梁　中, 陳　波, 于　泠, 于浩佳

(1. 南京師范大學 信息化建設管理處, 江蘇 南京　210023； 2. 南京師范大學 計算機科學與技術學院,江蘇 南京　210023； 3. 南京師范大學 數(shù)學科學學院, 江蘇 南京　210023)

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基于手機微信的信息安全翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學實踐

梁中1, 陳波2, 于泠3, 于浩佳2

(1. 南京師范大學 信息化建設管理處, 江蘇 南京210023； 2. 南京師范大學 計算機科學與技術學院,江蘇 南京210023； 3. 南京師范大學 數(shù)學科學學院, 江蘇 南京210023)

以信息技術與教育深度融合理論為指導,以體現(xiàn)學生學習的主體地位為核心,以移動互聯(lián)為改革落腳點,探索基于手機微信的信息安全課程實驗翻轉(zhuǎn)課堂教學。闡述了翻轉(zhuǎn)實驗課堂的基本理論、教學活動設計、學習環(huán)境和教學評估方法；介紹了基于手機微信構(gòu)建新型人機交互環(huán)境下進行移動學習的細節(jié)。

翻轉(zhuǎn)課堂； 移動學習； 手機微信； 實驗教學改革； 信息安全教學

目前,我國開設信息安全類專業(yè)的高等院校已超過100所。信息安全專業(yè)是一個面向工程、面向應用的專業(yè),實驗教學是信息安全專業(yè)人才培養(yǎng)的關鍵環(huán)節(jié)。信息安全課程的教學既要重視理論的講授,更要強調(diào)實踐,培養(yǎng)學生解決安全問題的綜合應用能力。本文在江蘇省高等教育教學改革重點課題等研究項目的支持下,應用微信平臺進行了信息安全翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學改革的探索和實踐。

1　信息安全實驗教學面臨的新問題

隨著信息技術的飛速發(fā)展,在校大學生的學習環(huán)境、學習興趣、學習動力、學習目標、學習習慣發(fā)生了很大的變化,傳統(tǒng)實驗教學模式不能很好適應這些變化,主要存在3個矛盾。

(1) 傳統(tǒng)教學模式與學生對手機高度依賴的矛盾。移動互聯(lián)網(wǎng)時代開創(chuàng)了以智能手機為載體、以開放應用平臺搭載各種應用為延伸的移動互聯(lián)生態(tài)系統(tǒng),學生對手機產(chǎn)生高度依賴[1]。因此,實驗教學既要與手機等學生最熟悉的設備相結(jié)合,也要讓學習內(nèi)容在短時間內(nèi)引起學生的興趣,使學習者主動地投入學習。

(2) 傳統(tǒng)教學模式與學生追求社會化學習的矛盾。傳統(tǒng)實驗課的實驗內(nèi)容和實驗步驟、甚至實驗時間都是教師設計好的,學生在分組實驗中不可能單獨進行全部實驗操作；也有些實驗無法在實驗室內(nèi)完成,而在課外完成的過程中缺乏教師的指導和學生間的充分交流[2]。在移動互聯(lián)網(wǎng)時代,學生更希望能夠按照自己的節(jié)奏進行學習。對于完整的學習過程來說,社會化的學習成為必選項。

(3) 能力培養(yǎng)不符合學生對即用性的追求。學生對即用性的追求更甚于對系統(tǒng)性學習的追求,這就要求實驗項目要以解決問題為主線進行教學設計,而不是以流行的能力模型或職業(yè)技能模塊為主線?，F(xiàn)有的實驗教學講究內(nèi)容、體系完整,面對不斷發(fā)展變化的安全問題,學生的興奮點也在發(fā)生變化,需要不斷更新實驗內(nèi)容、及時滿足學生的興趣點和對即用性的追求。

2　信息安全實驗教學的改革思路

為了解決上述矛盾、提高教學質(zhì)量,信息安全實驗教學的改革就是要實施一種新的實驗教學模式[3-7]。

首要目標是促使學生有效學習行為的產(chǎn)生,也就是讓學生在學習過程中能夠配合教學設計真正動起來——手動起來、耳動起來、嘴動起來、腦動起來。

其次是打造新型師生、生生、人機交流環(huán)境。通過充分的交互,讓師生間、生生間產(chǎn)生認同感,形成一個全新的交流合作平臺,提高學生對實驗課的參與程度,鼓勵學生主動提出問題并能進行深入討論。實驗課教學內(nèi)容要更有針對性,能夠最大限度地解決每個學生表現(xiàn)出的個性化問題，強化學生的工程意識、培養(yǎng)和提高動手能力。

2.1以翻轉(zhuǎn)課堂相關理論作為改革行動的指導

美國教育部在《美國2010教育技術計劃》中提出了以“應用技術推動學生的學習”作為促進美國教育系統(tǒng)變革的路徑,其關鍵是以使用技術轉(zhuǎn)變學生學習方式為起點,讓學生掌握信息時代的學習方式方法,從而促使課程、教師、學校、政策等教學要素做出相應的變化。

2012年3月,我國教育部發(fā)布的《國家教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》中倡導實現(xiàn)信息技術與教育教學的全面“深度融合”,以信息化引領教育理念和教育模式的創(chuàng)新,促進教育內(nèi)容、教學手段和方法現(xiàn)代化。

事實上,當前教師在很大程度上仍在維持傳統(tǒng)的教學模式,課堂上只是利用計算機來展示多媒體課件,沒有為學生創(chuàng)設良好的實驗環(huán)境和理想的認知工具,傳統(tǒng)的課堂教學結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生根本性的變化。

文獻[8]提出信息技術與課程深層次整合理論:通過將信息技術有效地融合于各學科的教學過程來營造信息化教學環(huán)境,實現(xiàn)既能充分發(fā)揮教師主導作用,又能突出體現(xiàn)學生主體地位的以自主、探究、合作為特征的新型教學方式,從而把學生的主動性、積極性、創(chuàng)造性較充分地發(fā)揮出來,由以教師為中心的教學結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲗?主體相結(jié)合的教學結(jié)構(gòu)。

要將課堂教學結(jié)構(gòu)的變革真正落到實處,只有通過任課教師在課堂教學中設計并實施相關的課程及相應的教學模式才有可能。為此,應實施能夠有效變革課堂教學結(jié)構(gòu)的微課程建設和翻轉(zhuǎn)課堂教學模式。

2.2以學生為中心來思考和改革實驗教學

移動互聯(lián)網(wǎng)時代是用戶至上的時代,這一趨勢同樣也體現(xiàn)在教育教學工作中,因為學習者的地位在持續(xù)提升。學校不能僅以硬性的考核等管理要求去推動學生的學習,而是要兼用軟性吸引的方式去拉動學生的學習。這就需要教師在教學模式、教學環(huán)境、教學內(nèi)容、教學考核等多個方面進行改革。

2.3以移動互聯(lián)為實驗課程改革的落腳點

雖然移動學習專用App是一種最佳形式,但是其開發(fā)周期長,開發(fā)和維護成本高。然而,微信已經(jīng)被許多企業(yè)用來搭載移動學習,并且嘗試微信學習的企業(yè)和學習者還在不斷增加[9]。現(xiàn)在的學習者本身就是微信的用戶,可以直接進入微信上的學習公眾號。微信本身使用體驗確實較好,其社交互動的各種功能也能夠滿足移動學習的一些基本要求,因此微信學習顯現(xiàn)出強大的生命力。

基于以上的分析,本課程組探索和實踐了建立于微信平臺上、基于微課程的翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學新模式。

3　信息安全翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學模式探索

3.1教學活動設計

教學活動設計是翻轉(zhuǎn)實驗課堂的重點[10]。教學活動都要圍繞學生展開,既要充分尊重學生學習的主體地位,也要發(fā)揮教師的主導作用。學生主體地位體現(xiàn)在他們的參與度。

本文以驗證碼實驗為例，介紹翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學設計(見圖1)。

圖1　翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學設計

3.1.1實驗課前給學生準備的資料

(1) 背景資料。通過實際案例闡明實驗意義,例如提供“春運搶票大戰(zhàn)中12306網(wǎng)站的驗證碼被吐槽”的新聞、“驗證碼的由來”技術貼等。

(2) 實驗內(nèi)容和要求。提出需要實驗解決的問題并給出實驗思路。例如,實驗內(nèi)容1——驗證碼的作用分析；實驗內(nèi)容2——驗證碼安全問題分析,分析驗證碼被失效的方法(提示:不刷新直接繞過、暴力破解、機器識別、打碼平臺)；實驗內(nèi)容3——驗證碼資源被濫用問題分析,例如短信驗證碼接口沒有限制獲取驗證碼次數(shù)和時間間隔,導致可以不斷被調(diào)用和發(fā)送；實驗內(nèi)容4——設計并實現(xiàn)更加健壯的驗證碼功能。

(3) 實驗指導:對實驗過程給予指導,減少完成實驗的困難。例如無線網(wǎng)環(huán)境下驗證碼捕獲視頻、數(shù)字驗證碼設計開發(fā)視頻等。

3.1.2實驗課上組織學生進行實驗展示和討論

實驗課上主要由學生展示完成的實驗報告、介紹實驗細節(jié)、回答師生的質(zhì)疑,圍繞教師的問題進行討論。教師檢查學生的實驗報告,可以提出質(zhì)疑、提出新的問題并進行闡釋引導。

3.1.3實驗課后提供的資料

實驗課后提供的資料包括已完成實驗的討論題總結(jié)和優(yōu)秀實驗報告展示。學生可以通過查看優(yōu)秀實驗報告,對比總結(jié),查找自身的不足,了解尚待解決的問題,激發(fā)積極向上、繼續(xù)深入研究的興趣。

翻轉(zhuǎn)課堂通常以文字、PPT課件和微視頻作為學生課前學習的資源,學生通過自主學習獲得對新知識的領悟,想要提高學生課前知識準備的成效,就要融入“做”和“用”的成分。為此,將學生的課前學習轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^完成任務形式的學習,而不是單純地觀看視頻。在評價交流時,學生將自己的創(chuàng)新點和自己認為比較有特點的地方展示出來,注重提高學習的效果。

3.2學習環(huán)境建設

學習環(huán)境建設是翻轉(zhuǎn)實驗課堂的保障,由物理學習環(huán)境、技術學習環(huán)境和人際交互環(huán)境構(gòu)成。

(1) 物理學習環(huán)境。物理學習環(huán)境主要指有線網(wǎng)絡的高網(wǎng)速和無線網(wǎng)絡的全覆蓋,這與實驗室的空間布局密切相關。課程組基于微課程的翻轉(zhuǎn)實驗課堂，采用六邊形實驗臺,方便學生之間的討論和交流。

(2) 技術學習環(huán)境。技術學習環(huán)境既包含技術的因素,也兼顧對翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的適應性。技術環(huán)境涉及教學服務系統(tǒng)和軟件配置,主要包括無線投影設備及支撐軟件、教學工具軟件、多媒體演示軟件、實驗教學平臺。本信息安全實驗教學翻轉(zhuǎn)課堂使用的是西普科技Simple ISES信息安全實驗教學系統(tǒng)。實驗室安裝了無線投影系統(tǒng)，并加裝了無線模塊,可以和高清設備、無線網(wǎng)絡連接,允許32臺電腦同時接入有線、無線網(wǎng)絡,可以實現(xiàn)單臺PC、2臺PC(雙畫面)、4臺PC(四畫面)的投影顯示。用戶在基于iOS或Android的手機、平板電腦上安裝iProjectjon軟件后,可以輕松地將圖片、網(wǎng)頁、PPT等文件通過無線傳輸進行投影。演示者在自己手機、平板電腦上可以進行書寫批注,其批注的畫面也會同步投影在屏幕上。

(3) 人機交互環(huán)境。人機交互環(huán)境伴隨著學習的全過程。人機交互包括學生與學生的交互、學生與教師的交互?，F(xiàn)有的信息交互和共享平臺有電子郵件、學校統(tǒng)一建設的網(wǎng)絡教學平臺、QQ等即時通信類工具,但這些工具用于教學互動有也有一些不足。

筆者在翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學中以手機微信為載體,這是因為:

(1) 智能手機已經(jīng)成為大學生的必備工具,手機已成為學生形影不離工具；

(2) 騰訊公司的手機微信App和微信公眾平臺為學習交互提供了平等、自由、便捷的平臺，尤其是微信公眾平臺,提供了一整套后臺內(nèi)容管理應用,可以實現(xiàn)對關注用戶的個性化多媒體回復、主動推送、雙向交流,其對于移動學習的支持也具有天然的優(yōu)勢[11]。

翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學活動的交互環(huán)境實現(xiàn)方式如表1所示。

表1　翻轉(zhuǎn)實驗課堂教學活動交互環(huán)境實現(xiàn)方式

3.3教學評估改革

教學評估改革是翻轉(zhuǎn)實驗課堂改革實踐成敗的關鍵。在傳統(tǒng)教學中,教師是以考試成績評估學生的學習效果；在翻轉(zhuǎn)課堂中,需要采用形成性評估,即一種靈活的、不斷演變的過程,是教師對于學生的現(xiàn)狀有深刻理解之后不斷改變的過程?？偨Y(jié)性評估是在期末考試時方能發(fā)現(xiàn)學生的問題；而過程性評估是在學習過程中不斷對解決問題進行評估,通過評估幫助學生更好地學習、形成螺旋式上升。過程性評估可以在線完成,也可以線下完成,教師還可以借助各種途徑,如網(wǎng)絡交流工具或面談。針對學生實驗學習的過程性考核，可以采用要素的加權統(tǒng)計方法:在線視頻的點擊次數(shù)、在線討論次數(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)、資料貢獻次數(shù)和質(zhì)量、實驗課堂發(fā)言次數(shù)+質(zhì)量、實驗報告提交次數(shù)+質(zhì)量等。

4　基于手機微信的微課程資源建設和運用

課程資源的建設是翻轉(zhuǎn)實驗課堂實施的前提。除了最基礎的微視頻資源以外,還需要關注互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下與教學有關的各種信息資源的廣泛搜集、有效利用以及研究開發(fā),包括文本、視頻、圖片、超鏈接。

4.1資源的聚合

遵循信息安全PDRR模型的核心思想,以及教育部高等學校信息安全類專業(yè)教學指導委員會制定的《高等學校信息安全專業(yè)指導性專業(yè)規(guī)范》的要求,確立了實驗教學內(nèi)容框架。在文獻[6]中對此工作已有介紹。

為使教學資源完整、配套并保持新穎性和先進性,筆者從兩方面持續(xù)進行了資源的聚合工作。

一是通過關注政府、安全企業(yè)、黑客組織和個人的網(wǎng)站、博客、微信公眾號、報紙新聞、書籍等多種媒體資源,追蹤信息安全新問題、新技術。

二是開發(fā)自動化信息聚合工具爬取信息安全相關主題的新聞事件、攻擊案例解析、新技術等多種資源,例如筆者開發(fā)了Android手機版安全頭條軟件,已經(jīng)進行軟件著作權登記。

為進一步對資源進行歸類、清理和篩選,筆者還研究了基于安全領域本體的信息安全知識聚合和個性化推送方法。

4.2微視頻資源制作

翻轉(zhuǎn)課堂可以圍繞教學重點內(nèi)容和技能來切分錄制的短視頻,并設計在線問答以及推薦閱讀資料,引導學生做好預習準備。

首先,細化知識單元的內(nèi)容,將實驗步驟細化為實驗準備、實驗環(huán)境搭建、實驗難點解析、實驗問題提出等部分,微視頻的時長一般控制在5～10 min,最長不超過20 min。

其次,采用錄屏軟件Camtasia進行屏幕錄制。除了教學內(nèi)容和語音講解外,沒有冗余信息,更有利于集中學生的注意力,提高課前自主學習的效率。2014年，Microsoft Office套件新增的Office Mix為已經(jīng)熟練使用Office的用戶制作課件提供了方便。

4.3微資源傳送和運用

筆者推出“博雅安全”微信公眾號,建立了班級的微信群,將一些學生納入朋友圈。學生安裝免費微信軟件,關注“博雅安全”微信公眾號后,形成了一個社會化學習平臺。

(1) 教師可以通過微信公眾平臺后臺管理功能上傳教學資料,資源類型包括文字、圖片、音視頻、網(wǎng)絡外鏈接。通過建立導航交互選單,學生可以自助選擇感興趣的教學內(nèi)容進行學習。微信公眾號下足夠安排實驗準備(背景材料、實驗內(nèi)容和實驗指導)、實驗活動(簽到、實驗展示和實驗討論)、實驗交流(優(yōu)秀報告、實驗拓展和實驗匯總)等二級選單。實驗課前的準備階段,給學生發(fā)送相關實驗的案例等背景資料、實驗指導等；實驗課進行階段,師生可以即時通過手機微信收藏、轉(zhuǎn)發(fā)、點評圖片、文檔,進行學習和交流；實驗課后,教師可對學生提交的實驗報告進行評閱,對實驗報告及存在的問題進行評價、總結(jié)。

(2) 利用微信公眾號提供的第三方數(shù)據(jù)接口,實現(xiàn)了素材管理、群發(fā)消息、自定義選單管理和用戶消息回復等常用功能。例如,利用自定義關鍵字回復功能,學生可自主查詢教學資料,提出個性化的問題,由平臺自動或教師人工回復,實現(xiàn)真正意義上的移動學習。教師可以在后臺主動推送更新消息給所有學生或特定學生,快捷地將更新的通知、教學內(nèi)容等及時推送到每位學生的手機上。

除了充分利用微信公眾號外,在學習期間,師生依然可以在微信群和朋友圈保持交流溝通。

一般而言,課程對學生在某一知識點或某一個主題的學習要求是多方面的,也是層層遞進的。學生認知目標通常由記憶、理解、運用、分析、評價、創(chuàng)造6個類別組成。其中低端目標采用微視頻教學比較合適,而高層次的認知目標中的分析、綜合和評價則可以安排在翻轉(zhuǎn)后的課堂教學中,通過師生、生生互動交流來完成。

5　實踐效果與思考

5.1實踐效果

微信公眾平臺提供了數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能,由此教師可以及時、清晰地掌握學生對于學習資料的閱讀、收藏情況,還可查看用戶發(fā)給公眾號的消息中有哪些關鍵詞,以了解學生的需求?！安┭虐踩蔽⑿殴娞柛黜梼?nèi)容均具有較高的訪問率。學生發(fā)給公眾平臺的查詢關鍵字大多圍繞實驗內(nèi)容。

筆者分別在2015年春、秋季學期期末,在該微信公眾平臺，通過問卷調(diào)查了解學生對基于手機微信的翻轉(zhuǎn)實驗課堂的評價。調(diào)查結(jié)果顯示,學生對于基于微信的翻轉(zhuǎn)實驗課堂在促進學習和能力提升兩方面的作用給予了較高的正面評價,教師也感覺到在實際教學中學生頭抬了、手動了、嘴動了、腦動了,學習熱情和學習效果顯著提高。

5.2突出的優(yōu)勢

翻轉(zhuǎn)課堂并沒有取消實驗課,而是將面對面學習和移動學習兩種方式的優(yōu)點結(jié)合起來的混合式學習?；谑謾C微信的移動學習的突出優(yōu)勢在于:

(1) 極少的前期投入和超低的使用費(無線網(wǎng)絡或是3 G/4 G網(wǎng)絡流量),且不受時空限制；

(2) 操作簡單,內(nèi)容傳遞快速,用戶體驗好；

(3) 運行在手機上的微信App實質(zhì)是強制性進行了實名認證和綁定,非常利于教學管理；

(4) 學生可以自定學習步調(diào),隨時隨地學習；

(5) 碎片化和靈活多樣的學習內(nèi)容、較好的學習過程體驗,容易使學習者產(chǎn)生學習興趣；

(6) 通過公眾號建立學習群,把學生與學生、學生與教師聯(lián)系起來,形成多向互動的社交化學習網(wǎng)；

(7) 在翻轉(zhuǎn)實驗課堂設計、學習內(nèi)容更新中發(fā)揮教師的主導作用,通過微信公眾號加強學習管理；

(8) 能夠及時反饋每個學生和學生群體的預習情況,包括學生學習情況和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

5.3尚待解決的問題

(1) 教師需要轉(zhuǎn)變觀念,提升信息技術能力。在翻轉(zhuǎn)課堂中,發(fā)生了從教師為中心到學生為中心的變化,線下更多的是案例討論、技能訓練和教師點評,有更多的互動參與。教師應轉(zhuǎn)變觀念,認識到這不是對傳統(tǒng)教學的顛覆,而是學習領域的O2O應用。

(2) 教師需要有更大的責任心和奉獻精神,花費更多的時間進行教學設計、錄制微視頻。學校應當在績效考核等多方面采取激勵措施,鼓勵更多的教師投入到這項教學改革活動中。

(3) 教學時間需要調(diào)整。翻轉(zhuǎn)課堂擴展了課程學習的時間總量,一些學生不能按時完成課前的自主學習,影響了翻轉(zhuǎn)課堂的教學效果。為了解決這一問題,目前已有學校調(diào)整教學時間,專門留出原來的教學時間讓學生自主學習相關學習資料。不過這一措施的實施和推廣還需要得到學校教學管理部門的認可。

(4) 需要學校信息化環(huán)境的支持。支撐環(huán)境既包括軟件系統(tǒng),也包括硬件系統(tǒng),還涉及對原實驗機房的改造,依然需要有一些經(jīng)費投入(盡管不多)。

(5) 基于微信公眾號建立的學習群存在局限性。微信只是一個社交平臺,不是專為學習而設計的App,它只具有最基本的學習功能,并且對每天發(fā)送信息量等有限制,難以對教學后臺管理提供全面支持。

(6) 沒有很好的課前預習,課堂上就不可能組織起有效的討論。有經(jīng)驗表明,如果一個課堂中有超過1/3的學生進行了預習,這些學生通過預習基本掌握了超過1/2的內(nèi)容,則課堂上方可組織起有效討論[12]。這可能成為該項教改成敗與否的關鍵。

決定翻轉(zhuǎn)課堂教學效果的關鍵是:在網(wǎng)絡課堂和實體課堂中,學生之間、師生之間是否進行了深入討論,是否有針對性地解決了每個學生在學習過程中遇到的問題。課堂討論的深度和廣度也體現(xiàn)了教師所確定的教學目標?？傊?圍繞實驗教學內(nèi)容,讓學生的手動起來、耳動起來、嘴動起來、腦動起來,教學改革就向前邁進了一大步。

References)

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Teaching practice of flipped experimental classroom of information security based on mobile phone WeChat platform

Liang Zhong1, Chen Bo2, Yu Ling3, Yu Haojia2

(1. Office of Informatization Construction & management,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China;2. School of Computer Science and Technology,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China;3. School of Mathematical Sciences,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China)

This paper explores teaching practice of flipped experimental classroom of information security supported by WeChat platform. The study was guided by the depth fusion theories of information technology and teaching,and takes the dominant position of students’ learning as the core. The reform takes the mobile Internet as foothold. Basic theories of flipped classroom as well as a new method to achieve teaching activities design,academic environment and teaching evaluation of flipped experimental classroom are described. How to build a new type environment of human-machine communication in mobile learning for teacher-students,student-student based on mobile phone WeChat is introduced in detail.

flipped classroom; mobile learning; mobile phone WeChat platform; experimental teaching reform; information security teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2016.10.039

2016-04-06

江蘇省高等教育教學改革重點課題(2015JSJG034)；中國學位與研究生教育研究課題(B1-2015Y11-026)；江蘇省教育科學十二五規(guī)劃重點資助項目(B-a/2013/01/013)

梁中(1978—),男,江蘇漣水,碩士,助理研究員,從事教育管理、信息化教學、互聯(lián)網(wǎng)+教育等研究與應用.E-mail：25107@njnu.edu.cn

TP393

B

1002-4956(2016)10-0156-05