摘要：針對信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程存在難教和難學(xué)等狀況，在分析本學(xué)科特點、知識重點難點和學(xué)生特點的基礎(chǔ)上，本文提出構(gòu)建一種新的立體化、多層次化教學(xué)模式(SMTM)的創(chuàng)新性觀點，結(jié)合哈爾濱師范大學(xué)計算機科學(xué)與信息工程學(xué)院推進教學(xué)改革的實際，在信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程方面取得了將科研與教學(xué)相結(jié)合、重點突出實踐能力與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的探索性成果。
　　關(guān)鍵詞：SMTM教學(xué)模式；協(xié)作學(xué)習(xí)；立體化教材
　　文章編號：1672-5913(2010)08-0100-04
　　中圖分類號：G642
　　文獻標(biāo)識碼：A
　　
　　隨著互聯(lián)網(wǎng)中信息安全事件不斷地出現(xiàn)，信息安全也越來越受到人們的關(guān)注。信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程是高校信息安全專業(yè)中實踐性較強的一門必修課，也是其他計算機專業(yè)的選修課。設(shè)置該課程旨在讓學(xué)生建立信息安全的重要觀念，掌握信息與網(wǎng)絡(luò)安全的必備知識，讓學(xué)生在設(shè)計、開發(fā)、使用軟件及計算機日常的維護中，牢牢樹立“安全問題無處不在”的觀念。但由于本門課程難度大、知識范圍廣等特點，造成本門課程在實際教學(xué)中枯燥、乏味、抽象、難理解等現(xiàn)象。因此，探索出該門課程的成功教學(xué)模式成為一個重要研究課題。本文根據(jù)該課程的特點及知識層次，提出一種新的立體化、多層次化的教學(xué)模式(Steric Multi-level Teaching Model，SMTM)。經(jīng)實際教學(xué)檢驗，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式，受到師生的好評。
　　
　　1　總體思想及模塊功能構(gòu)成
　　
　　SMTM教學(xué)模式的主體思想是通過教學(xué)的立體化、多層次化的結(jié)構(gòu)將本門課程內(nèi)容以多方式、多感觀地傳授給學(xué)生，充分挖掘?qū)W生的潛力，提高學(xué)生的獨立解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和學(xué)術(shù)科研素質(zhì)。其總體思想及操作模塊如圖1所示。
　　
　　
　　1，1五個模塊
　　SMTM主要有五個操作部分組成：學(xué)、練、研、討和復(fù)；每個部分又同時以思、問和協(xié)作為基礎(chǔ)，貫穿整個教學(xué)過程。教師在每個環(huán)節(jié)中布置一些具有代表作用的習(xí)題或思考題，要少而精?，F(xiàn)在，分別對各個操作模塊進行簡要說明。
　　(1)“學(xué)”模塊。在此模塊中，重要的一個問題是：學(xué)什么?如何學(xué)?筆者認(rèn)為，學(xué)生的“學(xué)”應(yīng)放在必要的關(guān)鍵性知識點、基本且重要的概念和理論上。而學(xué)的素材可以是教材、教輔、課件網(wǎng)站等，由教師和學(xué)生共同來完成課程內(nèi)容的傳授。教材在傳統(tǒng)教材基礎(chǔ)上，要增加網(wǎng)絡(luò)教材和立體化教材，要以多感觀的形式讓學(xué)生快速學(xué)習(xí)和掌握知識要點。
　　對于教學(xué)中的內(nèi)容，如果學(xué)生能夠自學(xué)的就讓學(xué)生自學(xué)，教師只講解重點和關(guān)鍵部分，要與學(xué)生“學(xué)”的進度配合起來；同時，要根據(jù)知識難度劃分層次，以便于更好的實施本模式教學(xué)。這樣，不僅提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，同時將在“教”上節(jié)省的時間分配到后面有關(guān)的實踐環(huán)節(jié)中。
　　(2)“練”模塊?！熬殹笔恰皩W(xué)”的促進、消化和吸收，通過實驗、仿真等手段來練。這一過程做的好壞直接影響著教學(xué)質(zhì)量。本模式中對于練的實施，主要在硬件平臺上開展，讓學(xué)生先完成基本實驗，然后使用相關(guān)的仿真軟件，如Boson NetSim、HW-RouteSim、Bos rsim以及抓包工具等；同時，將科研上的一些問題融入到“練”中，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真鉆研的精神和一絲不茍的學(xué)術(shù)作風(fēng)。對于信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程而言，必須通過學(xué)生的實驗，學(xué)生才會真正理解所學(xué)的內(nèi)容。
　　
　　(3)“研”模塊?！把小笔菍W(xué)生提高水平的重要階段，該階段能夠培養(yǎng)學(xué)生堅韌不拔的科研精神。對于理論及實驗上的難點，只要有不明白之處，可以小組為單位進行研究或師生共同探討和解決。一般情況下，此過程研究的問題基本都是課程中的難點，或者是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍遇到的障礙。對于這些障礙，即使學(xué)生們在實驗上做完了，但仍然會存在理解不夠深刻的現(xiàn)象。
　　教師要經(jīng)常給予學(xué)生鼓勵和指導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生對科研攻關(guān)的興趣和培養(yǎng)學(xué)生的自信。此階段的題目要小而專，切忌不可大而深，要讓學(xué)生能夠體會到“成功感”，增強學(xué)生的自信，并讓學(xué)生在成功和喜悅中學(xué)習(xí)。
　　(4)“討”模塊。“討”是學(xué)生發(fā)揮群體智慧來解決問題的途徑之一，也是發(fā)表不同見解的場合。對于同一問題的不同解法，學(xué)生們會提出不同的解決方案和見解，能夠充分調(diào)動學(xué)生的積極性、挖掘?qū)W生的創(chuàng)造力和想象力。對于存在爭議之處，不妨以學(xué)術(shù)會議的方式組織小組進行討論，讓學(xué)生充分表達自己的見解，對于有獨到創(chuàng)新之處的同學(xué)的要及時給予肯定和表揚；對于雖有新觀點和思想，但存在理論上或?qū)嵺`上的一些錯誤的同學(xué)，也要給予鼓勵和修正。在計算機領(lǐng)域中，有很多成功產(chǎn)品的靈感來自于看起來有些荒誕不經(jīng)的設(shè)想。所以，在計算機這個學(xué)科中，只要人能夠想到的，在條件和技術(shù)成熟的情況下，這些產(chǎn)品最后都會開發(fā)出來。所以，要在討論中鼓勵那些產(chǎn)生很多好的、新想法的同學(xué)。
　　
　　(5)“復(fù)”模塊?！皬?fù)”是學(xué)生鞏固知識的必要手段，是不失時機地對所學(xué)的知識進行總結(jié)的過程。及時復(fù)習(xí)能夠讓學(xué)生深刻理解和扎實掌握所學(xué)的知識，如果學(xué)生能夠總結(jié)出一個思路清晰、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膱蟾婊虿僮髑鍐危f明學(xué)生已真正掌握了所學(xué)的內(nèi)容。如果沒有這個過程，學(xué)生即使完成了任務(wù)，有許多新的收獲，但對于知識的掌握無法主動整理出清晰的脈絡(luò)。因此，對于新做的實驗、新學(xué)習(xí)的理論知識，學(xué)生要及時做好總結(jié)和歸納。此外，學(xué)生的“復(fù)習(xí)”要具有概括性和綱要性。
　　
　　1，2三個重要的要素
　　盡管上述五個模塊能夠很好完成教學(xué)任務(wù)，但在每個模塊的實施過程中，以下的三個核心要素不容忽視：
　　(1)“思”為五個模塊的基本基礎(chǔ)。思考的重要性人人皆知，但精要問題的提出和設(shè)置，能夠令學(xué)生的思維更加活躍和富有創(chuàng)造性。
　　(2)“問”是對知識的理解和升華。不僅要“問”，而且要會“問”。只有在“問”的過程中，才會深刻地理解問題。如果學(xué)生能夠提出一個好的“問題”，說明學(xué)生已深深地喜歡上本門課程，并對此產(chǎn)生濃厚的研究興趣。
　　(3)“協(xié)作”是提高效率和培養(yǎng)合作精神的前提。協(xié)作學(xué)習(xí)(collaborative Learning，CL)是一種以小組或小團隊的形式，組織學(xué)生協(xié)同合作完成某種既定學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)方式。在信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程的協(xié)作學(xué)習(xí)中，要求學(xué)生相互配合，共同完成實驗，甚至可以通過網(wǎng)絡(luò)來完成協(xié)作過程。
　　通過網(wǎng)絡(luò)來完成協(xié)作學(xué)習(xí)，具有不受時間和空間的限制、高交互性和高靈活性等特點，而且豐富的網(wǎng)絡(luò)資源能夠讓學(xué)生在充當(dāng)任務(wù)內(nèi)的角色外，還可充當(dāng)其他角色，全而展現(xiàn)問題的情景，促進學(xué)生思維和發(fā)現(xiàn)探索能力的提高。
　　
　　1，3SMTM與傳統(tǒng)教學(xué)的區(qū)別
　　SMTM教學(xué)模式的核心是充分培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和科研意識，突破傳統(tǒng)教學(xué)中的束縛，充分挖掘?qū)W生的潛力。SMTM教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，具有很多不同點，其區(qū)別如圖2所示。
　　在SMTM模式中，教師的授課時間被壓縮，要求教師將課程內(nèi)容的主要知識脈絡(luò)及結(jié)構(gòu)清晰地介紹給學(xué)生，并讓學(xué)生初步理解本課程的整體思路及關(guān)鍵所在。然后，教師采取任務(wù)驅(qū)動方式輔導(dǎo)學(xué)生做好實踐環(huán)節(jié)，任務(wù)要具有代表性和一定難度，各個任務(wù)合在一起要能夠在知識范圍上覆蓋本門課程的主體內(nèi)容。
　　在小組協(xié)作、研討及總結(jié)復(fù)習(xí)中，以學(xué)生為主體，教師可以不參與或少參與。當(dāng)教師在必要情況下參與研討時，一方面能夠使學(xué)生的討論沿著一個正確的方向進行，另一方面引導(dǎo)學(xué)生的討論沿著學(xué)術(shù)方向發(fā)展。在討論中產(chǎn)生的新思想、新方法都可以回到小組協(xié)作環(huán)節(jié)中去實踐和證明。
　　
　　2　SMTM在信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程上的實踐
　　
　　通過在信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程上實施本方案，檢驗SMTM的實際教學(xué)效果，教學(xué)內(nèi)容上選取學(xué)生普通難以接受的難點和重點，搭建學(xué)習(xí)平臺、開發(fā)所用的素材，使之能夠按SMTM進行操作執(zhí)行。
　　
　　2，1軟硬件資源
　　為實施SMTM模式在本課程上的改革和實踐，須配備必要的硬件及軟件資源，現(xiàn)以小組為單位組建局域網(wǎng)，每組配備5臺計算機、1臺三層交換機和1臺路由器，各組直接接入校園網(wǎng)，共設(shè)4組。此外，將所需要的共享資源集中放在一臺服務(wù)器中，如防火墻軟件及防病毒軟件、仿真軟件、網(wǎng)絡(luò)嗅探、包分析工具和VMWare等。在此基礎(chǔ)上，要求學(xué)生使用Visual c++來編程實現(xiàn)簡單的網(wǎng)絡(luò)通信等軟件，以此加強學(xué)生對安全防范的理解。
　　
　　2，2教學(xué)平臺的建設(shè)
　　由于學(xué)時的壓縮，有些內(nèi)容需要學(xué)生通過自學(xué)來完成。在實踐中，利用開放源代碼的Sakai建立了本課程的立體化網(wǎng)站；同時，建立師生互動平臺，加強師生之間的學(xué)術(shù)交流。
　　將學(xué)生以每5人為一組，設(shè)立組長(由具有一定組織能力、學(xué)術(shù)能力和研究精神的學(xué)生來擔(dān)任)，制訂計劃并記錄重要內(nèi)容，其日志也存儲在所建的Sakai平臺中，供大家查詢、交流和合作，提高學(xué)習(xí)效率。
　　
　　2，3成績評價
　　本門課程原有理論學(xué)時32學(xué)時，現(xiàn)壓縮為20理論學(xué)時，另外12學(xué)時增加到實驗部分。在學(xué)習(xí)過程中，教師通過現(xiàn)場或網(wǎng)絡(luò)平臺來管理學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、設(shè)計探究學(xué)習(xí)內(nèi)容，將教學(xué)難點和重點融入其中，提高教學(xué)效果。當(dāng)教學(xué)模式發(fā)生改變時，學(xué)生課程成績的評價也要做相應(yīng)的調(diào)整。本門課程中筆試成績占30％，小組任務(wù)占30％，研討占20％，總結(jié)占10％，平時表現(xiàn)占10％。經(jīng)過調(diào)整后，突破目前絕大多數(shù)課程的僅根據(jù)筆試及平時表現(xiàn)來決定學(xué)生最終成績的現(xiàn)狀，積極促進學(xué)生對各個環(huán)節(jié)的參與和努力，真正達到以培養(yǎng)應(yīng)用能力為主的效果。
　　
　　2，4效果分析
　　經(jīng)過教學(xué)模式的改變后，學(xué)生對此門課程的主動學(xué)習(xí)能力增強了，興趣度也大大提高了。據(jù)學(xué)生測評反映，學(xué)生對內(nèi)容理解普遍強于傳統(tǒng)模式，能夠?qū)⒗碚撆c實踐結(jié)合起來，自覺地開展了研究式學(xué)習(xí)；尤其是在研討中，學(xué)生們積極發(fā)言及切身經(jīng)驗交流的高漲熱情，大大超出預(yù)料程度。為了能夠正確評價采用本教學(xué)模式前后的教學(xué)效果，現(xiàn)從以下幾方面進行分析，如表1所示。
　　從表1中可以看出，新的教學(xué)模式對學(xué)生的可接受程度是很大的，對學(xué)生的能力培養(yǎng)效果也是顯著的。
　　
　　3　SMTM模式的實際意義
　　
　　本文所提出的SMTM教學(xué)模式是一種適合專業(yè)教學(xué)實際需要的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。該模式可以充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲芯?、高素質(zhì)的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力；此外，還可以鍛煉學(xué)生的合作能力和實踐能力，并培養(yǎng)其實是求事的態(tài)度。學(xué)生在實踐過程中也會強烈感受到成功感和自信感，對學(xué)生健康心理的成長也是大有裨益的。
　　
　　4　結(jié)語
　　
　　本文提出的SMTM教學(xué)模式可以大大提高學(xué)生對信息與網(wǎng)絡(luò)安全課程的可接受度，降低了本門課程的授課難度，實現(xiàn)了學(xué)生的能力鍛煉和創(chuàng)新思維及意識的培養(yǎng)。此外，本模式將教學(xué)與科研能力培養(yǎng)相融合，彰顯學(xué)科建設(shè)優(yōu)勢。本研究的下一步任務(wù)是加深對本教學(xué)模式的應(yīng)用研究和質(zhì)量評價，并將該模式逐步推廣到其他課程的教學(xué)中