證書(shū)。課程作業(yè)不考察記憶性的知識(shí)，側(cè)重考查學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解、掌握和應(yīng)用，作業(yè)充滿挑戰(zhàn)性，可以很好地考查學(xué)生是否真的理解了密碼學(xué)的概念和基礎(chǔ)理論。目前，四屆共計(jì)120名學(xué)生全部修完了在線課程，拿到了Dan Boneh教授簽名的課程聲明，順利完成了全球最優(yōu)秀的密碼學(xué)課程的學(xué)習(xí)。

表1 典型的課堂流程

2.2.3 課堂上問(wèn)題解決

翻轉(zhuǎn)課堂旨在充分調(diào)動(dòng)課堂中每一個(gè)人的積極性，不僅教師在講臺(tái)前講課，更提倡學(xué)生準(zhǔn)備內(nèi)容，自己也當(dāng)一回“教師”。但是，學(xué)生畢竟剛開(kāi)始學(xué)習(xí)現(xiàn)代密碼學(xué)這門課，在講解相關(guān)章節(jié)時(shí)，在講解的深度和廣度上，有一定的不足之處。要求任課教師熟練應(yīng)用教學(xué)策略，充分準(zhǔn)備預(yù)案，妥善實(shí)施。在學(xué)生講解的時(shí)候，任課教師會(huì)根據(jù)具體情況做相應(yīng)的補(bǔ)充，其余同學(xué)可以隨時(shí)在課堂上提問(wèn)，但提問(wèn)往往很踴躍，需要教師合理安排，及時(shí)解決課堂出現(xiàn)的各種問(wèn)題。同時(shí)，為了充分幫助學(xué)生理解課堂內(nèi)容，在課堂上會(huì)隨時(shí)給出新的題目，這些題目的形式多種多樣，包括提前準(zhǔn)備的紙筆考試，利用問(wèn)卷星、雨課堂等在線工具做的課堂問(wèn)答，QQ群中直接發(fā)出題目的電子版，課堂上直接利用PPT給出題目等多種形式，保證學(xué)生在這3個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)全身心投入。

2.2.4 課堂測(cè)驗(yàn)

課堂測(cè)驗(yàn)分為課前測(cè)和課后測(cè)。課前測(cè)約10道題，為填空選擇題（客觀題），通過(guò)在線答題，即時(shí)出成績(jī)，準(zhǔn)時(shí)在課程開(kāi)始時(shí)計(jì)時(shí)，有效避免遲到，教師提前設(shè)置好，自動(dòng)出題和判卷，允許現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)，題目40%是對(duì)以前課程的復(fù)習(xí)，60%是對(duì)本次課程預(yù)習(xí)的考察，也會(huì)引出本節(jié)課程的主要討論內(nèi)容，課前測(cè)的題目一般在課程講解的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)，隨時(shí)給出答案和講解。課后測(cè)約5道題，為簡(jiǎn)答題和計(jì)算題（開(kāi)放式主觀題），緊扣本節(jié)課的課程內(nèi)容，要求小組討論給出正確答案。課前測(cè)可以有效檢驗(yàn)課程預(yù)習(xí)效果，讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)入課堂；課后測(cè)是以問(wèn)題為導(dǎo)向，讓學(xué)生對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)歸納，進(jìn)行更深入的思考，所有的測(cè)試都只規(guī)定時(shí)間，可以討論或現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)，唯一的目的是服務(wù)課堂，提高學(xué)習(xí)效果。

通過(guò)以上翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施，筆者深刻體會(huì)到，在SPOC翻轉(zhuǎn)課堂中，教師的主要任務(wù)是構(gòu)建學(xué)生自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，需要大量的課前準(zhǔn)備。教師考慮的問(wèn)題從傳統(tǒng)的按照教學(xué)大綱如何保證完成教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾我龑?dǎo)學(xué)生開(kāi)展個(gè)性化學(xué)習(xí)、如何將技術(shù)融入師資、如何重塑教師角色，對(duì)教師的要求很高。

2.3 實(shí)驗(yàn)課的探索與實(shí)踐

2.3.1 編程馬拉松

在2013級(jí)和2014級(jí)現(xiàn)代密碼學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們采用編程馬拉松式的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

前期準(zhǔn)備工作主要包括實(shí)驗(yàn)題目的確定，代碼提交平臺(tái)的選擇和熟悉以及完整詳細(xì)的實(shí)施方案。此外，參加編程馬拉松實(shí)驗(yàn)的學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式參加，所以要提前進(jìn)行人員的分組，還有實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的布置、消耗物資的備辦以及對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)則的制定等。除此之外，需要至少5名志愿者，負(fù)責(zé)代碼驗(yàn)證、現(xiàn)場(chǎng)軟硬件維護(hù)等，學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心保障各種硬件需求。

實(shí)驗(yàn)當(dāng)天每組學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況分工合作攻克20~40道題目，這些題目均為國(guó)外知名的密碼學(xué)挑戰(zhàn)，內(nèi)容涉及現(xiàn)代密碼學(xué)的經(jīng)典算法和應(yīng)用，題目難、中、易分布為3:4:3，其中，30%的題目具有相當(dāng)大的難度。在場(chǎng)的評(píng)判小組實(shí)時(shí)根據(jù)各組代碼提交情況進(jìn)行評(píng)判并做出回應(yīng)，如果答對(duì)一道題則在該組記分牌上打鉤表示通過(guò)。現(xiàn)場(chǎng)有任課教師和多位研究生助教，隨時(shí)幫助同學(xué)們理解題意，解決各種問(wèn)題，持續(xù)兩天一夜。最后各個(gè)團(tuán)隊(duì)分別提交各自的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，我們組織專家組聽(tīng)取各個(gè)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)匯報(bào)指導(dǎo)點(diǎn)評(píng)，給出針對(duì)性的意見(jiàn)和建議。經(jīng)過(guò)2個(gè)小時(shí)的匯報(bào)和評(píng)議，最終決定以答題數(shù)量最多、代碼質(zhì)量和報(bào)告質(zhì)量最優(yōu)的團(tuán)隊(duì)為優(yōu)勝團(tuán)隊(duì)。

編程馬拉松的形式較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更有挑戰(zhàn)性，能給同學(xué)們留下深刻的印象，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生能夠以團(tuán)隊(duì)形式投入、分工合作。這種形式的實(shí)驗(yàn)對(duì)題目質(zhì)量要求高，事先課程組將所有的題目驗(yàn)證核對(duì)，所需教學(xué)資源（包括資金人力）也較多。

經(jīng)過(guò)了兩年的實(shí)驗(yàn)，第一年效果還好，在全院學(xué)生中引起了一波學(xué)習(xí)密碼學(xué)編程的風(fēng)氣，但第二年，下一屆的學(xué)生已經(jīng)聽(tīng)說(shuō)了這種方式，甚至提前“抱好大腿”，準(zhǔn)備“劃水”。另外還存在“題目老化”的情況，因?yàn)榻處熞髮W(xué)生將題解上傳到Github和Coding這樣的代碼托管平臺(tái)方便團(tuán)組合作，于是往屆同學(xué)會(huì)很方便地分享題解給應(yīng)屆同學(xué)，因?yàn)槭谴a，即便我們?cè)跍?zhǔn)備題目時(shí)改變參數(shù)，仍然很難保持題目的“新鮮感”?！百Y源不足”也是一個(gè)重要的問(wèn)題，在編程馬拉松階段至少需要10名學(xué)生志愿者、5名教師，不少于100 m2的場(chǎng)地，還需要準(zhǔn)備三餐以及暖氣（適逢本地最冷的時(shí)間段）?；谝陨戏N種原因，2018年經(jīng)過(guò)研究回歸到傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

2.3.2 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

2018年教學(xué)組在以往的基礎(chǔ)上，從題庫(kù)中選備16道題目，以單獨(dú)驗(yàn)收的方式進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)課在現(xiàn)代密碼學(xué)課程大綱中占16課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課前通過(guò)網(wǎng)絡(luò)公布實(shí)驗(yàn)題目，請(qǐng)同學(xué)們單獨(dú)做題。與講授課程同步，我們安排8次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)題目是與當(dāng)前課程相關(guān)的2個(gè)題目，每次實(shí)驗(yàn)3個(gè)小時(shí)，在這3個(gè)小時(shí)內(nèi)，驗(yàn)收40名同學(xué)的代碼和運(yùn)行結(jié)果。每位同學(xué)約有5 min時(shí)間演示，保證每個(gè)同學(xué)完成每道題目，每次通過(guò)學(xué)生的完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出實(shí)驗(yàn)分?jǐn)?shù)。

目前題庫(kù)約有100道題目，可以通過(guò)改動(dòng)參數(shù)、自由組合的方式進(jìn)行擴(kuò)展，至少4年內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)，學(xué)生單獨(dú)完成題目并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，有效避免“打醬油”和“題目老化”的情況，也能和課程同步，檢驗(yàn)鞏固學(xué)習(xí)效果。另外，擴(kuò)展性比較強(qiáng)，可以擴(kuò)展到大班授課的情況，實(shí)驗(yàn)老師隨課程人數(shù)線性增加，如40名同學(xué)需要1位實(shí)驗(yàn)老師，80名同學(xué)2位實(shí)驗(yàn)老師。

2.4 評(píng)價(jià)體制

2.4.1 課程評(píng)分機(jī)制

區(qū)別于傳統(tǒng)的一考定成績(jī)，此次課程改革采用了多元的評(píng)價(jià)體制，學(xué)生的成績(jī)由4部分構(gòu)成，如圖2所示。①課堂成績(jī)是指在線課程學(xué)習(xí)的完成情況，SOA（statement of accomplishment）是Coursera頒發(fā)的完成課程后的證明，課堂上做報(bào)告可以至少保證一個(gè)同學(xué)2次報(bào)告。②作業(yè)是指課堂上給出的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，同時(shí)也是保證到課率的方法，另外給出了一種全新的作業(yè)——出題，通過(guò)讓學(xué)生自己出題來(lái)查缺補(bǔ)漏。③期末考試占20%，期末考試使用了全新的考試平臺(tái)，進(jìn)行在線考試，題庫(kù)由從學(xué)生出的題目中選出來(lái)的一部分和課程組準(zhǔn)備的題目構(gòu)成，保證每個(gè)學(xué)生拿到的套題都是不一樣的。④附加分，在課程進(jìn)行過(guò)程中，也給出了一些很有挑戰(zhàn)性的課題，有不少同學(xué)對(duì)這些題目進(jìn)行了深入研究，依次給出附加分。

現(xiàn)代密碼學(xué)成績(jī)構(gòu)成一 課堂成績(jī)40%1 SOA 20% distinction 20, 合格152 課堂報(bào)告20% 3次或以上20，2次15（最后不夠兩次者請(qǐng)補(bǔ)筆記）二 作業(yè) 40%5次Quiz+final題目取最高4次，每次10分（1019, 1102, 1109, 1116, 1123）三 期末考試 20%四 附加分 附加的題目，其他報(bào)告酌情加分五 實(shí)驗(yàn)成績(jī)另計(jì)

2.4.2 問(wèn)卷調(diào)查

在課程進(jìn)行的過(guò)程中，課程組召開(kāi)過(guò)多次教學(xué)研討會(huì)，引起了學(xué)校高教研究所的重視，高教研究所的教師幫助我們?cè)O(shè)計(jì)問(wèn)卷調(diào)查，經(jīng)歷了嚴(yán)格的問(wèn)卷設(shè)計(jì)、預(yù)問(wèn)卷等環(huán)節(jié)，面向第一屆40名學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，經(jīng)過(guò)對(duì)問(wèn)卷分析統(tǒng)計(jì)，對(duì)此次現(xiàn)代密碼學(xué)教學(xué)改革給出了比較正面的評(píng)價(jià)[7]。同時(shí)，學(xué)生也給出了一些意見(jiàn)，如課堂時(shí)間較少、作業(yè)題目缺少梯度、考試平臺(tái)設(shè)計(jì)的bug等問(wèn)題。在此后的兩屆中，我們對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行了微調(diào)，每次課程結(jié)束都發(fā)放問(wèn)卷，根據(jù)問(wèn)卷結(jié)果對(duì)課堂和實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行修正，對(duì)課程安排進(jìn)行循環(huán)優(yōu)化。

2.4.3 與傳統(tǒng)課堂的區(qū)別

課程結(jié)束后課程組從學(xué)生和教師的反應(yīng)兩個(gè)維度分析了基于翻轉(zhuǎn)課堂和傳統(tǒng)課堂的區(qū)別，如表2和表3所示。

通過(guò)3年的跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，基于翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行密碼學(xué)教學(xué)的同學(xué)較傳統(tǒng)課堂教授的學(xué)生能更加積極主動(dòng)地分析密碼學(xué)應(yīng)用中的問(wèn)題，而不是單純地使用密碼學(xué)，具備更強(qiáng)的批判性思維，在工作中能更主動(dòng)地應(yīng)用密碼學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，更樂(lè)于從實(shí)用的角度研究密碼學(xué)。

在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，教師從知識(shí)傳授者向?qū)W習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者、學(xué)習(xí)資源的研發(fā)者、學(xué)習(xí)過(guò)程的促進(jìn)者轉(zhuǎn)變，對(duì)教師有更高的要求，注重教師以往的課堂經(jīng)驗(yàn)。隨著題庫(kù)和課堂經(jīng)驗(yàn)的豐富，在一輪一輪的迭代中，教師課堂準(zhǔn)備的工作量逐漸減小，但隨著密碼學(xué)新技術(shù)的發(fā)展，課堂內(nèi)容需要更新迭代，總體而言，教師的工作量相較傳統(tǒng)教學(xué)更多，但是課堂獲得的成就感也更多。

表2 傳統(tǒng)教學(xué)和基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中學(xué)生的區(qū)別

表3 傳統(tǒng)教學(xué)和基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中教師的區(qū)別

3 結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)诒拘Ｐ畔踩珜I(yè)實(shí)驗(yàn)班的“代密碼學(xué)”課堂上采用翻轉(zhuǎn)課堂模式教學(xué)，充分利用優(yōu)質(zhì)在線教學(xué)資源，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將傳統(tǒng)的學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)，讓學(xué)生成為課堂的主角。同時(shí)改革配套實(shí)驗(yàn)課程，通過(guò)實(shí)踐獲得了一套可以推廣的教學(xué)方法和模式。目前，此教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)班學(xué)生中取得了較好的教學(xué)效果。整合了教學(xué)資源，包括立體化的教材資源、題目資源，除了傳統(tǒng)的問(wèn)答題目，不管是作業(yè)還是考試，都加入了編程題目，學(xué)生得以把學(xué)到的知識(shí)學(xué)以致用，通過(guò)實(shí)際操作真切感受來(lái)自密碼學(xué)的魅力以及現(xiàn)實(shí)世界中密碼學(xué)存在的諸多不足之處，也進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生此后對(duì)密碼學(xué)進(jìn)行深入研究的熱情和動(dòng)力。這一套方法對(duì)于其他課程而言，可以結(jié)合各自課程的特點(diǎn)，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的形式下，開(kāi)展課堂創(chuàng)新，改革教學(xué)方式方法，提高教學(xué)的質(zhì)量與品質(zhì)。

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[7] 李瑾, 張寧, 云霄. 新工科背景下工科生自主學(xué)習(xí)力的深度構(gòu)建[J].高等工程教育研究,2018,(5): 71-77.

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Summary and study on the curriculum reform of modern cryptography based on SPOC and flip classroom

ZHANG Ning, TAN Shichong, FU Xiaotong, DU Xiaogang, LI Hui

School of Cyber Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China

Based on the teaching practice of modern cryptography curriculum reform in xidian university from 2015 to 2018, the practice and effect of MOOC, SPOC and flip classroom in modern cryptography were analyzed. The implementation and reform of the lab course were summarized based on the experiments with programming marathon and traditional lab course. The accomplishments and lessons of the curriculum reform were summarized and some suggestions of innovative modern cryptography education for undergraduate in the mode of “Internet +” were provided.

modern cryptography, undergraduate education, curriculum reform, flipped classroom, Internet+

張寧（1979? ），女，陜西寶雞人，博士，西安電子科技大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)楣€密碼學(xué)、應(yīng)用密碼學(xué)、無(wú)線物理層安全、信息安全法。

譚示崇（1979? ），男，廣西貴港人，博士，西安電子科技大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算安全、區(qū)塊鏈技術(shù)。

傅曉彤（1977? ），女，陜西西安人，博士，西安電子科技大學(xué)副教授，主要研究方向?yàn)楣€密碼學(xué)及其應(yīng)用。

杜小剛（1989? ），男，甘肅秦安人，碩士，西安電子科技大學(xué)工程師，主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)壓縮與存儲(chǔ)、信息安全。

李暉（1968? ），男，河南靈寶人，博士，西安電子科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)槊艽a學(xué)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全、云計(jì)算安全、信息論與編碼理論。

G643.0

A

10.11959/j.issn.2096?109x.2019029

2019?04?12 ；

2019?05?27

張寧，znlady@163.com

中央網(wǎng)信辦網(wǎng)絡(luò)安全人才培養(yǎng)試點(diǎn)基地建設(shè)項(xiàng)目

Project of Cyber Security Talent Cultivation Base by Office of Central Leading Group for Cyberspace Affairs

論文引用格式：張寧, 譚示崇, 傅曉彤, 等. 基于SPOC和翻轉(zhuǎn)課堂的現(xiàn)代密碼學(xué)課程改革總結(jié)與分析[J]. 網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)報(bào), 2019, 5(3): 89-95.

ZHANG N, TAN S C, FU X T, et al. Summary and study on the curriculum reform of modern cryptography based on SPOC and flip classroom[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2019,5(3): 89-95.