段桂華,胡志剛,王建新,盛 羽
(中南大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院,湖南 長沙 410083)
自2015年國務(wù)院發(fā)布關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見以及2016年教育部發(fā)布關(guān)于中央部門所屬高校深化教育教學(xué)改革的指導(dǎo)意見以來,以國家創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)向?yàn)槠鯔C(jī),探索新的教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)方法成為近年來高校教學(xué)改革的熱點(diǎn)之一。目前高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)改革主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。①在已有的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目立項(xiàng)支持的基礎(chǔ)上,增加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育專題課程和實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)[1-2]。這些獨(dú)立設(shè)置的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程,一般是一些創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)論、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)管理、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論等通識課程,在內(nèi)容上與專業(yè)教育脫節(jié)[3],在時(shí)間上占用了專業(yè)教育的教學(xué)學(xué)時(shí)。②探討以學(xué)生為中心的開放式教學(xué)模式,讓學(xué)生參與教師的教學(xué)過程[4]。在這些以學(xué)生為主體的教學(xué)方法和手段中[5-6],有些會占用學(xué)生大量的課外時(shí)間和課內(nèi)教師的授課時(shí)間,從而影響教學(xué)計(jì)劃。
創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的兩個(gè)方面都存在與專業(yè)教育相沖突的問題,具體表現(xiàn)在大量的專業(yè)知識點(diǎn)與有限的課內(nèi)學(xué)時(shí)之間的矛盾,解決這個(gè)矛盾是目前高校教育改革中需要重點(diǎn)思考的問題。已有的研究主要是從宏觀上探討高等教育中學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的目標(biāo)和專業(yè)體系[7-8],研究創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)背景下實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容和考核方式[9],分析“雙創(chuàng)”人才培養(yǎng)過程中當(dāng)前考試存在的問題,給出一些考試改革的建議[10],或從個(gè)性化教育的角度探討培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的一些方法和途徑[11]。這些教學(xué)改革思想和策略雖然各有著重點(diǎn),但是內(nèi)容大同小異,都是從人才培養(yǎng)的全過程考慮,抽象不具體,對于一線教師的教學(xué)參考價(jià)值不大。
開放式教育的特點(diǎn)是以學(xué)生為中心,不同于傳統(tǒng)的教學(xué)模式,教師不僅僅是能站上講臺,還要能站好講臺,能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,變接收式的被動(dòng)學(xué)習(xí)為探究式的主動(dòng)學(xué)習(xí)。根據(jù)這種課堂形式變化的需求,課程改革將融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念和專業(yè)課程知識體系,從教學(xué)理念、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和考核方式4方面展開,最終使學(xué)生在知識、能力和思想3方面得到鍛煉和提升,成為具有創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的人才?;趧?chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的開放式精品示范課堂的設(shè)計(jì)框架如圖1所示。
根據(jù)這種課堂形式變化的需求,按照課程的教學(xué)課時(shí)與知識點(diǎn)分配,以1課時(shí)為單位進(jìn)行課堂的教學(xué)設(shè)計(jì),教學(xué)設(shè)計(jì)所包含的項(xiàng)目見表1。
信息安全專業(yè)的核心課程主要包括信息安全導(dǎo)論、信息安全數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、現(xiàn)代密碼學(xué)、操作系統(tǒng)及安全、軟件安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息內(nèi)容安全、信息安全工程與管理、計(jì)算機(jī)取證、信息隱藏等。通過課程學(xué)習(xí),學(xué)生能夠掌握信息安全的相關(guān)專業(yè)知識點(diǎn),學(xué)會分析問題、解決問題的方法和策略,用創(chuàng)新思維解決實(shí)際生活中的信息安全問題。以現(xiàn)代密碼學(xué)課程為例闡述開放式精品示范課堂的詳細(xì)教學(xué)設(shè)計(jì)過程,該門課程的知識點(diǎn)包括現(xiàn)代密碼學(xué)的基礎(chǔ)知識、常用的密碼算法、經(jīng)典的密碼協(xié)議及其在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)研究中的應(yīng)用。
圖1 基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的開放式精品示范課堂的設(shè)計(jì)框架
表1 基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的開放式精品示范課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容
創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和開放式教育的共性體現(xiàn)在以學(xué)生為主體的新雙創(chuàng)意識、技能培養(yǎng),具體而言就是學(xué)生主動(dòng)思考、分析和解決問題能力的培養(yǎng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維的培養(yǎng)以及專業(yè)技能的培養(yǎng)?;谶@些共性,將現(xiàn)代密碼學(xué)課程的知識點(diǎn)分類,不同的知識點(diǎn)融入不同能力的培養(yǎng),如密碼算法的原理和密碼協(xié)議的設(shè)計(jì)思想等知識點(diǎn)融合,培養(yǎng)學(xué)生的信息安全專業(yè)技能;密碼協(xié)議的安全性分析和性能分析等知識點(diǎn)融合,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考和分析問題的能力;算法和協(xié)議的應(yīng)用等知識點(diǎn)融合,設(shè)計(jì)相應(yīng)的拓展題,讓學(xué)生進(jìn)行資料查找和文獻(xiàn)綜述,在文獻(xiàn)綜述的過程中培養(yǎng)其解決問題能力以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
遵循基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的開放式精品示范課堂的設(shè)計(jì)框架和設(shè)計(jì)理念,以保密通信協(xié)議為例,設(shè)計(jì)1課時(shí)的課程教學(xué)過程如下。
在實(shí)際的教學(xué)設(shè)計(jì)中,教學(xué)思路、教學(xué)方法是融合在教學(xué)過程中的,同時(shí)考慮到篇幅有限,因此,只給出具有代表性的關(guān)鍵知識點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)。
1)教學(xué)內(nèi)容與教輔。
本堂課程涉及的教學(xué)大綱知識點(diǎn)為保密通信協(xié)議的流程、利用密碼算法設(shè)計(jì)保密通信協(xié)議、保密通信協(xié)議的性能分析與代碼實(shí)現(xiàn)。這些知識點(diǎn)與教輔材料的對應(yīng)關(guān)系為:①《應(yīng)用密碼學(xué):協(xié)議、算法與C源程序》第2章的2.1節(jié)、2.2節(jié)和2.5節(jié);②《現(xiàn)代密碼學(xué)》第1章的1.3節(jié)。
2)教學(xué)目標(biāo)與要求。
通過本堂課程的教學(xué),學(xué)生在知識、能力和思想上應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)包括以下幾方面。
(1)知識方面:了解密碼協(xié)議的應(yīng)用背景;理解密碼協(xié)議的概念、密碼協(xié)議的分類;掌握保密通信協(xié)議的設(shè)計(jì)原理和性能分析。
(2)能力方面:及時(shí)消化和鞏固所學(xué)知識,提升學(xué)習(xí)能力;培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力,針對實(shí)際生活中存在的一些信息安全問題,能夠設(shè)計(jì)出相應(yīng)的解決方案,提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力;學(xué)會資料查找和文獻(xiàn)綜述,培養(yǎng)運(yùn)用分析、比較、歸納、演繹等科學(xué)研究方法的能力。
(3)思想方面:提升信息安全意識和鑒別能力,培養(yǎng)辯證的思想,學(xué)會從多角度思考問題;培養(yǎng)復(fù)習(xí)+總結(jié)、預(yù)習(xí)+思考的良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的學(xué)習(xí)態(tài)度,并通過知識拓展開闊視野,提高學(xué)習(xí)的興趣、熱情和主動(dòng)性。
(4)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面:基于所學(xué)的課程知識和文獻(xiàn)拓展,設(shè)計(jì)綜合性的項(xiàng)目,形成參賽作品,參加各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和信息類競賽,如創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、自由探索項(xiàng)目、全國大學(xué)生信息安全競賽、全國高?;ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)競賽應(yīng)用開發(fā)類等。
3)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。
本堂課程的教學(xué)重點(diǎn)是保密通信協(xié)議的流程分析、協(xié)議設(shè)計(jì)以及性能分析,其中難點(diǎn)在于協(xié)議的代價(jià)性能和安全性能分析以及協(xié)議的具體應(yīng)用。
4)教學(xué)組織與思路。
教學(xué)時(shí)間共計(jì)45 min,各環(huán)節(jié)的時(shí)間分配大致為2 min知識點(diǎn)回顧、4 min密碼協(xié)議的應(yīng)用背景、3 min保密通信協(xié)議的流程、24 min保密通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與性能分析、3 min保密通信協(xié)議的代碼實(shí)現(xiàn)、4 min提問或者學(xué)生上課練習(xí)、5 min課程小結(jié)與預(yù)習(xí)知識。
5)教學(xué)方式和方法。
本堂課程要講解古典密碼、對稱密碼、公鑰密碼和混合密碼4種密碼機(jī)制的保密通信協(xié)議,因此,對與這些協(xié)議相關(guān)的密碼算法分類、仲裁協(xié)議與裁決協(xié)議的特點(diǎn)等知識點(diǎn)進(jìn)行回顧,采用問答方式進(jìn)行學(xué)情分析,既可以復(fù)習(xí)知識點(diǎn),又可以了解學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況,用以調(diào)整后續(xù)知識點(diǎn)的授課進(jìn)度。同時(shí),給出思考問題:為什么采用對稱密碼算法設(shè)計(jì)的協(xié)議是仲裁協(xié)議,而采用公鑰密碼算法設(shè)計(jì)的協(xié)議是裁決協(xié)議?讓學(xué)生帶著問題在學(xué)習(xí)的過程中思考,培養(yǎng)分析問題和解決問題能力。
(1)分析生活中的網(wǎng)絡(luò)詐騙事件,找到事件發(fā)生的根本原因——被騙者信息被泄露和詐騙者身份未被確認(rèn),從而引出保密通信協(xié)議和身份鑒別協(xié)議這兩個(gè)重要的安全協(xié)議。通過案例引入和交互討論的方式引導(dǎo)學(xué)生有針對性地分析問題和解決問題,提高學(xué)習(xí)的興趣。
(2)在協(xié)議講解的過程中,采用多媒體動(dòng)畫的方式形象地描述保密通信協(xié)議和中間人攻擊的執(zhí)行過程,幫助學(xué)生理解抽象的協(xié)議設(shè)計(jì)與性能分析過程;同時(shí)給出生活實(shí)例問題——如何在熟人間傳輸口令或密碼等重要信息,讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的協(xié)議解決該問題,培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用和創(chuàng)新能力。
(3)在4種保密通信協(xié)議之間知識點(diǎn)的銜接中,采用提出問題、解決問題、提出新問題、解決新問題的方式由易到難、循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考,避免思維疲勞,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。
(4)在講完采用對稱密碼和采用公鑰密碼的保密通信協(xié)議后,基于這兩個(gè)協(xié)議的性能分析,讓學(xué)生回答課前的思考題,考查學(xué)生對課堂知識的理解能力和掌握程度。
(5)在課程小結(jié)中,采用表格對比和問答的方式歸納4種保密通信協(xié)議的特點(diǎn),加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解,同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生對知識的分析比較和歸納能力。
(6)在作業(yè)的拓展題中,引入當(dāng)前信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一隱私保護(hù),結(jié)合生活中的實(shí)際問題,如社交軟件的安全認(rèn)證、電子商務(wù)中的個(gè)人信息保護(hù)等,考查學(xué)生的文獻(xiàn)查找和綜述能力、分析問題和解決問題能力、知識運(yùn)用和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維。
(7)在理論知識應(yīng)用環(huán)節(jié)中,討論目前常用的QQ、微信、郵箱等通信軟件采用何種保密通信協(xié)議保證用戶的信息安全,并讓學(xué)生在課堂上分析和講解不同軟件實(shí)現(xiàn)的協(xié)議代碼,提高學(xué)生的課堂參與度。
(8)保密通信中最關(guān)鍵的要素是密鑰,以“通信雙方是如何安全有效地協(xié)商這個(gè)密鑰的呢?”問題引入下一節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容的介紹,供學(xué)生課前預(yù)習(xí)。
6)考核方式。
采用多形式、多階段、多類型的考核方式,并引入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的考核??己税ㄆ綍r(shí)成績、實(shí)驗(yàn)考核、課外拓展和期終考試4部分,見表2,成績占比可以根據(jù)具體的課程進(jìn)行調(diào)整。平時(shí)成績和實(shí)驗(yàn)考核與課程每個(gè)章節(jié)知識點(diǎn)緊密結(jié)合,及時(shí)考核學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度以及實(shí)踐動(dòng)手能力;課外拓展考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力,啟發(fā)學(xué)生提出一些創(chuàng)新性的解決方案,考核學(xué)生的創(chuàng)新能力。
課程每個(gè)章節(jié)的課后作業(yè)中,都留拓展題,學(xué)生可以從其中選擇一個(gè)題并自發(fā)組成1~3人的興趣小組,課外查閱資料,了解信息安全中的各種密碼算法和安全問題以及相應(yīng)的解決方案,撰寫讀書報(bào)告,教師從中選擇優(yōu)秀的若干組進(jìn)行答辯。在答辯的過程中,每個(gè)小組做好答辯PPT,選派1個(gè)學(xué)生上臺講解,全體學(xué)生作為評委,可以提問并進(jìn)行匿名評分,從PPT內(nèi)容、PPT講解和PPT形式3方面進(jìn)行評分。通過這種方式,學(xué)生開放式教學(xué)參與度達(dá)100%,可以很好地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,拓寬知識面,有利于培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力和靈活運(yùn)用知識的能力。
表2 多形式、多階段、多類型的考核方式
從2013級學(xué)生開始,中南大學(xué)信息安全專業(yè)的專業(yè)核心課程體系采用新的基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的開放式精品示范課堂形式進(jìn)行教學(xué),取得了良好的教學(xué)效果。學(xué)生無論是在專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,還是批判思維、文獻(xiàn)綜述和創(chuàng)新能力方面,都得到很大提升。該專業(yè)學(xué)生參與學(xué)科競賽獲獎(jiǎng)人次、主持和參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的人數(shù)都呈現(xiàn)增長趨勢,在學(xué)生參加的學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的選題中,有80%的題目是專業(yè)課程拓展題的升華,其中“一種高效的信息分級保密快遞方案”和“一種基于特征提取的有效下載鏈接識別方法”獲得國家級創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng),參加全國大學(xué)生信息安全競賽分別獲全國總決賽二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng),相關(guān)文檔形成小論文發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊上[12-13],并申請了發(fā)明專利;“基于高校域的網(wǎng)絡(luò)攻防大賽平臺”獲國家級創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng),相關(guān)成果為學(xué)校的大學(xué)生信息安全競賽和信息安全專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)提供了平臺。
2017年深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革示范高校的認(rèn)定,標(biāo)志著高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的深入推進(jìn)。在改革的過程中,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育的有機(jī)融合問題需要解決。課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的詳細(xì)過程在具體的教學(xué)實(shí)踐中取得了良好效果,對于高校的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、教學(xué)深化改革和一線教師的開放式精品示范課堂建設(shè),具有良好的參考價(jià)值。