脚手架理论在信息安全课程教学中的应用

刘三民　刘涛

摘要：信息安全课程教学学时不足、教学任务重，教学内容抽象、难懂，是教学过程所面临的难题。该文结合笔者所在学校实际情况和授课对象，引入脚手架理论指导教学过程，摸索出一套合适的教学模式。教学实践证明该教学模式是有效的，对于提高课程教学效果具有明显的作用。

关键词：教学模式；脚手架理论；协同学习；信息安全

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）10-2305-02

Abstract： The teaching processes of the course “information security” confronts the problems of much of teaching contents and less teaching class hours， and it isnt easy for students to understand teaching contents. Based on the actual situation of our school， scaffolding theory is introduced to conduct the teaching processes， and teaching mode is presented. Practice experience proves it is feasible and improves the best teaching results.

Key words： teaching mode； scaffolding theory； cooperative learning； information security

随着计算机网络应用的普及，基于网络办公已成为常态化，相应地信息安全已成为普遍关心的话题。作为高等学校计算机相关专业，毫无疑问的成为信息安全教育和信息安全知识普及的主阵地。由于技术的发展和应用的多样性，信息安全所面临的问题不断变化，也为信息安全的教学带来新的挑战。信息安全课程是一门综合性较强的课程，不仅要求学生具备计算机软硬件相关基础知识，还要求学生具备一定的数学知识、信息论、网络通信、控制理论和社会学等方面知识[1]。鉴于信息安全课程涉及到的基础知识较多，学习难度较大，许多高校、教师都针对其教学内容、教学方法、教学体系结构专门进行了深入研究和探讨[2-4].

信息安全课程是笔者所在学院三个专业“计算机科学与技术”、“信息与计算科学”、“物联网工程”开设的专业必修课程。信息安全课程的教学内容主要是向学生介绍各种加密体制的思想和用加密的方法来保证信息安全。信息安全课程教学学时较少（38学时理论课+8学时实验课）、教学任务重。学生的理论知识参差不齐，在整个教学过程中，学生的普遍反应的问题是教学内容抽象、难懂，课前无法预习，课后难以巩固。笔者已经连续完成了三届学生的教学任务，在教学过程中发现了一些问题，也多次进行总结，在教学方法、教学手段和情境设置方面进行了多次的改革和创新。其中应用脚手架理论指导信息安全课程教学取得了较好的教学效果，解决了日常教学中所遇到的难题，也帮助学生提高了学习效率，锻炼了学生的自学能力，增强学生的学习主观能动性。

1 脚手架理论介绍

脚手架理论（scaffolding theory）最早是由美国著名的教育学家和心理学家布鲁纳提出的，目前广泛用于指导各学科的教学工作和教学技能的训练，如脚手架理论在语言课程教学中的应用[5-6]，应用脚手架理论为教师搭建教学信息、教学知识和教育实践的“脚手架”，获得了较好的教学效果，获得大家认可[7]。脚手架理论借用建筑行业的术语来说明教育活动中主体和外界因素相互作用的过程。如学习主体可以借助父母、老师和他人提供的辅助物完成原本自己无法独立完成的任务，随着学习能力的提升，学习的责任逐渐迁移到主体，由主体积极主动的展开学习，完成学习过程。一旦学习过程结束，辅助物就可撤离，非常类似于建筑过程中脚手架的作用，这也是命名的源由。

在教学不同的阶段或环境中，脚手架可以是教学策略、教学工具、教学方案和教学方法等。作为教学策略，脚手架教学（scaffolding instruction）是指老师在帮助学生学习时，提供脚手架结构让学生能够顺利进行更深层次的学习和理解，把获得的信息作为知识内化汲收。该概念是从维果斯基的社会文化理论和邻近发展区（proximal development zone）中引申而来的，也是本文的理论基础。

目前脚手架理论在欧美地区已成为一种流行的教育教学理论，其概念和框架已经非常成熟和完善。为了帮助大家理解，同时起到抛砖引玉的作用，笔者介绍大家普遍认可概念。在欧盟教育界认为脚手架教学应当是为学习者构建对知识的理解而形成的认知框架，它事先把复杂的学习任务分解，引导学生逐步深入，因此脚手架教学框架可分为五个基本教学环节：搭建“脚手架”→进入情境→独立探究→协作学习→评价。该文也是采用这五个基本教学环境指导信息安全课程相关教学内容。

2 脚手架理论在信息安全课程中的应用

在概述中，已分析了信息安全课程教学所面临的现状，如何在有限的时间内高效完成教学任务成为整个教学过程所关注的核心内容。为此，笔者进行了有效的探索与尝试，把脚手架理论与信息安全课程教学进行融合，获得了较好的教学效果。

教学过程是一个积极互动过程。学生不应该是被动的接受者，而应是学习过程中的主动参与者和积极建构者，被动接受者只能是感受信息，而不会主动掌握信息。教师的职责也不应该是简单的“传道、授业、解惑”的角色，而应该是教学过程中引导者、脚手架的搭建者。在脚手架教学理论的指导下，教师的角色重新定义为脚手架的搭建者。

本节以信息安全加密体制教学内容为例来阐述实施脚手架教学过程。安全加密体制部分主要包括对称加密体制和非对称加密体制，一般均是以DES算法和RSA算法为例介绍。

2.1 搭建脚手架

由于该部分内容重点是向学生介绍两种体制设计思想和相关算法，内容较为抽象。为提高学习的积极性，故应首先让学生明确学习的必要性和方法，即为什么学、如何学的问题。所以在该节教学之前，向学生布置预习任务，要求查阅当前信息安全所面临的主要问题和相应解决方案，以及各种方案的核心思想，并要求学生总结自己的心得。

2.2 情境设置

在内容学习之前，首先让学生进入到信息安全攻防情境当中，引导学生同时充当两种角色：安全的守护者和攻击者，了解相互之间如何互拆“矛”和“盾”两种利器。如在对称加密体制DES算法学习，由常见的攻击方法入手，介绍如何有针对性的构建坚固的防御措施，非常自然的引入相关教学内容，如香农提出的混乱原则和扩散原则。在此基础上可以提出问题，在现有对称体制中如何实现相关指导原则，即通过采用多轮迭代和替换的技术手段，达到混乱和扩散的目的，破坏统计规律。这样通过情境设置，层层深入、环环紧扣的策略，使抽象、乏味的内容变得逻辑性强，理解方便，也非常自然地让学生知道如何学的教学目标。

2.3 独立探究

通过课堂理论教学的实施，使学生具备加密体制的相关知识和基本思想，然后可以采用独立探究的方法，让学生理论联系实际，通过编程的方法去实现具体的算法，把相关信息转化成自己的知识。在这一环节，一定要强调学生独立完成，可以参考相关资料，尝试用多种思路实现，如用面向过程和面向对象的思想去解决该问题，并对各种实现方式进行对比。

2.4 协作学习

在完成独立探究后，每位学生都会自己的疑惑和感触，内心都有与别人探讨的欲望，此时迫切的需要一种讨论、交流的宽松环境。因此在独立探究环节后，及时安排协作学习环节，可以达到事半功倍的效果。在协作学习时注意强调的是交流、探讨方式，而不是简单的复制、拷贝动作。一定要让大家说出自己在独立探究环节中所遇到的困惑与难题，并一定要通过协作学习环节得到若干种解决方案，做到取长补短，寻找最优方案。

2.5 评价

评价是最后环节，该环节绝非是可有可无的，用得恰当会获得画龙点睛的效果。在评价方面笔者认为可包含两个方面内容：一是老师的评价；二是学生之间的评价。老师评价主要在于学习情况总结，做出客观的评价，启迪新思路，挖掘新内容，为下一次脚手架教学奠定基础。学生之间的评价，关键在于对比相互之间对知识的理解，强化知识的内化程度，拓宽思路和思维方法。如在加密体制教学内容的脚手架教学方法，最后评价环节是算法实现的分析与对比。

3 结论

信息安全课程教学内容难、抽象，在有限的教学时间内完成教学任务，达到预期的教学目的，是每个教师所面临的一个难题。笔者经过几次的教学实践与摸索，成功的运用脚手架理论解决了教学中所面临的困境，取得较好的教学效果。

参考文献：

[1] 于国华，于佳.计算机类专业信息安全研究[J].科技信息，2009（16）：18-20.

[2] 任宁宁，杜莹.计算机信息安全课程建设分析[J].电子制作，2014（2）：150-151.

[3] 从立钢.案例教学法在《计算机信息安全》课程中的运用[J].重庆与世界学术版，2013（7）：98-100.

[4] 黄剑，华马婷.信息安全课程教学模式的探索与创新科技信息[J].2013（13）：226-227.

[5] 朱世平.从“脚手架”理论看母语在大学英语课堂中的作用[J].莆田学院学报，2011，18（4）：88-92.

[6] 刘小庆.从Vygotsky的“脚手架”理论看大学英语教学中母语的作用[J].河北理工大学学报（社会科学版），2010，10（4）：170-173.

[7] 许雪莲，徐斌艳.谈为准教师搭建教学技能学习的“脚手架”[J].教育探索，2013（5）：52-52.