劉建 鮮明

摘要 混合式教學已經(jīng)成為傳統(tǒng)課堂改革的主要方向，是課堂教學提質(zhì)增效的有效手段。文章以云計算安全課程為對象，結(jié)合近年的學情分析、成效分析和課程內(nèi)容特點分析，進行綜合性的混合式教學設計實踐探索。文章提出了本課程改革實踐的預期效果，有針對性地設計了圖譜式知識組織、眾包式知識歸集、論壇式交流分享等六項混合式教學活動，通過靈活實施這些教學活動，有力地促進了以學生為中心的教學成效提升。

關鍵詞 云計算安全；教學設計；混合式教學

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.10.038

隨著云計算技術的快速發(fā)展與應用，其安全性獲得各界廣泛關注，正在成為制約其效能發(fā)揮的核心要素[1]。在此背景之下，國內(nèi)很多高校都在加強關于云計算安全的教學、科研工作，或開設相關課程，或優(yōu)化原有課程內(nèi)容新增云安全章節(jié)，面向現(xiàn)實需要培養(yǎng)專業(yè)化人才。

國防科技大學（以下簡稱“我?！保┟嫦蜓芯可_設的云計算安全課程涵蓋了云計算系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)安全、計算安全等，涉及知識點多面廣、迭代發(fā)展快、理論與現(xiàn)實緊密結(jié)合。課程團隊通過對近兩年的授課效果進行復盤發(fā)現(xiàn)，僅依賴線下授課+上機實驗的傳統(tǒng)教學方式，難以達到滿意的效果。因此，本文擬針對云計算安全課程進行混合式教學改革探索，在傳統(tǒng)課堂基礎上多維度融合線上教學活動，以期有效提升課程教學效果和學生學習成效。

1混合式教學活動

混合式教學是在教育數(shù)字化背景之下，將傳統(tǒng)課堂教學和數(shù)字化教學有機結(jié)合，圍繞教學目標線上線下協(xié)同開展教學活動，兩者優(yōu)勢互補，從而實現(xiàn)教學效果倍增。其內(nèi)涵包括[2]：①學習方式是在線學習與線下學習的有機融合，信息技術的運用成為其標志；②以構(gòu)建主義學習理論為基礎，強調(diào)以學生為中心的教學范式，知識和能力的習得是學生在主動構(gòu)建的過程中完成的。

然而，混合式教學并非傳統(tǒng)課堂講授與視頻授課的簡單結(jié)合，需對傳統(tǒng)課堂進行深度教學設計改革，把握以下幾個原則：①線上線下教學目標各有側(cè)重，課程組要以成效為導向，以授課內(nèi)容為主線梳理確定課程教學問題，明確線上和線下活動各自的目標；②要明確主體與主導的關系[3]，在混合式教學模式下，學生是學習的主體和教學的中心，教師則擔任組織者和引導者的角色，混合式課堂是在教師主導下開展的以學生為主體的高交互教學活動；③要在普適性標準下進行個性化設計，以“兩性一度”[4]為基本原則，對待改革課程的內(nèi)容進行解構(gòu)和重構(gòu)，以具有針對性的線上教學活動為載體，線上線下協(xié)同推進，達成知識傳授和能力培養(yǎng)目標；此外，混合式教學實踐還需靈活地運用各類信息化工具，對傳統(tǒng)課堂進行全流程多要素的優(yōu)化設計，覆蓋預備知識準備、課堂知識延伸、隨堂測試點名、研討交流閱讀、過程與結(jié)果評價以及課程思政等各個環(huán)節(jié)。

綜上，針對云計算安全課程實施混合式教學設計改革實踐，必須要深度剖析其內(nèi)容特點，以預期目標為牽引，精心設計編排線上線下活動組織，才能夠真正實現(xiàn)以學生為中心，以效果為導向的優(yōu)質(zhì)課程建設。

2云計算安全課程剖析

下面，以我校開設的云計算安全課程為對象，進行課程內(nèi)容體系、特點的剖析，并設定混合式改革的預期目標。

2.1內(nèi)容與特點分析

本課程主要面向我校信息與通信工程、計算機科學與技術、網(wǎng)絡空間安全、軟件工程、電子信息等專業(yè)的研究生而開設，根據(jù)以往學情數(shù)據(jù)分析，學生本科階段的專業(yè)涉及計算機、信息工程、通信工程、自動化、數(shù)學等大類專業(yè)，基礎不同，對標本課程的要求還有明顯差距。

在教學內(nèi)容方面，本課程共設置云安全概念與基礎、基礎設施安全、數(shù)據(jù)安全、訪問控制、計算安全等五大板塊，不同板塊均涉及相關的基礎理論、技術原理和實踐應用等三個層面。顯然本課程是一個綜合類和實踐要求高的課程，同時具有較強的學科交叉特點，從專業(yè)基礎來看，涉及計算機、信息通信、網(wǎng)絡工程與網(wǎng)絡安全、軟件工程、密碼學、數(shù)學等多個學科方向，知識點多面廣，依賴傳統(tǒng)課堂教學甚至難以保證三位一體育人目標中的最低級目標，即知識傳授的效果。因而迫切需要改革教學模式、豐富教學手段，充分利用數(shù)字化工具平臺解決傳統(tǒng)課堂中的痛點問題。

我們對本課程的板塊劃分、內(nèi)容設計和特點進行了詳細剖析，如表1所示。

分析結(jié)果表明，云計算安全課程中設置的各板塊為松耦合關系，板塊內(nèi)部知識體系化程度高，板塊之間關聯(lián)度較弱，各自獨立設計混合式教學活動容易導致學生只見樹木不見森林，效果難以保證。因此在進行混合式教學活動設計時，要正確處理課程整體與板塊局部的關系、長期成效與短期目標的關系。以基礎設施安全板塊和數(shù)據(jù)安全板塊教學階段的線上研討（如論壇式討論）為例，兩板塊的知識本身并無太多關聯(lián)性，但教師在發(fā)布研討主題時，可以從知識關聯(lián)應用的角度出發(fā)，發(fā)布討論主題：為何在數(shù)據(jù)安全方案的威脅假設中，通常假設CSP為誠實的但是好奇的，如何確保CSP的基礎設施是誠實的？學生在參與討論時，會主動回顧基礎設施安全板塊中所學的知識，從云計算基礎設施安全加固的角度提出相關解決方案，達到啟發(fā)新知識和鞏固舊知識的目的。

2.2預期目標

結(jié)合前文分析，總結(jié)出本課程混合式教學實踐的預期目標如下：

2.2.1知識點的結(jié)構(gòu)化分解與重構(gòu)

本課程中很多章節(jié)的知識點呈現(xiàn)點多、面廣、來源復雜且離散度高的特點，來自不同的學科或工程領域的知識點需要在現(xiàn)有的章節(jié)框架下進行結(jié)構(gòu)化分解與重組，形成圖譜化的知識組織形式，并能夠按需引導學生抽取相關知識點的結(jié)構(gòu)視圖，有效解決學生課程學習期間只見樹木不見森林問題。

2.2.2授課全程中學生注意力的引導

本課程每個板塊都存在一些章節(jié)需要在一次課中集中講述大量的概念和知識點，僅依賴傳統(tǒng)“總―分―總”授課范式，難以保證學生的注意力持續(xù)集中。傳統(tǒng)的課堂點名回答問題的互動方式參與范圍小，效果有限。綜合利用線上線下混合設計，優(yōu)化設計互動提問環(huán)節(jié)，教師獲得快速反饋的同時，也能夠有效將學生的注意力集中在課堂內(nèi)容上。

2.2.3前期知識儲備與課外知識擴展

本課程學科交叉屬性強，每個板塊學習均需要學生掌握大量的前期預備知識。例如“基礎設施安全”板塊，學生需要提前了解x86架構(gòu)CPU權限設計、計算機金字塔存儲結(jié)構(gòu)、高速緩存、虛擬化實現(xiàn)模式、數(shù)據(jù)中心架構(gòu)、網(wǎng)絡虛擬化等知識。另外，出于對學生視野拓展的考慮，還需要在課外通過多種途徑如閱讀、討論等，引導學生對課內(nèi)知識進行深度思考和延伸，起到以點帶面的效果。

2.2.4從理論學習到應用實踐

本課程的內(nèi)容中，如虛擬化安全與對抗、容錯存儲、密態(tài)數(shù)據(jù)檢索、同態(tài)加密等章節(jié)，均需要學生在理解相關知識點的基礎上進行應用實踐，達到知識強化、內(nèi)化的目的。在混合式教學模式下，教師需要對傳統(tǒng)的線下分組實驗+提交報告的組織形式進行變革，創(chuàng)新應用網(wǎng)絡工具實現(xiàn)在線自主實驗、自動評判和結(jié)果自動統(tǒng)計，提高組織效率，提升能力培養(yǎng)效果。

2.2.5課程思政案例庫建設

云計算和大數(shù)據(jù)安全相關的事件近年來深受各界關注，提供了很好的課程思政素材，可以引導學生加強科研質(zhì)量意識、風險意識，辯證看待技術與人員的關系，再比如，近年某打車軟件公司因存在嚴重影響國家安全的數(shù)據(jù)處理行為而被處罰的案例，激勵學生從事數(shù)據(jù)安全工作的使命感、責任感?；旌鲜浇虒W模式將為本課程思政庫的建設提供更加高效率、多途徑的實施辦法。

2.2.6過程跟蹤與課程考核

本課程采用過程性評價的方法，全程跟蹤記錄學生的課堂表現(xiàn)、實踐表現(xiàn)、線上活動表現(xiàn)以及研討匯報表現(xiàn)等方面，最終給出綜合性考核評價結(jié)果。前期授課過程中，課程組依賴傳統(tǒng)方式進行成績記錄，存在數(shù)據(jù)采集難、統(tǒng)計分析難、數(shù)據(jù)不完整等問題，導致學生最終成績評定的主觀性較強，且難以支撐復盤分析。混合式教學模式下，依賴線上平臺的自動統(tǒng)計分析能力能夠為本課程學生學習過程的考核提供很好的解決方案。

3云計算安全課程混合式教學設計

課程組深度調(diào)研了現(xiàn)有的混合式教學模式改革案例以及信息化平臺，針對性地設計了系列混合式教學活動，以期能夠補足傳統(tǒng)課堂的缺陷，實現(xiàn)本門課程提質(zhì)增效。

3.1圖譜式知識點組織

知識圖譜是一種基于實體和關系的知識組織形式，具有開放性好、靈活性高等特點，非常適用于本課程復雜多源的知識點組織?？紤]到完備的知識圖譜構(gòu)建過程復雜，我們擬以思維導圖為骨干構(gòu)建一種類知識圖譜的結(jié)構(gòu)，首先基于章節(jié)結(jié)構(gòu)梳理并繪制樹狀知識導圖，之后根據(jù)跨章節(jié)知識點之間的邏輯關系，在思維導圖基礎上添加關聯(lián)關系、支撐關系、從屬關系等邏輯關系。以容錯存儲部分的糾刪碼、門限存儲和完整性審計部分的POR協(xié)議為例，糾刪碼（如RS碼）不同的構(gòu)造方法可以分別支撐構(gòu)建門限存儲方案和POR協(xié)議，此處糾刪碼是門限存儲和完整性審計兩個小節(jié)的支撐知識點。按照上述方法構(gòu)造的知識點組織結(jié)構(gòu)，能夠更加清晰地展示本門課程的知識體系，有利于學生對全課程知識概貌地了解，以及對于詳細知識點的理解和學習。

圖譜構(gòu)建過程可由師生共同完成，隨著課程的授課進度不斷擴展、豐富，該類圖譜的制作可以通過在線思維導圖工具完成，繪制結(jié)果可以直接發(fā)布于在線平臺或者發(fā)布為共享文檔。

3.2眾包式知識歸集

從前文分析得知，本課程需要提供大量的文獻資料等，以滿足學生們課前知識儲備和課后知識擴展需要。針對該問題，我們擬設置知識眾包活動。具體的，教師在每個板塊開始前和結(jié)束后提出知識歸集的基本要求，發(fā)布知識歸集任務，學生據(jù)此開展資料收集并上傳到在線資料庫；課前的知識儲備材料主要由授課教師和有相關基礎和前置課程學習經(jīng)歷的同學提供，而課外的知識擴展材料則鼓勵全體學生收集，材料的形式可以為文獻、圖書、科普推文、公眾號文章、小視頻，或者是自己總結(jié)的圖文報告等多種形式。例如，在隱私計算板塊授課之前，教師依托微信群或雨課堂等在線工具發(fā)布知識眾包任務及其基本要求，設置“密碼應用發(fā)展史”“新型密碼體制”“時事動態(tài)”等幾個專題，要求學生參與資料歸集活動，活動開展時間為板塊授課開始前一周至學期授課結(jié)束。

各位同學在該環(huán)節(jié)中的貢獻度由其所提供資料的訪問情況、學生點贊情況以及教師評價共同確定，作為形成性考核的一部分計入最終成績。

3.3論壇式交流分享

該活動主要針對課程中的研討交流環(huán)節(jié)進行改革，在原本的PPT匯報+文檔報告的研討模式基礎上，增設在線論壇式討論。在課程開始幾周內(nèi)，按照每學期的課程教學目標和學生情況，教師規(guī)劃并發(fā)布論壇專題，由學生自主選題并著手資料閱讀、分析和研討工作，在課程中期，每名同學需要將研討的報告（非正式報告，形式靈活，核心觀點要明確）發(fā)布到論壇中，其余同學的閱讀、評論情況即為同學互評。論壇交流的情況將與課程期末的答辯匯報、正式版報告等綜合考慮，共同構(gòu)成學生研討交流環(huán)節(jié)的成績。

3.4靈活式隨堂測試

針對傳統(tǒng)課堂點名答題、課堂互動效率低的問題，考慮在課堂教學中設置多模式的隨堂測試，實現(xiàn)考勤點名與學生注意力牽引的綜合效果。具體的，在課件制作時，每間隔15―20分鐘的授課內(nèi)容穿插隨堂測試（單選、多選、填空、主觀題等），并通過雨課堂等工具發(fā)布給全部學生，學生自主完成后提交答案，教師在后臺可以查看答題進度及統(tǒng)計情況，同樣的，教師也可以隨機抽點學生現(xiàn)場回答問題。通過這類活動，教師能夠接近實時地掌握教學效果，同時將學生的注意力周期性地引導到授課內(nèi)容上，與教師教學形成閉合回路，確保學生的學習效果。靈活式隨堂測試還能夠?qū)崿F(xiàn)學生考勤、點名的附加目標。

3.5漸進式線上實踐

在本課程的實踐環(huán)節(jié)，部分項目綜合性較強，學生一次性完成整個實踐項目的難度高。例如“基于Spectre的側(cè)信道攻擊驗證”實驗，完整的攻擊驗證實踐需要學生掌握CPU緩存訪問時延測量、FLUSH+RELOAD、CPU預測執(zhí)行、側(cè)信道信息竊取、采集算法優(yōu)化、Spectre漏洞原理等基礎知識。為提高學生的學習興趣和積極性，擬開展“闖關式實踐”，學生從易到難循序漸進完成整個實驗；通過前序關卡實踐，學生能夠了解Cache與內(nèi)存訪問時延測量方法、掌握FLUSH+RELOAD側(cè)信道攻擊的一般過程、理解Spectre漏洞原理、熟悉算法優(yōu)化技巧等；最后一關即為完整的綜合實踐關卡，模擬真實目標場景，預置攻擊前置條件，由學生線上完成攻擊代碼編寫，實現(xiàn)隱藏在靜態(tài)鏈接庫中的敏感字符串竊取。通過這類闖關式實踐項目的開展，學生能夠較好地理解完整的側(cè)信道攻擊驗證所需要的關鍵步驟，切實提升其動手實踐能力。依托Educoder在線教學平臺，不僅可以實現(xiàn)該類型實踐項目設計，同時提供自動化結(jié)果研判和成績評定、排名等功能，是本課程實現(xiàn)漸進式線上實踐教學的有效工具。

3.6多元化跟蹤評價

綜合以上混合式教學活動設計，本課程的考核評價包括了知識歸集表現(xiàn)、隨堂測試表現(xiàn)、論壇分享表現(xiàn)、實踐闖關表現(xiàn)、匯報答辯表現(xiàn)以及研討報告文檔質(zhì)量等指標。依托Educoder+雨課堂等在線教學平臺，基本能夠滿足上述相關任務的實施以及結(jié)果數(shù)據(jù)的采集，為學生課程學習成績的綜合評定提供有效支撐。

4結(jié)語

本文從混合式教學基本原則、云計算課程特點剖析、預期效果分析、教學設計探索四個方面展開論述，介紹了針對云計算安全課程進行混合式教學改革探索的思路和舉措。具體包括圖譜式知識點組織、眾包式知識歸集、論壇式交流分享、靈活式隨堂測試、漸進式線上實踐、多元化跟蹤評價等6個方面的混合式教學改革舉措建議。預期對本課程的課堂教學效果、學生學習效率、課程設計質(zhì)量、課程資料庫建設等方面的提升具有良好的支撐作用。

參考文獻

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