疫情期间密码学基础课程线上教学探究

郭宇燕，江明明，肖建于，孙 梅

（淮北师范大学 计算机科学与技术学院，安徽 淮北 235000）

0 引言

随着网络技术的迅速发展，网络空间安全被提到国家安全战略层面，信息安全技术的发展也受到愈来愈多的关注.近几年，政府、国防、公安、银行以及国家电网等领域对安全人才的需求急剧增长，信息安全专业人才却相对稀少，加快信息安全专业特色人才的培养，是国家网络空间安全建设的必然要求.信息安全是国家重点发展的新兴综合交叉学科，信息安全专业人才培养普遍存在教学内容设置不当，实用性不强等问题.专业课教师需要不断优化课程体系，构建专业课程群，扩充教学内容，强化实践培训，逐渐探索出一条具有专业特色的高素质复合型人才培养之路.

2020 年初，新型冠状肺炎疫情在全国迅速蔓延，根据疫情防控期间线上教学的要求，在“停课不停学”［1］的号召下，各高校纷纷开展线上教学工作，线上教学改革也成为研究热点之一.薛成龙等［2］分析线上教学改革转向，并给出诸多建议.杜娟等［3］对线上教学模式进行剖析，指出如何提升师生信息化应用能力的方法.付庄等［4］设计将会议授课、教学管理和在线仿真等工具相结合的多维互动线上教学法.赵立莹等［5］提出高校线上教学效果评价及质量保障体系等一系列建议.祁长兴等［6］设计一个面向学生自主学习能力培养的线上教学模型，并验证该教学模型的有效性.吴志红等［7］将线下教学与线上教学方法相融合，以便提高学生的学习兴趣，提升学生的学习思维能力.在线上教学效果分析方面，覃红霞等［8］对师生进行调研，并为推动在线教学的可持续发展给出一些建议.宋志英等［9］对地方高校大学生线下线上学习投入情况进行分析比较，结果表明线上教学效果显著.江清华［10］对高校线上教学效果的调查显示，学生和教师对线上教学的评价总体上良好.

疫情改变传统理论教学与实践教学方式，全国大范围开展线上教学活动，这在教育发展史上前所未见.信息安全专业课程如何重新进行线上教学设计，保证线上教学质量，是信息安全相关教师面临的主要挑战.

1 信息安全专业课程线上教学问题分析

线上教学方式新颖［11］，同时也保证课程教学的进度，但随着课程的不断推进，线上教学凸显诸多问题，与传统教学的质量相比大打折扣.针对信息安全专业课程线上教学过程中存在的主要问题，具体分析如下：

1.1 教师不能随时掌握学生当前的学习状态，学生缺乏学习主动性

线上直播授课时，教师干预缺乏.教师无法获知学生的上课状态，教师虽然可以看到直播中的线上学生人数，却不能获取学生的动作表情等学习状态，如学生走神，躺着听课或者边玩手机边听课.教师无法了解学生的知识掌握情况，也无法像传统课堂教学那样根据学生的上课反应调整讲课节奏.学生容易在没有教师约束的情况下产生惰性，自觉性以及主动性大大降低，这些情况都会对学生的学习效果带来影响，降低学生的学习效率.同时由于教师与学生不能有效互动，从而缺乏对学生掌握新知识与动手实践能力的了解.

1.2 实践操作少

信息安全专业课程包含很多实践部分.教师大多使用直播平台或者录播方式进行线上教学，授课内容主要涉及理论知识，教师无法亲自带领学生实践，因此对课程的实验内容涉及较少.实践往往是学生较感兴趣的部分，通过实践学生可以更加深刻地掌握所学知识.信息安全专业教师不仅需要重视理论知识教学，更要重视实践教学.学生只有真正动手进行实践才能更好地掌握理论知识，教师在线上教学过程中需进一步探索实践教学模式，着力培养学生的实际动手能力.

1.3 线上教学考核不完善

教学考核能考查学生的学习情况以及教师的教学效果.疫情期间，线上教育迅速崛起，但由于线上教学起步较晚，其考核方式相对不够成熟.仅仅利用平时线上考勤以及期末考试相结合的考核方式则稍显不足，既缺乏对学生线上表现的评估，又不能反映学生掌握有关知识点的情况，因此不能充分满足疫情期间线上教学考核的要求，需要进一步研究线上教学考核新模式.

2 密码学基础课程线上教学改革措施

疫情进一步激发网络线上教育的活力，促进教学、管理、学习和以及考核方式的全面改革.信息安全专业课程线上教学改革也亟需加强，密码学基础是我校信息安全专业开设的一门重要必修课，该课程包含54 个理论和16 个实验学时，涉及计算机、数学和网络等诸多学科，是一门理论性与实践性较强的课程.专业教师需合理设计线上教学内容，有效开展线上学习活动，使学生深刻领会密码算法设计与分析的思想以及密码产品的基本工作原理，着重培养学生的实践能力.同时，教师应积极打造密码学基础线上教学“金课”，适当提升课程难度，扩展课程深度，大幅提高线上课程教学质量.

2.1 打造线上教学“金课”

密码学基础线上课程建设要以“金课”建设为标准，体现“以学生发展为中心”理念［12］，充分发挥网络教学的作用，合理利用线上教学平台，巧妙设计教学流程，丰富教学方式，加强师生互动，逐步提升线上教学质量.该课程教学设计包含课前、课中、课后3个方面，具体如下图1所示：

1）课前.通过蓝墨云班课平台组织学生进行线上知识点小测试，通过测试结果分析学生对密码学知识点的掌握情况，有针对性地设置后面教学的侧重点.教师提前把课程相关视频、课件、文档、时政新闻以及最新科研进展等发布到教学平台，学生可以登陆平台自主学习.教师可以设置学习任务，细化学习要求，布置学生需要完成的任务点，督促学生自主学习.

2）课中.通过多种教学方法和手段进行线上教学，可以使用腾讯课堂、钉钉、学习通等平台进行直播或录播.课程中，先对课前测试中学生出错多的题目进行重点讲解，巩固所学知识点.课堂教学可以设置线上问卷、讨论、抢答等环节，如通过蓝墨云班课的“摇一摇”功能随机选定学生作答，引导学生积极参与课堂活动，充分调动学生的积极性和主动性.在教学过程中可以进行线上答疑、实时视频、语音互动，让学生体验如同线下学习般的感觉.教师的监督能给学生一定的压力，使他们能更集中精力地听课，更加自律.

3）课后.适当布置作业，作业是课堂的延续，能很好地巩固知识点.课堂时间有限，教师需要更多地将学生的注意力引入到课后的思考与拓展中.除完成传统教学布置的课后作业之外，可以让学生通过网络查阅资料，结合课堂学习的知识点，撰写相关课程论文，这种方式可以让学生在掌握课堂所学知识的同时，提升分析问题解决问题的能力.最后教师根据软件平台显示的学生的出勤率、学习情况、测试结果和参与度等因素对学生进行全方位考核.

2.2 以工程教育认证为导向进行实践教学

实践是信息安全知识转化为信息安全技能的主要途径［13］.工程教育认证［14］明确给出计算机专业毕业生的能力要求，其中包括实践动手能力和知识应用能力等.实践教学是密码学基础课程教学的重要环节，能大大提升学生的信息安全专业技能.疫情改变实践教学方式，教师无法面对面指导学生操作，很难把握学生实践操作的效果，难以保证实践教学的质量.如何利用网络平台组织好线上实践教学，是信息安全专业教师面临的又一大挑战.

线上实践教学可以参考线上理论教学的直播方式进行，两者的关系如图2所示.教师可以对密码学算法的验证、实现等操作边讲边直播，课程结束后要求学生课后自主或分工协作完成实验.同时教师可以借助信息安全实训平台开展教学，学生只需要使用自己的电脑一边看直播，一边登陆实训平台进行实验.除此之外，教师可以尝试项目式实践教学方式，培养学生获取知识、分析问题和解决问题的能力.学生通过网络将自己或者小组完成的代码、实验报告和日志上传到蓝墨云班课等教学平台.这种方式能让学生及时巩固所学内容，从而激发学生的学习主动性.教师根据学生提交的代码和日志分析评估学生的操作能力以及小组分工中的工作量.教师应充分践行“以学生为中心、产出导向、持续改进”这一内涵理念，贯彻形成性评价机制，重视实践教学，促使课堂教学的持续改进，以达到提高信息安全专业人才培养质量的目标.

图2 线上理论教学与线上实践教学的关系

2.3 课堂融入“课程思政”元素

教师在密码学基础课程线上教学过程中可以深度挖掘思政元素，培养学生的爱国之心、民族自豪感.线上教学形式多样，借助互联网，为思政教育服务，教学内容可以融入社会热点、焦点，运用鲜活的素材，对学生进行人生观、世界观、价值观、责任感和职业道德等行为观念方面的教育.授课教师应弘扬正能量，传播主旋律，为专业课程添加思政素材，提升素质教育水平，将学生培养成能为国家服务的栋梁之才.思政元素的挖掘可以从3个方面考虑：1）爱国主义等人文素质教育.教师对学生进行爱国主义和民族自信心的教育，激发学生们的学习热情，启发学生的社会责任感，为祖国的繁荣贡献自己的力量.2）科学思维方式的培养.科学的思维方法对学生的学习有很大的帮助.教师引导学生善于思考，培养学生良好的行为习惯，建立健全的人格.鼓励学生敢于挑战，勇于创新，将信息安全知识应用于国民经济.3）引导正确的职业价值观.教师对学生进行专业规范、专业伦理以及职业道德的教育，树立学生正确的职业价值观以及职业目标.

2.4 课程考核

考核是检验教学成果的主要手段，传统教学仅对学生的出勤情况、理论考试、实验报告等进行考核的方式已经不适用于线上教学.教师可以根据平台提供的出勤率、活跃度、注意力指标、章节测试、实践能力等多个维度进行线上教学考核.线上考核注重过程考核，能够全方位多元化地考查学生的综合能力，主要分为理论考核和实验考核.理论考核主要包括课前、课中和课后3个方面，课前主要考核点为出勤情况和自学情况，占比20%，课中考核点为课堂参与、主题讨论、抢答环节以及学习互动，占比60%，课后考核点为章节测试、课后作业和课程论文，占比20%.实验考核包括实践操作、小组分工和课程报告，分别占比50%、25%、25%.理论考核具体分布如表1所示：

表1 线上理论考核成绩分布

3 线上教学效果

密码学基础课程结束后，利用腾讯平台组织2018级信息安全专业学生进行传统教学与线上教学满意度问卷调查，内容主要涉及学习资源、教学方法和评价方式等几个方面，比较结果如图3所示：

图3 传统教学与线上教学满意度调查

由图3的调查结果看，线上教学在学习资源丰富、教学方式多样化以及随时随地学习等方面的满意度比传统教学高，效果良好.线上教学将来会有很大的发展空间，团队教师将充分利用线上教学的优势，与传统教学相融合，逐步改进教学模式以及完善课程改革，从而大幅度提高教学质量.

4 结语

疫情催生线上教学新需求，为保证教学质量，线上教学需重新设计教学过程.密码学基础是信息安全及相关专业开设的实践性较强的专业课程，对课程的教学理念、模式以及技术方法进行教学改革，探索线上教学实践方法，发掘思政元素，提高学生的学习积极性，努力打造线上课程“金课”，从而推动信息安全专业应用型人才的培养.