鄭淑麗，羅 珣，胡東輝，2

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 計算機(jī)與信息、人工智能學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.合肥工業(yè)大學(xué) 信息化建設(shè)與發(fā)展中心，安徽 合肥 230009）

0 引言

信息隱藏技術(shù)是面向信息安全專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)課程，主要研究如何將信息隱藏到各種載體中進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。隨著多媒體技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，信息隱藏的研究范圍不斷擴(kuò)大，從保密通信到多媒體版權(quán)保護(hù)、多媒體認(rèn)證、大數(shù)據(jù)版權(quán)標(biāo)識、深度學(xué)習(xí)模型版權(quán)標(biāo)識等，信息隱藏技術(shù)與大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的交叉融合，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用。

信息隱藏是一門典型的多學(xué)科交叉融合課程，重理論與實(shí)踐，需要學(xué)生具備數(shù)字信號處理、多媒體技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、通信原理、密碼學(xué)、信息論等基礎(chǔ)知識。作為緊跟時代發(fā)展的課程，信息隱藏應(yīng)與當(dāng)前研究熱點(diǎn)緊密結(jié)合［1-2］。為了使學(xué)生學(xué)以致用，必須要求其掌握大量相關(guān)領(lǐng)域知識，但受限于學(xué)時和學(xué)分設(shè)置，傳統(tǒng)教學(xué)模式（課堂講授，課下學(xué)練）存在師生互動交流較少，無法充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，教學(xué)效果難以有效提升等問題。因此，必須探索新的教學(xué)模式提升學(xué)生課外自學(xué)時間與力度，突出“兩性一度”的特色，提高教學(xué)質(zhì)量［3］。

1 SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂混合式教學(xué)

MOOC與翻轉(zhuǎn)課堂的興起，為高等教育教學(xué)改革與創(chuàng)新提供了機(jī)遇［4-5］。針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的痛點(diǎn)與難點(diǎn)問題，線上線下混合式教學(xué)已逐步在高校應(yīng)用，成為高校教學(xué)模式改革所關(guān)注的重要方向［6-7］。線上線下混合課程是圍繞同一批學(xué)生，將線上課程（MOOC或SPOC）與線下課程（實(shí)體課堂課程）相結(jié)合，既有視頻/線上課程支持，又有實(shí)體課堂?；旌鲜浇虒W(xué)具有線上+線下、翻轉(zhuǎn)課堂、師生高效互動及交流三大特征［8］，其目的在于推動課堂與學(xué)習(xí)革命，使學(xué)生由被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)課堂存在課程創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)難、分層次教學(xué)實(shí)施難、學(xué)習(xí)效果提升難等問題，混合式教學(xué)可進(jìn)行課程內(nèi)涵化、內(nèi)容可視化、網(wǎng)絡(luò)課堂差異化及實(shí)體課堂互動化［9-10］解決所遇問題。該方式相較于大規(guī)模在線開放課程（Massive Open Online Course，MOOC）、小規(guī)模限制性教學(xué)（Small Private Online Course，SPOC）在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)課堂差異化方面具有顯著優(yōu)勢［11］，MOOC學(xué)習(xí)群體的大規(guī)模性忽視了學(xué)習(xí)對象的個性化需求，SPOC具有小規(guī)模、限制準(zhǔn)入、根據(jù)授課對象定制在線資源等特點(diǎn)，非常適合專業(yè)課小班教學(xué)。

相較于信息安全專業(yè)的其他課程［12］，信息隱藏課程的講授內(nèi)容與教學(xué)方式具有其自身特點(diǎn)：目前信息隱藏自身基礎(chǔ)理論模型尚未成熟，算法設(shè)計及應(yīng)用也在不斷更新迭代中，缺少成熟穩(wěn)定的教材，各大MOOC平臺上的課程資源非常少，而且由于各校培養(yǎng)目標(biāo)、課程目標(biāo)與專業(yè)教師的科研能力不同，課程教學(xué)大綱與教學(xué)內(nèi)容差異較大，因此并未形成統(tǒng)一的教學(xué)內(nèi)容體系；信息隱藏技術(shù)的課程目標(biāo)與課程大綱體現(xiàn)了合肥工業(yè)大學(xué)專業(yè)特色，教學(xué)內(nèi)容緊跟該領(lǐng)域最新研究成果，并與密碼學(xué)相輔相成，在課程群綜合設(shè)計的實(shí)踐環(huán)節(jié)，融合了加密技術(shù)、信息隱藏技術(shù)與隱私保護(hù)技術(shù)，設(shè)置了綜合性課設(shè)題目及任務(wù)要求，教學(xué)形式采取小班教學(xué)授課方式，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下已開展了翻轉(zhuǎn)課堂研討。

綜上，本文研究SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式，采用SPOC平臺定制教學(xué)內(nèi)容，從課程教學(xué)整體思路、教學(xué)活動實(shí)施、教學(xué)方法、評價方法等方面，探索模式在信息隱藏課程講授中應(yīng)用的成效，以拓展課外學(xué)習(xí)資源，博取眾家之所長，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)力度，提高課程創(chuàng)新性與挑戰(zhàn)。

2 課程建設(shè)整體思路

依據(jù)合肥工業(yè)大學(xué)信息安全專業(yè)的定位與培養(yǎng)目標(biāo)，遵循制定具有專業(yè)特色的課程整體建設(shè)思路，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)+競賽為導(dǎo)向，將教學(xué)內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)知識模塊、算法設(shè)計模塊與案例研討模塊，如圖1所示。

Fig.1 Construction system of information hiding course圖1 信息隱藏技術(shù)課程建設(shè)體系

2.1 基礎(chǔ)知識模塊

講授課程前期基礎(chǔ)知識，包含多媒體技術(shù)、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理、密碼學(xué)等。然而，有限的課堂學(xué)時無法涵蓋大量基礎(chǔ)知識回顧，故該部分內(nèi)容以線上教學(xué)為主，線下課堂為輔。

學(xué)生通過定制的MOOC視頻復(fù)習(xí)回顧相關(guān)基礎(chǔ)知識，線下課堂則聚焦信息隱藏的發(fā)展推動力（融入課程思政）、信息隱藏的理論模型及評價指標(biāo)進(jìn)行講授和討論，以解決課時少、教學(xué)廣度難以覆蓋的問題。

2.2 算法設(shè)計模塊

信息隱藏是一門對抗發(fā)展的學(xué)科，隱寫與隱寫分析一直在對抗博弈中共同發(fā)展，特別在深度學(xué)習(xí)、對抗生成模型等技術(shù)出現(xiàn)后，該領(lǐng)域研究方向及研究成果急速更新，內(nèi)容較多。

因此，部分內(nèi)容以線下課堂為主，線上學(xué)習(xí)為輔。線上發(fā)布與相關(guān)課堂相關(guān)的最新會議期刊論文，拓寬學(xué)生視野。線下側(cè)重引導(dǎo)式、研討式教學(xué)，圍繞算法設(shè)計、性能指標(biāo)，通過對抗發(fā)展及可證明安全性進(jìn)行學(xué)習(xí)討論，以激發(fā)學(xué)生的批判性與創(chuàng)新性思維。

2.3 案例研討模塊

信息隱藏的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，從最初的隱秘通信到大數(shù)據(jù)和短視頻版權(quán)保護(hù)、數(shù)據(jù)泄密追蹤等。該部分教學(xué)通過選取針對性的案例，將思政教育貫穿課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生保衛(wèi)國家網(wǎng)絡(luò)及信息安全的意識和決心，采取線上線下并重的方式，線上發(fā)布相關(guān)案例的學(xué)習(xí)資料，線下則由學(xué)生進(jìn)行案例講解和研討，對學(xué)有余力的學(xué)生提供實(shí)際項目課題進(jìn)行分析、設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力與高級思維。

2.4 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)+競賽

信息隱藏已逐漸成為一門獨(dú)立的學(xué)科，與密碼學(xué)并列成為信息安全領(lǐng)域兩大核心基礎(chǔ)安全技術(shù)，算法設(shè)計模塊、案例綜合模塊的教學(xué)大綱均以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)+競賽為導(dǎo)向，持續(xù)跟蹤創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)+競賽方面的相關(guān)領(lǐng)域案例，并及時反饋到下一學(xué)年教學(xué)中調(diào)整模塊教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化知識點(diǎn)結(jié)構(gòu)與能力培養(yǎng)方案。

3 教學(xué)活動實(shí)施

具體實(shí)施過程中，結(jié)合信息安全專業(yè)的人才培養(yǎng)方案及課程教學(xué)大綱，定制合肥工業(yè)大學(xué)信息安全專業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容，采取SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學(xué)模式，即線上/課下講教，線下/課堂學(xué)練［8］。授課采用常規(guī)的3段式教學(xué)如圖2所示。

Fig.2 Blending teaching mode of information hiding course圖2 信息隱藏課程的混合教學(xué)模式

由圖2可見，課前/線上、課后/線上專注教師的講和教，采用SPOC平臺導(dǎo)入MOOC資源包，將線上學(xué)習(xí)資料推送到學(xué)生端。通過QQ教學(xué)班級群、SPOC平臺互動區(qū)實(shí)時答疑學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中所遇問題。課中/線下采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，開啟雨課堂教學(xué)，專注學(xué)生學(xué)與練。

3.1 教學(xué)方法設(shè)計

本文設(shè)置的課程中3個教學(xué)模塊由淺入深，層次遞進(jìn)，根據(jù)模塊內(nèi)容不同，教學(xué)方法也存在明顯差異，如表1所示。

Table 1 Comparison of teaching method of different module表1 不同模塊的教學(xué)方法比較

由表1可知，3個模塊的核心內(nèi)容分別為安全范式的轉(zhuǎn)變、對抗算法的博弈及應(yīng)用案例。各模塊內(nèi)容難度不同，對學(xué)生的要求也不同。具體為，模塊1難度較低以線上學(xué)習(xí)為主，課堂/線下側(cè)重討論，輔助學(xué)生理解理論基礎(chǔ)知識；模塊2難度中等以線上學(xué)習(xí)為輔，課堂/線下通過啟發(fā)式教學(xué)，幫助學(xué)生理解算法間的博弈關(guān)系；模塊3難度較大，結(jié)合了目前最新的研究與應(yīng)用成果，因此線上和線下并重，線上注重熟悉案例的實(shí)際應(yīng)用場景及業(yè)務(wù)需求，線下采用分組辯論方式圍繞某一具體案例進(jìn)行辯論和測評。

在教學(xué)資源與工具方面，線上采用SPOC平臺+QQ進(jìn)行講授和交流互動。教師通過SPOC教學(xué)平臺推送豐富的線上信息資源，既保證課程內(nèi)容的前沿性，又為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供服務(wù)，避免學(xué)生盲目搜索資料。同時，SPOC平臺提供了一個良好的線上互動性氛圍，教師通過發(fā)布討論主題，組織學(xué)生進(jìn)行協(xié)作式學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生深入理解知識點(diǎn)。線下實(shí)體課堂采用雨課堂教學(xué)工具，通過雨課堂的交互功能開展討論與辯論式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生真正參與教與學(xué)的活動中，做到學(xué)以致用。

3.2 教學(xué)評價設(shè)計

完整的教學(xué)評價體系包括學(xué)生考核方式、學(xué)生評教、教師自評3個方面。

（1）學(xué)生考核方式?；旌鲜浇虒W(xué)采用多元化的評價指標(biāo)，能較為真實(shí)反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與參與度。在具體實(shí)施過程中，該課程對信息安全專業(yè)畢業(yè)要求的支撐指標(biāo)點(diǎn)主要體現(xiàn)在運(yùn)用專業(yè)理論，并采用科學(xué)方法解決復(fù)雜信息安全領(lǐng)域工程問題，偏重學(xué)生能力方面的培養(yǎng)，故考核方式側(cè)重學(xué)習(xí)過程性評價，弱化了結(jié)果性考核。過程性評價主要包括SPOC作業(yè)成績、研討成績、課堂互動成績、案例演示成績，視頻觀看時間等。線下課堂出勤率雖不作為考核項目，但作為督促學(xué)生線上學(xué)習(xí)的一個參考指標(biāo)。結(jié)果性考核包括實(shí)驗報告與期末報告。

（2）學(xué)生評教與教師自評。學(xué)生評教與教師自評的結(jié)果作為課程持續(xù)改進(jìn)的依據(jù)，根據(jù)教務(wù)處發(fā)布的學(xué)生評教統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可了解學(xué)生對課程的詳細(xì)評價，包括教學(xué)方法、課堂調(diào)控及課堂效果等。教師自評需要詳細(xì)分析線上線下每個考核指標(biāo)的分?jǐn)?shù)分布，細(xì)化考核指標(biāo)與能力培養(yǎng)間對應(yīng)的關(guān)系，從而分析課程教學(xué)在能力培養(yǎng)方面存在的問題并進(jìn)行改進(jìn)。

3.3 教學(xué)實(shí)踐與效果分析

針對合肥工業(yè)大學(xué)信息安全專業(yè)2019、2020級本科生，開展兩個教學(xué)周期的混合式教學(xué)模式改革與實(shí)踐。線上平臺采用學(xué)堂云SPOC（https：//hfut.yuketang.cn），MOOC資源選取南開大學(xué)信息隱藏技術(shù)線上課程，推送擴(kuò)展資源采用中科院信息工程研究所的信息隱藏課件，共計94名學(xué)生參與此次學(xué)習(xí)。教學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表2所示。

Table 2 Comparison of statistic data in teaching process表2 教學(xué)過程統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比

由表2可知，2020級相較于2019級學(xué)生充分利用了SPOC平臺的討論區(qū)功能，在講授期間動態(tài)發(fā)布討論題目，學(xué)生通過回帖發(fā)布自身觀點(diǎn)，并對其他學(xué)生的觀點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評，進(jìn)行生生互動。雖然，采用互動討論環(huán)節(jié)會使隨機(jī)點(diǎn)名及提問的師生互動次數(shù)有所下降，但由于課堂上更傾向于生生互動環(huán)節(jié)，可充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主觀能動性。

兩個教學(xué)周期均設(shè)置了6個學(xué)時的翻轉(zhuǎn)課堂，圍繞大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目進(jìn)行分組討論與匯報，采用生講生評的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。從課堂效果可知，學(xué)生提問與發(fā)言積極性相較于傳統(tǒng)教學(xué)模式均有所較高，能對目前信息隱藏的發(fā)展提出自身看法與見解。從期末報告質(zhì)量角度分析，報告質(zhì)量具有顯著提升，通過課堂討論拓展資源學(xué)習(xí)，期末報告的主題不再局限于傳統(tǒng)信息隱藏成果，而聚焦于最新發(fā)展成果。學(xué)生評教方面，通過發(fā)放包含教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)匹配度等10個指標(biāo)的問卷44份，回收41份，按照百分制計分，平均分為94.44，標(biāo)準(zhǔn)差為9.92，所得結(jié)果相較于傳統(tǒng)教學(xué)略有提升。此外，混合教學(xué)模式在教學(xué)技術(shù)與教學(xué)方法、教學(xué)效果、知識拓展與延伸等指標(biāo)的評分均高于傳統(tǒng)教學(xué)評分。

4 結(jié)語

信息安全專業(yè)作為培養(yǎng)服務(wù)國家安全的特殊專門人才的新興專業(yè)，需要立足學(xué)校優(yōu)勢基礎(chǔ)，打造專業(yè)培養(yǎng)的特色方向和特殊技能。在此背景下，如何提高信息安全專業(yè)本科人才的培養(yǎng)質(zhì)量仍存在許多問題亟待研究與解決。

本文從教學(xué)模式改革角度出發(fā)，研究、探索SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂混合教學(xué)模式，以合肥工業(yè)大學(xué)信息安全專業(yè)的專業(yè)課程信息隱藏技術(shù)為例，探討混合式教學(xué)模式的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，旨在以學(xué)生為中心培養(yǎng)學(xué)生的思維與創(chuàng)新能力，為信息安全專業(yè)其他課程的教學(xué)改革提供一個可行方案。