信息技術(shù)與教學(xué)深度融合方法的研究和探索

樊彩霞 李輝 李聰 張夢(mèng)嬌

【摘要】結(jié)合信息安全專業(yè)的特色，本文對(duì)信息技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)的融合方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并對(duì)推進(jìn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。教學(xué)過(guò)程中引入幾種新型的信息技術(shù)教學(xué)手段，同時(shí)將教學(xué)團(tuán)隊(duì)自己研發(fā)的相關(guān)軟件應(yīng)用到課堂教學(xué)上。經(jīng)過(guò)將近一年的實(shí)踐證明，新型信息技術(shù)與傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行深度融合，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，能夠有效提高課程的教學(xué)質(zhì)量并達(dá)到顯著的效果。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)? 教學(xué)方法? 深度融合

【基金項(xiàng)目】1.2017河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2017SJGLX242）;2.2016河南農(nóng)業(yè)大學(xué)高等教育科學(xué)研究課題 （20160206）。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）13-0249-02

一、引言

信息安全專業(yè)是計(jì)算機(jī)、通信、數(shù)學(xué)、管理等學(xué)科的交叉學(xué)科，主要研究確保網(wǎng)絡(luò)中各種信息安全的科學(xué)與技術(shù)。該專業(yè)的主體課程包括：C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計(jì)算機(jī)原理與匯編語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)原理、操作系統(tǒng)、密碼學(xué)原理、編碼理論、信息論基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等?？梢钥闯觯搶I(yè)的學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的熟悉程度都比較高。因此，作為當(dāng)下的熱門專業(yè)之一，進(jìn)一步推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合，在教學(xué)過(guò)程中充分利用課堂時(shí)間盡可能多地向?qū)W生展示該專業(yè)的魅力，提高教學(xué)效果的同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力是該次研究的重點(diǎn)。

2015年9月，教育部發(fā)布的《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》中提出要“堅(jiān)持深化應(yīng)用，通過(guò)深化應(yīng)用釋放信息技術(shù)對(duì)教育教學(xué)改革和發(fā)展的作用”。教育和信息技術(shù)的結(jié)合隨著硬件裝備、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等不斷發(fā)展變得越來(lái)越緊密。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)也從“黑板+粉筆”逐漸演變成了 “PPT+投影”，并逐步轉(zhuǎn)化到各種數(shù)字技術(shù)豐富的環(huán)境。

二、信息技術(shù)與教學(xué)融合的手段舉例

該次研究以作者所講授的《操作系統(tǒng)》和《網(wǎng)絡(luò)安全》這兩門信息安全方向本科生的專業(yè)課程為試點(diǎn)，推進(jìn)信息技術(shù)在課堂教學(xué)中的融合。針對(duì)這兩門課程，采用的方法主要有：

（一）課程網(wǎng)站的建設(shè)。

主要包括：在線課程錄像，配套教材課件，教材對(duì)應(yīng)電子書和相關(guān)參考書籍的電子版，重點(diǎn)例題解答，以及歷年考研的真題解析，各門課程的二維碼，同時(shí)給出知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或者期刊鏈接，課后論壇BBS實(shí)現(xiàn)大家的即時(shí)互動(dòng)。大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程（MOOC，Massive Online Open Courses）的發(fā)展，讓我們認(rèn)識(shí)到，隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，每一所大學(xué)，每一門課程必須是開放式的，這就意味著任課教師需要做到利用網(wǎng)絡(luò)多看多學(xué)習(xí)，原有的一味照著課本教材講課的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，信息技術(shù)融合下的課堂教學(xué)是多元化的。

《操作系統(tǒng)》和《網(wǎng)絡(luò)安全》課程，網(wǎng)上關(guān)于這兩門課程的教學(xué)視頻和精品課程網(wǎng)站很多。例如：國(guó)家精品課程資源網(wǎng)（http：//www.jingpinke.com/）上關(guān)于“網(wǎng)絡(luò)安全”相關(guān)的課程收錄共有314條，“操作系統(tǒng)”相關(guān)收錄也有52條，主要提供有教學(xué)課件，電子教案，教學(xué)錄像，教學(xué)設(shè)計(jì)，例題習(xí)題解析和相關(guān)的文獻(xiàn)資料等各類資源。在mooc學(xué)院（http：//mooc.guokr.com/）中，“操作系統(tǒng)”的中英文相關(guān)收錄有130多條，“網(wǎng)絡(luò)安全”的有30多條。面對(duì)如此豐富的教學(xué)資源，作為高校老師，備課中可以充分參考借鑒，取長(zhǎng)補(bǔ)短，課堂上不斷改進(jìn)自己的教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生更多更好地參閱該類資源。課后要求學(xué)生查閱電子圖書館或者CNKI，萬(wàn)方等知名網(wǎng)站，引導(dǎo)學(xué)生檢索和利用信息資源，拓展專業(yè)課的知識(shí)面，鞏固相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的理解掌握。

（二）課件中利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊場(chǎng)景的動(dòng)畫制作及動(dòng)畫演示，仿真模擬。

《操作系統(tǒng)》課程中涉及到很多理論算法，例如：Dijkstra提出的用于避免死鎖的銀行家算法。算法分為兩部分：安全性算法和銀行家算法。傳統(tǒng)的課堂講解過(guò)程分為：算法所用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說(shuō)明，算法步驟介紹和算法應(yīng)用舉例三個(gè)步驟。引入動(dòng)畫設(shè)計(jì)后，運(yùn)行動(dòng)畫演示程序，設(shè)置系統(tǒng)的各類資源數(shù)量的初始值，通過(guò)程序運(yùn)行演示相應(yīng)的進(jìn)程等待排隊(duì)情況及分配資源引起的數(shù)量變化情況。理論講解配合程序動(dòng)畫演示，使學(xué)生直觀的看到資源動(dòng)態(tài)分配的情況，加深了對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解。

再如：講到磁盤存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)時(shí)，利用Macromedia flash軟件專門制作了磁盤運(yùn)轉(zhuǎn)的一個(gè)動(dòng)畫仿真圖。每一個(gè)磁盤面配有一個(gè)磁頭，隨著每個(gè)盤面在不斷順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，磁頭不停地前后移動(dòng)掃描不同磁道上的每個(gè)扇區(qū)。傳統(tǒng)的課堂理論講解只能靠學(xué)生的想象力來(lái)理解磁盤旋轉(zhuǎn)讀取每個(gè)扇區(qū)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。結(jié)合動(dòng)畫演示后，學(xué)生直觀地看到了該過(guò)程，充分理解磁盤數(shù)據(jù)的讀取過(guò)程以及磁盤訪問(wèn)時(shí)間的構(gòu)成，縮短了課堂講解的時(shí)間，既增加了課堂趣味性又提高了課堂效率。

（三）課堂上利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程登錄實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示。

《網(wǎng)絡(luò)安全》這門課里面涉及到很多關(guān)于網(wǎng)絡(luò)攻擊和防火墻過(guò)濾的實(shí)例。課堂上進(jìn)行理論講解，課后學(xué)生自己實(shí)驗(yàn)，達(dá)到的效果并不是非常理想。理論知識(shí)是抽象的、生硬的，而課后學(xué)生又由于個(gè)體動(dòng)手能力的差異，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的特殊性導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)并不能夠按照預(yù)期規(guī)定完成。利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程互聯(lián)，課堂上進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程演示，使用ssh命令登錄到實(shí)驗(yàn)室特有的Linux服務(wù)器平臺(tái)，實(shí)時(shí)演示各種攻擊的命令發(fā)送過(guò)程，查看對(duì)服務(wù)器造成的攻擊效果。從安全意義上講，普通的計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)此類攻擊命令進(jìn)行安全預(yù)警或者防范攔截，課程的特殊性決定了該類實(shí)驗(yàn)所需的特定實(shí)驗(yàn)環(huán)境。因此，課堂遠(yuǎn)程演示結(jié)合課后學(xué)生統(tǒng)一開展實(shí)驗(yàn)課時(shí)，既豐富了課堂，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能夠讓相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)更加高效。

（四）利用同一課題組老師自己研發(fā)的識(shí)別軟件“基于圖像識(shí)別技術(shù)及指紋采集技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)刷臉上課或者指紋登錄上課，避免了傳統(tǒng)的課堂上點(diǎn)名的繁瑣。

這樣的刷臉?lè)绞交蛘咧讣y識(shí)別的方式，使學(xué)生在好奇心的驅(qū)使下增加了其上課的積極性，也減少了老師課堂時(shí)間的占用。為了督促學(xué)生充分學(xué)好每一門課，學(xué)校要求代課老師不定時(shí)點(diǎn)名，甚至要求至少一周一次的頻率。傳統(tǒng)的點(diǎn)名方式，老師需要逐一念出學(xué)生姓名。課堂時(shí)間有限，為了統(tǒng)計(jì)學(xué)生到課率，需要預(yù)留一部分時(shí)間，因此造成課堂時(shí)間的浪費(fèi)。在點(diǎn)名的過(guò)程中，存在學(xué)生誤答、替答，或者沒(méi)有聽到而不答的情況。采用刷臉?lè)绞交蛘咧讣y方式后，每次上課進(jìn)教室的時(shí)候，利用專用的掃描設(shè)備完成簽到，生成的即時(shí)的簽到信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)直接和學(xué)生的平時(shí)成績(jī)表現(xiàn)對(duì)接，避免了替答、誤答、不答的情況，也省去了老師的點(diǎn)名繁瑣，節(jié)約了課堂時(shí)間，同時(shí)完成了學(xué)生平時(shí)成績(jī)的考查。

三、主要存在的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)一年的試驗(yàn)推進(jìn)，學(xué)生普遍反映這樣的新事物新手段增加了對(duì)本專業(yè)的認(rèn)識(shí)，也提高了學(xué)習(xí)興趣。但是，在新型的信息技術(shù)與傳統(tǒng)的教學(xué)手段融合過(guò)程中也遇到了很多的問(wèn)題。主要可以分為以下幾類：

（一）信息技術(shù)的使用要求老師專業(yè)能力較強(qiáng)，部分教師根據(jù)專業(yè)的不同對(duì)新型信息技術(shù)的掌握熟練程度還不夠。

高校教師的專業(yè)類型多，信息技術(shù)多屬于工科類學(xué)科范疇，偏文科類的老師由于對(duì)工科類行業(yè)了解有限，因此，教學(xué)方法上更偏向于采用傳統(tǒng)的常見的PPT投影的方式。有的教師盡管在思想觀念上接受信息技術(shù)的融合，但從整合效果上看，依然有較大的差距。無(wú)論在使用信息技術(shù)的問(wèn)題上，還是從備課、上課、研究等方面都未實(shí)現(xiàn)兩者更深的融合，傳統(tǒng)的教學(xué)模式還未突破，封閉式的教育教學(xué)方式依然存在。學(xué)生在使用電腦時(shí)，超過(guò)1/3的學(xué)生用于玩游戲，不到30%的學(xué)生會(huì)運(yùn)用一些學(xué)習(xí)軟件進(jìn)行課外學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生還沒(méi)有將新型信息技術(shù)作為一種學(xué)習(xí)的工具，也沒(méi)有真正體會(huì)到使用信息技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的快樂(lè)，因此，需要盡快改變學(xué)生現(xiàn)有的學(xué)習(xí)方式。

另外專業(yè)的不同使得教師對(duì)課堂教學(xué)的認(rèn)識(shí)有區(qū)別，注重科研的老師沒(méi)有足夠的時(shí)間精力去研究傳統(tǒng)課堂的轉(zhuǎn)型或者提高自身的信息技術(shù)的相關(guān)能力。因此要全面實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)的融合，必須全面提高高校教師的課堂教學(xué)的認(rèn)識(shí)和自身的信息技術(shù)專業(yè)水平。

（二）信息技術(shù)的引進(jìn)，需要整個(gè)學(xué)校的教室建設(shè)規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)的支撐。

現(xiàn)有的教室雖然都具備多媒體教學(xué)環(huán)境，但設(shè)備的硬件配置參差不齊，信息技術(shù)的推廣使用需要有相關(guān)配套設(shè)備的支持，需要學(xué)校投入一定的資金和人力去改善現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境。因此，各高校在推進(jìn)速度上會(huì)有區(qū)別。

（三）信息技術(shù)要適度使用。

在實(shí)際課堂教學(xué)中，知識(shí)的傳達(dá)經(jīng)典的方法之一仍是傳統(tǒng)的講解授課。盡管在課堂上各個(gè)學(xué)生的表現(xiàn)會(huì)由于個(gè)體性格、知識(shí)水平的不同而不同，但課堂上過(guò)分依靠網(wǎng)絡(luò)資源也會(huì)出現(xiàn)：學(xué)生過(guò)分注重信息技術(shù)帶來(lái)的視覺、聽覺享受而忽略了對(duì)文本知識(shí)本身內(nèi)涵的理解掌握。課件中動(dòng)畫多媒體的展示也要適度，否則會(huì)讓學(xué)生在對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解停留在其動(dòng)畫之內(nèi)、音效之中。因此，在課堂的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)上，要巧妙恰當(dāng)?shù)氖褂枚嗝襟w動(dòng)畫，使其起到畫龍點(diǎn)睛的作用，當(dāng)語(yǔ)言描述不能更好地展現(xiàn)知識(shí)涵義時(shí)配合使用，教師配以詳細(xì)的課堂理論講解，通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，多媒體課件才能充分發(fā)揮其在課堂教學(xué)上的價(jià)值。

（四）網(wǎng)絡(luò)信息資源縱然豐富，但教學(xué)目標(biāo)依然要按照課程大綱，不宜將知識(shí)面擴(kuò)展過(guò)寬，使得教學(xué)目標(biāo)發(fā)生偏移。

本科生的每一堂課，盡管內(nèi)容相對(duì)較多，但教學(xué)設(shè)計(jì)都有一個(gè)明確的教學(xué)目標(biāo)。因此存在一些老師在課堂上花費(fèi)大量時(shí)間展示或補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)以外的內(nèi)容，諸如科學(xué)常識(shí)等背景資料。這樣的教學(xué)形式，使得課堂教學(xué)目標(biāo)沒(méi)有按照預(yù)期正常完成，對(duì)學(xué)生正常的知識(shí)接受造成了一定的影響。因此為了防止該類現(xiàn)象的出現(xiàn)，文本信息的延伸面要適度，防止過(guò)寬而導(dǎo)致其外延的無(wú)限膨脹，另外要在促進(jìn)學(xué)生思維拓展和豐富學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)涵的理解上下功夫，力求提升學(xué)生的創(chuàng)新力和動(dòng)手能力。 （五）信息技術(shù)、學(xué)生、老師之間關(guān)系的協(xié)調(diào)。

信息技術(shù)的引入使得傳統(tǒng)的課堂教學(xué)發(fā)生改變，隨著信息技術(shù)的深度融合，教學(xué)不是單純的教師教、學(xué)生學(xué)的被動(dòng)累加，而是互相都在學(xué)習(xí)的共同體。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，不少教師仍然擺脫不了課堂“總導(dǎo)演”的角色，傳統(tǒng)的一節(jié)課講到底的方法不能摒棄，甚至是“穿新鞋，走舊路”，學(xué)生只能被動(dòng)地參與課堂活動(dòng)，極大地挫傷了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。教師在操控教學(xué)信息時(shí)，忽視了學(xué)生在課堂上的主體作用，師生關(guān)系處理不當(dāng)。在信息技術(shù)支持下的課堂教學(xué)中，教師必須重新認(rèn)識(shí)與學(xué)生的關(guān)系。在構(gòu)建新型課堂教學(xué)模式時(shí)，要正確處理技術(shù)因素，把教學(xué)作為師生平等參與和互動(dòng)的過(guò)程，教師切不可充當(dāng)唯一的信息源，必須充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，真正成為課堂的“主人”。

結(jié)語(yǔ)

信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來(lái)了新的教學(xué)工具，產(chǎn)生了新的教學(xué)手段。對(duì)信息安全專業(yè)的本科生利用學(xué)科專業(yè)的特色，在教學(xué)過(guò)程中引入新型的幾種信息技術(shù)教學(xué)手段，利用課程網(wǎng)站共享教學(xué)資源，利用動(dòng)畫模擬仿真理論算法，利用遠(yuǎn)程操控演示理論具體過(guò)程，利用刷臉、指紋識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)課堂點(diǎn)名，等等，充分地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，將傳統(tǒng)的“老師一味的講”逐步轉(zhuǎn)變成了“學(xué)生主動(dòng)的找知識(shí)學(xué)”。文中所用的一些信息技術(shù)都是筆者自己的科研團(tuán)隊(duì)一起研發(fā)的小程序，因此大面積推廣還需技術(shù)的不斷完善。盡管文中也提到普及信息技術(shù)依然有各種問(wèn)題，需要一段時(shí)間，但是，對(duì)信息安全專業(yè)的本科學(xué)生經(jīng)過(guò)一年的實(shí)踐教學(xué)證明，將新型的信息技術(shù)與傳統(tǒng)的教學(xué)手段深度融合，可以充分提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，能夠有效提高課程的教學(xué)質(zhì)量和達(dá)到顯著的效果。

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作者簡(jiǎn)介：

樊彩霞（1983—），女，山西忻州人，講師，主要從事網(wǎng)絡(luò)信息安全和圖像處理的研究。

李聰（1978-），女，河南鄭州人，副教授，主要從事信息采集與處理研究。