翻转课堂在《计算机密码学》课程中的应用研究

邬志红 于义科 段喜龙

【摘要】 本文阐述了《计算机密码学》课程的特点，分析了传统教学模式下课程教学中存在的问题，给出了采用翻转课堂教学模式的教学设计。

【关键词】计算机密码学 翻转课堂 教学设计

引言

翻转课堂教学模式是2000年之后才兴起的一种新的教学模式，传统的教学模式中往往要求学生课前预习、课中听讲/实验、课后进行复习巩固，而翻转课堂教学模式要求学生的课前预习必须更加深入，而不是传统模式中的课前准备，由此，课中教师的讲授知识过程就变为解决学生在课前预习过程中遇到的难点问题，这就要求在课堂上教师的内容讲解均针对解决问题而设定，教学方式可采用教师讲授、播放教学视频、学生讨论以及学生讲解等多种模式，该过程即为“翻转课堂”，师生之间的角色可以随着教学进程的实际情况进行转换。而传统教学模式中的“课后复习”阶段则提早到了课中学习阶段，即学生对知识的“吸收内化”阶段在课中就已经完成。

翻转课堂教学模式可以大大提高学生的自主学习能力及学习兴趣，也能提高教师的管理、组织教学等能力，但翻转教学模式并不是适合每种课程，往往翻转课堂教学模式更加适合理论内容较难且需要理论指导实践的课程，而“计算机密码学”课程就是这种类型，本文以“计算机密码学”课程为例，分析了“计算机密码学”课程采用传统教学模式教学过程中的不足，通过采用“翻转课堂”教学模式，达到进一步提高学生学习兴趣、提高教学效果的目的。

一、“计算机密码学”课程现状

“计算机密码学”是计算机学相关专业的一门专业课。其主要教学目的为使得学生了解密码学的一些基本概念，理解和掌握一些常用密码算法的加密和解密原理，了解认证理论的概念以及常见数字签名算法和安全性分析等内容，例如分组加密、流加密、公钥加密、数字签名、哈希函数、身份识别、认证理论与技术、PKI技术等。

（一）课程理论与实验教学的特点

1. “计算机密码学”课程的理论教学具有很强的理论性，学生必须在掌握相关安全知识的基础上了解或掌握相关的密码知识，因此，课程必须采用多种教学手段使得学生对课程内容产生学习兴趣，往往课堂教学教师会采用案例教学等教学方法。

2. 课程教学的实验设置均具有较强的实践性，尤其是加密、解密方法中的编程实践，学生要在理解了相关安全知识的基础上，使用编程语言对加密、解密方法进行验证性实验，从而进一步理解密码学相关知识。

3. 密码学知识结构随着科技的发展一直在发生变化，这就要求授课教师要时刻了解当前密码学前沿知识与技术，并根据实际情况对教学内容做进一步完善和優化。因此，往往授课教师采用案例教学的方式解决密码相关理论、实践知识的时效性问题。

（二）课程教学过程中存在的主要问题

从本门课程的实际情况来看，任课教师对于教学内容的把握一般不会出现问题，但是在教学过程中如何使得学生能够具体了解、掌握甚至精通相关知识仍然存在以下问题：

1. 理论课程的讲授过程对学生而言往往是枯燥乏味的，这就导致了学生的学习主动性和兴趣不高的情况。

例如在讲解古典密码算法、DES、AES、RSA、身份认证与数字签名等内容时，由于理论性较强、难度偏大，采用传统的PPT课堂讲解，学生的参与感较弱，往往都是被动听课，而为了考试，很多时候会采取死记硬背的学习方法，这就使得本门课程的教学效果大打折扣。

2. 本门课程是一门理论性与实践性较强的专业课程，但在实践环节往往会出现理论与实践脱节的情况。为了使得学生能够更好地掌握密码学知识，往往要求学生在理解了密码学理论的基础上，采用编程实践的方式对密码学理论进行验证，但这两个环节对学生来讲难度都偏高，学生要么懂理论不懂应用，要么轻理论重编程，实践效果欠佳。

3. 由于课时较少，因此，对于密码学的前沿知识内容的介绍偏少，这就造成了学生对业界最新的发展趋势和发展技术的了解较少。

二、基于翻转课堂的教学设计

（一）教学环境设计

翻转课堂的实施必须对教学环境进行相应的改善，具体要求如下：

1. 采用现代化的信息化手段，硬件方面需要例如实验室计算机、笔记本电脑、智能手机等，以便在授课过程中可以做到边讲边练，第一时间解决学生遇到的问题，软件方面必须采用统一的信息平台以实现教学的过程管理，本文使用了超星学习通平台，基本能够满足翻转课堂的教学环境要求。

2. 翻转课堂的教室环境不能采取传统的教室布局，必须对教室的桌椅、计算机进行重新布局设计，本文采取的布局如图1所示。

从图中可以看出，采用“圆桌”式布局，使得学生可以随时进行讨论、商讨遇到的问题，教师也可以深入到学生当中，使得学生与教师的联系更加紧密、顺畅。

（二）教学方法设计

根据课程的实际情况，进行翻转课堂的教学方法设计，本文总结了几个实施的要点：

1. 始终贯彻“以学生为中心”的教学理念。在课堂教学过程中，务必使得学生有足够的自主权和发问权，而不是采用传统的以教师为中心的教学方法，这就要求学生在课前必须能够发挥学习的主动性，课前就能够去发现问题，而在课中，在教师以及同学辅助下解决问题。

2. 采用“项目/案例驱动”或“作业驱动”的教学方法。因此在教学过程中必须采用分组的形式，鼓励团队合作，使得学生在掌握课程内容的同时，学会团队合作、群策群力的互助精神。

3. 给予学生充足的教学资源和时间。在课前，必须给学生提供足够的自学资源，例如课程网站、教学视频、PPT、微课、慕课等，此外，还必须给予学生充足的时间去了解问题，发现问题，然后在课中在团队以及教师的帮助下解决问题，最后在课后去总结、提高。

（三）教学内容设计

教学环境设计以及教学方法设计均是为了让学生能够更好地掌握教学内容，因此教学内容的设计是教学改革的重点。根据密码学课程的特点，将教学内容分为如下三个层次：

1. 识记、理解性内容：这部分内容基本都是在课前由学生自主学习完成，难度较低，理解起来较容易，教师可以不做专门讲解。

2. 应用、分析性内容：课堂上学生重点要掌握的内容，知识的难度和广度均有所增加，大部分情况都要经过团队讨论以及教师的辅导才能基本掌握。

3. 综合、评估性内容：在分析的基础上，将已经掌握的内容应用到综合实践，并对知识领域进行相关评价，即做出理性与深刻的判断。

三、结束语

翻转课堂不仅为教师的教学活动提供了一种更加有效的教学手段，同时使得学生也能够从翻转课堂的教学活动中提高学习兴趣，并提高学生主动学习、团队合作的意识。此外，教师也可以摒弃单纯讲解课堂知识的教学方法，转而利用各种丰富的教学资源、教学环境更好地组织教学活动，由此达到提高教学效果的目的。

参考文献

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[2] 张恩，王岁花，代丽萍.翻转课堂在密码学课程教学中的应用案例[J].计算机教育，2016（07）：64-67.

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[4] 刘冬，李胃胜.地方高校翻转课堂教学模式探析[J].高教学刊，2018（20）：110-113.

课题资助：

南昌航空大学校级教改课题，课题编号：JY1624

南昌航空大学创新创业课程培育项目，项目编号：KCPY1517

南昌航空大学创新创业课程培育项目，项目编号：KCPY1665