融入网络GIS的网络安全“未来课堂”教学模式研究

郭明强,谢　忠,黄　颖

(1. 中国地质大学(武汉)信息工程学院，湖北 武汉 430074；

2. 中地数码集团武汉中地数码科技有限公司，湖北 武汉 430074)

GUO Mingqiang，XIE Zhong，HUANG Ying

融入网络GIS的网络安全“未来课堂”教学模式研究

郭明强1,谢忠1,黄颖2

(1. 中国地质大学(武汉)信息工程学院，湖北 武汉 430074；

2. 中地数码集团武汉中地数码科技有限公司，湖北 武汉 430074)

Research on Future Classroom Teaching Mode for Network Security Course Integrated with CyberGIS

GUO Mingqiang，XIE Zhong，HUANG Ying

摘要：“Intel 未来教育”将海量的计算机资源、人力资源、网络等信息资源有机地利用起来，强调以学为主，以师生、生生互动为主的教学模式，对传统的以讲授为主导的课堂教学产生广泛的影响。本文在对“Intel 未来教育”的模式进行分析的基础上，针对目前网络安全课堂教学中存在的弊端，提出了融入网络GIS的网络安全“未来课堂”教学模式；重点对网络安全“未来课堂”中的跨学科融合、协作式学习、翻转课堂、企业联合4个方面进行了研究，以促进学生的自主学习、团队协作、沟通表达和实际动手分析解决问题的能力。

引文格式： 郭明强，谢忠，黄颖. 融入网络GIS的网络安全“未来课堂”教学模式研究[J].测绘通报，2015(9)：131-134.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0299

关键词：CyberGIS；网络安全；教学；未来课堂；教学模式

中图分类号：G64

文献标识码：B

文章编号：0494-0911(2015)09-0131-04

收稿日期：2014-07-25

基金项目：中国博士后科学基金(2014M552115)；中央高校基本科研业务费专项资金(CUGL140833)；国家十二五科技支撑计划(2011BAH06B04)；中国地质大学(武汉)教学改革研究B类项目(2015B14)

作者简介：郭明强 (1984—)，男，博士，讲师，主要研究方向为互联网地理信息系统。E-mail: gmqandjxs@163.com

一、引言

近年来，“Intel 未来教育[1]”模式对高校本科教学的改革和发展产生了巨大的影响，其核心思想是将海量的计算机资源、人力资源、网络等信息资源利用起来，强调以学生自学为主，以师生、生生之间的互动为主的教学方式，使教师在课堂上能够有效应用各种教学资源，将各种教学资源融入到课堂教学中。这种新的教育模式对小学教育、中等教育和高等教育都有着巨大的借鉴意义，要求广大教育工作者充分理解并深入分析“Intel 未来教育”的设计思想，结合现有课堂教学的内容和现有的课堂教学软硬件设施的实际情况，对传统的讲授式课堂进行改进，以适应这种新的课堂教学模式。

本文以本科课程网络安全[2]为例，分析了网络安全传统课堂教学中存在的问题，在分析理解“Intel 未来教育”模式的思想的基础上，结合笔者所在单位现有的实际教学软硬件环境，研究了融合跨学科知识(网络GIS[3-4])的网络安全“未来课堂”[5-6]教学模式，旨在将传统讲授式课堂转变为以学生课外自主学习[7]为主培养学生的自主学习能力；通过团队协作式[8]学习提高学生的团队协作能力；通过翻转课堂[9]和企业专家库的课堂教学支持培养学生的沟通表达能力和动手分析解决问题的能力[10]。

二、网络安全传统课堂教学存在的问题

网格安全课程内容主要包括网络安全体系结构、密码安全技术、通信安全、计算机系统安全和应用系统安全，该课程需要具备计算机操作系统、计算机网络、TCP/IP协议等知识基础。传统的网络安全课堂主要是基于选择的教材，根据教材的内容目录制作教学课件，然后教师使用这些教学课件在课堂上给学生按部就班地讲授。随着学生学习特点的改变和互联网信息技术的发展，这种传统的教学方式的弊端日益凸显。

1. 不适应学生学习特点

在传统的网络安全课堂中，学生只能在课堂中主要以听的方式接受教师灌输的知识，学生处于被动的学习环境中。而如今学生可以从计算机网络、移动网络等多种互联网渠道或其他开放资源主动获取与网络安全相关的知识，这些途径获取到的知识比课堂上和教材上的内容更加丰富和容易理解；而且通过这些途径获取知识的效率远远高于通过传统课堂接受知识的方式。这导致现在的学生上课注意力不集中，缺乏学习的兴趣，传统的网络安全课堂教学没有充分发挥其在教学上的作用。

2. 教学内容不能与时俱进

传统的网络安全教学课件一般是按照所选教材进行组织和制作的，而教材往往是2～5年之前的教材。虽然网络安全的教材中只有部分内容是不随时间而变化的知识，但是教材中涉及很多知识随着计算机网络安全技术的发展日新月异。如计算机病毒的种类、操作系统的漏洞等都会不断发生变化。传统的网络安全教学无法与学生现有的认知结构相匹配，因此，需要对网络安全的教学内容进行实时更新，以适应当今互联网技术和计算机技术的发展现状。反之，如果网络安全课程的教学内容继续一成不变，便无法满足当代学生的学习需要，学生希望在课堂中能够接受到通过其他途径无法获取的知识，这样才能激发学生的学习兴趣，发挥课堂教学的作用。

3. 教学与社会需求脱节

传统的网络安全课程单方面根据教学大纲进行教学，而没有考虑课程的社会意义，即课程最终的社会目标没有清晰地表现出来。这使得本科生不能清晰地认识到网络安全课程对于未来就业的作用，从而降低了学生的学习动机，使学生缺乏学习的积极性。另一方面，学生毕业后难以快速胜任新的工作岗位，因为其在学习阶段没有根据企业的实际需求进行学习，而是单纯的教材学习，与社会需要脱节。本科教学的所有课程都是为学生服务的，而学生学习的最终目的大多是就业和升学。对于笔者所在单位的本科生而言，大多数学生将会面临就业的问题。因此，对于这类学生来说，教学必须让学生明确每一门课程的学习目标是为就业而做的准备，并且要让学生清楚现代企业需要什么样的人才，对毕业生的知识结构和技能具体有什么要求。只有让学生清楚了社会的需求，树立正确的学习目标，学生才能有积极学习的动力。

4. 学生综合能力发展受限

以讲授为主导的传统网络安全课堂主要依赖教师单方面的知识传授，学生在课堂中缺乏实际的感受，难以快速理解并掌握教材中的知识结构。虽然现在网络安全课程增加了上机实验的安排，但其与课堂教学的时间安排是两个顺序的阶段，即在所有学习内容的课堂讲授完成后再进行上机实验。这就导致了学生的上机实验阶段与课堂教学的内容没有同步进行，影响了学习效果，降低了学习效率；另一方面，上机实验大多安排为学生独立完成课程设计，缺乏师生之间、学生与学生之间的互动。学生在实验过程中存在的问题不能进行广泛的交流和共享，而很多这样的问题却是很典型、有意义的，如果将这些有代表性的问题在课堂上进行解答，在所有学生之间进行交流和头脑风暴，学生们将受益匪浅。另外，这样的上机课程不能充分培养学生的团队协作能力和沟通表达能力，仅在一定程度上培养了学生的实践动手能力，影响了学生综合能力的发展。

三、网络安全“未来课堂”教学模式的构想

针对网络安全传统课堂教学模式存在的问题，本文吸收了“Intel 未来教育”模式的理念，根据网络安全课程的教学和学生的需求建立了网络安全“未来课堂”的构想，如图1所示。在本文构想设计图中，有3个重要的参与课堂教学的主体，即教师、学生、专家。这3个主体都是教学活动的参与者，其中教师是教学活动的组织者，学生是学习的主体，专家是课堂教学和学生学习的促进者，为学生的学习和课堂教学提供帮助。

本文构想的网络安全“未来课堂”以学生课外自主学习为主，让学生根据自生的学习特点自由选择学习时间、地点等。教师的工作由传统的讲授变为课堂项目的组织、辅导与学习状态监控。专家库中的专家由企业提供，在课堂教学中为学生的协作性项目学习提供在线支持，解决学习过程中遇到的难题。

图1　网络安全“未来课堂”构想

四、融入网络GIS的网络安全“未来课堂”

1. 跨学科知识的融入

为了让学生明确网络安全课程的学习目标及社会价值，笔者将网络GIS融入到网络安全的课堂教学中，网络安全属于计算机学科，而网络GIS属于测绘学科，这种跨学科知识的融入能够激发学生的学习兴趣。通过讲授目前网络GIS中对网络安全的实际需要，让学生能够更加深刻地体会到网络安全课程学完后的具体用途，让学生能够形象地体会到课程学习的重要性和应用价值。

通过联合跨学科的知识学习，既促进了教师的教，又促进了学生的学，提高了学生的学习兴趣，激发了学生的学习动机。而其中的关键在于如何融入网络GIS的知识内容，笔者采取了项目式教学方式，即设计网络GIS应用项目，在项目中融入了需要让学生学习的网络安全的相关知识技术。如在网络GIS地图应用中实现地图数据的加密与解密，并使用各种不同的加密算法。这样学生通过实际的项目，既能掌握网络安全相关的知识及应用方法，同时也能掌握网络GIS相应的实际动手能力，对学生的就业具有一定的帮助。因此，学生学习的积极性可能被调动起来，提高了教与学的效率。

2. 协作式学习

协作式学习是“Intel未来教育”模式的新特点之一，其核心思想是将学生划分为多个学习小组，小组成员根据不同的角色定位完成自己的学习任务。其中的关键在于如何划分学习小组，如何确保小组内每个成员学习的积极性，这是教师需要解决的重点问题。以笔者所在单位为例，可将学生按照学号的尾号进行分组，使各个小组的成员均衡分配。其次，在小组成员分配之后，需要明确小组成员的分工，明确每位学生在项目学习中的角色，即规定每位学生需要完成的学习任务。如某小组接受的项目任务是使用某一种网络GIS平台开发一个矢量地图浏览网站，对地图数据选用某种加密算法在服务端进行加密，在客户端进行解密。该项目成员中的学生可以分别负责网络GIS软件调研安装、地图网站开发、数据加密与解密、软件文档的编写等工作，不同学生各司其职，以确保每位学生都能够且必须参与到小组协作式学习中。通过为每个学习小组布置学习项目，小组间各成员之间协作完成项目任务，锻炼了学生的团队协作能力、沟通表达能力，这对于学生毕业后的工作是非常有利的。企业需要的不仅仅是技能过硬的专业人才，更需要具有团队协作等各方面能力的综合性人才。

3. 翻转课堂

“Intel 未来教育”模式的另一个重要特点是将传统的课堂学习转变为以课外自主学习为主、课堂讲授为辅的形式。对于网络安全课程的教学内容而言，其中的知识结构大多是浅显易懂的，完全可以通过阅读教材或电子课件进行自主学习。因此，对于教材中的内容，完全可以让学生在课外自学，学生根据自己的学习特点自由选择学习时间、地点、方法和途径。学习项目任务的开展同样在课堂外进行。在网络安全“未来课堂”的教学中，老师主要检查各个学习小组的项目完成情况，对每个小组学习和项目研发过程中存在的问题有针对性地进行讲解，换言之，课堂上讲授的是学生在课外无法学习到或难以学会的知识点，而不是一些浅显易懂的内容。这样的网络安全“未来课堂”才能更有效地发挥其传道、授业、解惑的作用。通过这种翻转课堂的教学模式，将网络安全的教学过程划分为“学后讲、讲后评、评中学、学后用”4个学习阶段，可更有效地调动学生学习的积极性，让学生有更明确的学习目标，激发学生的学习动机。

4. 企业联合

在线专家支持是“Intel 未来教育”模式的另一个新特点，旨在通过专家的在线支持解决学生协作性学习项目中的关键难题。这一过程不仅仅是让学生得到问题的解决方案，更重要的是培养学生的沟通表达能力，这对于学生未来的职业发展具有积极的影响。同时，在线专家的支持使得学生能够随时按需与专家取得联系，及时解决协作性项目学习过程中的瓶颈，会让学生更加自信，进一步激发学生的学习动机和热情。对于网络安全课程，可以将网络GIS的专家和网络安全的专家集合起来，构建网络安全课程专家库。当然，这需要一些GIS软件企业和与计算机网络安全相关的企业给予支持，学校和企业联合进行网络安全课堂的教学。借助于在线专家库，可为学生分配与企业项目实际需求同步的网络GIS项目，一方面有助于学生在项目协作式学习中学到的知识与社会和企业的发展接轨，促进教学；另一方面也可以为网络GIS软件企业和网络安全相关企业培养更加符合需要的毕业生，实现学校与企业的双赢。

五、结束语

本文针对传统网络安全课程教学中存在的教学内容滞后、与社会需求脱节、学生综合能力发展受限的问题，结合“Intel 未来教育”模式的新特点，提出了融入网络GIS的网络安全“未来课堂”构想，设计了涵盖跨学科知识融入、协作性学习、翻转课堂和企业联合的新的网络安全“未来课堂”教学模式，旨在为高校网络安全课程的教学提供一种新的思路，改变传统的以课堂学习为主的教学模式。下一步将对借鉴网络安全“未来课堂”的教学效果进行调查统计分析，进一步完善本文提出的新的教学模式。

参考文献：

[1]王青汉. 基于项目的培训 实用高效的收获——“Intel未来教育”培训带来的启示[J]. 成人教育,2009(10):66-67.

[2]贺惠萍,荣彦,张兰. 虚拟机软件在网络安全教学中的应用[J]. 实验技术与管理,2011(12):112-115.

[3]WANG S W,ANSELIN L,BHADURI B, et al. CyberGIS Software: A Synthetic Review and Integration Roadmap[J]. International Journal of Geographical Information Science,2013,27(11):2122-2145.

[4]WANG S W,LIU Y. TeraGrid GIScience Gateway: Bridging Cyberinfrastructure and GIScience[J]. International Journal of Geographical Information Science,2009,23(5):631-656.

[5]陈卫东,叶新东,秦嘉悦,等. 未来课堂——高互动学习空间[J]. 中国电化教育,2011(8):6-13.

[6]叶新东,陈卫东,张际平. 未来课堂环境的设计与实现[J]. 中国电化教育,2014(1):82-87.

[7]李斌. 主体参与式课堂教学模式的探索和应用[J]. 中国成人教育,2010(5):98-99.

[8]顾晓禹. 大学英语课堂教学中的协作式学习[J]. 现代教育科学,2010(11):132-133.

[9]钟晓流,宋述强,焦丽珍. 信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J]. 开放教育研究,2013(1):58-64.

[10]余学军,侯志峰,刘波. 合作共治与协同创新——甘肃高校与科研院所、企业联合培养研究生的探索与实践[J]. 学位与研究生教育,2013(7):16-19.