中国学术杂志网

高校应用密码学课程教学方法

 论文栏目:教学方法论文     更新时间:2018/10/11 16:49:22   

摘要:结合应用型本科高校学生和应用密码学课程的教学特点,从教学方法和教学内容两方面对应用密码学课程进行改革探讨,将该课程的教学内容体系划分为五大模块,教学中理论和实践并重,探索层次启发式教学、行动导向型教学、研究型教学方法,将其有效融入课程教学过程。这些措施在保持学生学习的自觉性和自主性、提升和培养学生创新能力和学习素养方面能发挥积极的作用。

关键词:应用型本科高校;密码学;教学方法;课程改革

近年来,国内许多本科高校已经相继在信息安全、数学与计算科学专业开设了应用密码学课程。但由于该课程开设历史时间较短、积累的教学经验偏少,迄今仍有许多教学问题需进一步探索研究和实践检验。西安文理学院自2012年以来将应用密码学课程设置为信息与计算科学(以下简称“信计”)专业的主干必修课。笔者结合应用型本科高校学生的基本特点,根据自己多年应用密码学课程的教学经验积累,就密码学课程教学方法和内容进行深入探讨,总结出具体的教学实施方法,具有重要的现实意义。

一、应用型本科高校密码学课程教学改革的必要性

首先,密码学课程的教学方法和内容已经很难适应社会对网络空间人才的培养要求。目前,密码学课程的教学方法大多采用以理论课讲授为主、上机实验课为辅的教学模式。教学中过多地讲授基础理论,这些理论大多“不接地气”,不能和实际应用进行实时的无缝对接。其次,教学方法单一,缺乏灵活度。教学过程基本还是以传统课堂讲授为主。由于缺乏实际教学的应用背景体验,这种传统的教学方法很难让学生完全领会所学的知识以及将所学知识应用于实际。学生在学习中不知道学为何用,因而无法激起学生的学习兴趣。教学互动性较少,学生很少真正有效参与教学活动。由于学生没有真正融入课程学习,即便教师理论知识讲得很多,但学生却无法真正理解、掌握相关学科知识,不仅无法提高学生学习的主动性,更难以提高应用创新能力。

二、应用型本科高校密码学课程教学方法的改革

应用型课程教学方法改革要解决的关键问题在于如何能有效地提高学生在课堂学习中的参与度。考虑到应用密码学课程的特殊性,应用型本科高校密码学课程教学方法可从以下几个角度进行改革尝试。1.层次启发式教学。作为现代教学中一种先进的教学模式,启发式教学的成功运用能有效提升学生的学习兴趣和学习主动性。目前,该模式已在诸多学科教学中被教师广泛地接受并运用。在实施启发式教学的过程中一定要考虑到学生的知识结构和能力基础水平的差异问题,即启发式问题的设置要与不同层次学生的接受能力相匹配,否则会出现“启而不发”或者“启发多余”的问题。考虑学生能力层次的启发式教学设计在密码学课程教学中具有重要意义。对于理解能力中等偏下的学生,课堂教学及互动问题难度不能过大,一般的做法是使课堂教学设计问题的难度逐渐递增,从而可满足理解能力较强学生的学习需要。针对这两类学生,必须针对性地设置启发式探索问题。例如,RSA公钥加密算法,对于前类学生,思考RSA算法证明方法肯定是不现实的,实际教学表明,即使对于后类学生,这个问题也是具有挑战性的。合理的做法是把这个问题分解成两个子问题,每个子问题继续分解为相应的数学证明技术要点上。在此基础上,大部分后类学生通过思考能很快理解。2.行动导向型教学。行动导向教学理念完全符合应用型本科高校的办学定位和人才培养目标,能很好地解决传统学科教学中难以解决的问题。例如,它能改变传统的灌输为主的教学模式,实现以学生为主体的自主探究的教学模式;它能提高学生自主思考的能力,培养学生的创新意识。在本科教学中运用行动导向型教学可以有效提高应用密码学课程的综合应用能力。在整个教学过程中,课程学习自始至终将学生的学习行动进行串接。整个过程中,教师为主导、学生为主体,最后聚焦于实践任务的完成。首先,教师依据教学内容设计合适的学习内容和实践学习任务。学习任务的选择是整个教学的前提,任务难易直接影响教学的开展。在学习内容和任务选择上,教师可以选择课程知识内容或拓展内容,也可以选择课程知识相关的科学研究问题。教师可以直接指定学生的学习内容,可以适当增加灵活性,让学生自己选择设计学习内容,但必须贴合教学目标和教学内容。学生了解任务需求后,在教师的指导下详细制定学习和任务行动计划。这里要根据应用密码学课程的特点、课程知识体系及学生的知识层次设计可行的学习行动计划。学习的计划应该包含课堂学习和课外学习行动计划。其次,学生根据计划完成理论学习任务和实验实践问题。该过程可以采用启发式教学方式组织课堂教学和实验,采用任务或项目牵引进行课下深入探索和研究。最后,学生需要详细认真地展示自己的任务完成过程和学习效果。学生之间进行互评,教师需要对学生的工作进行全方位讲评。该步骤中学生既要承担教师的职能,又要做好自己的学习工作和任务汇报。这必然要求每位学生认真准备讲解展示材料,组织自己的讲解思路。3.研究诱导型教学。研究诱导型教学策略是对传统大学课堂教学模式的突破,它不仅培养学生获取知识、内化知识和创造知识的能力,更强调学生科学和学习素养的养成。教学中,教师完全可以基于课程大纲和学生的知识构成将学习、实践、研究有机结合起来,充分激发学生的学习自主性。学生通过自主探索、自主思考、自主实践,独立地发现问题、研究问题、解决问题。应用密码学课程内容体系具有知识点多、学科面大、应用域广的特点,需要结合实际应用展现密码学的经典理论与实用价值,提高学生的学习兴趣,实现与社会需求接轨。由此可知,应用密码学课程能完全契合研究导向型教学的理念,将其有效地推广实施能成为提升学生创新思维能力的手段。在研究导向型教学中,教师的职能将由“讲授”转变为“导学”。教师在课堂教学中要将以往从一而终的灌输转变为师生平等互动式模式,启发、引导学生体验和探索密码学技术的产生和应用过程,鼓励师生间的质疑和独立见解。课外,教师需要为学生制定一些具有针对性的科研性的训练计划,鼓励学生探索和创造性地解决问题。此外,学生完全可以参与教师的科研项目,将教学与科研进行有效结合,让学生真正领略信息安全的前沿技术,真正体验所学课程知识的产生背景和应用价值。

三、应用型本科高校密码学课程教学内容的改革

国内大部分的密码学课程教材都无一例外地面向密码学理论和技术的研究,真正适合应用型本科高校学生学习用的教材几乎没有。在各高校的学生层次和学情存在差异的情况下,本着因材施教的原则,那些没有自编教材的高校需要对现有教材的内容体系进行适当整合,使之更好地服务于自身教学。与研究型高校不同的是,应用型本科高校在学习应用密码学课程时需要侧重于让学生掌握基本的密码知识和密码技术应用技术。而对于理论性较强的内容,可以作为学生的知识拓展内容进行理解学习。考虑到知识结构的相关性,我们摒弃传统章节讲授的模式,采用模块化教学的内容设计将应用密码学的教学内容分成密码学数学基础、常用密码体制、密钥管理、密码协议与分析、密码前沿五大模块。密码学数学基础模块要求学生掌握密码学算法和协议及其他密码应用的基础知识,内容宽度以够用为好,深度不宜太大,否则学生会感到分外吃力,毕竟大部分同学将来不会从事密码科学学术研究。在教学过程中,要求学生掌握常用密码技术所需的数学知识和相关结论即可,对于这些知识的推导可以让学生自主选择学习。常用密码体制模块的教学需要学生掌握古典密码、常用的分组密码、流密码和公钥密码体制的理论算法,教学中需要完成加密算法的上机实现。各种体制只需要重点介绍一个典型算法,但要整体覆盖所有常用各类密码算法。古典密码属于学生了解掌握内容;分组密码重点介绍DES和AES;流密码简单介绍RC4,辅以A5/1;公钥密码重点是RSA、DH协议、DSS和ECC,辅以Hash函数。密钥管理模块以学生理解掌握为主,辅以上机实验;密码协议模块教学中以介绍常用成熟协议为主,如IPsec、SSL、SET等协议;密码协议模块可以作为研究性内容来讲。该模块完全可以采用研究型教学由学生自主学习完成。以上教学内容模块的学习应以教师教授为主,上机实践和学习行动为辅,需要将层次启发式教学、行动导向型教学、研究型教学模式合理地整合到整个课程学习过程中。

四、结论

结合应用型本科高校密码学课程的教学实践和学生特点,总结多年的实践教学经验,采用自主设计的密码学课程的五大模块内容体系,将层次启发式教学、行动导向型和研究诱导型教学方法有效融入课程教学中。西安文理学院信息与计算专业的应用密码学课程近两年来教学效果良好,学生学习热情较高。该项教改成果的实施既有效调动了学生的学习主动性,提高了学生动手实践能力,切实提升了学生的学习素养,更重要的是让学生深刻感知到密码技术在网络空间安全中的核心地位和重要作用。这对于我国网络空间安全学科的课程建设和人才培养具有一定的参考价值。

参考文献:

[1]翁健,马昌社,古亮.网络空间安全人才培养探讨[J].网络与信息安全学报,2016

[2]唐飞,罗文俊,周由胜,等.《现代密码学》课程的教学方法探索[J].信息与电脑:理论版,2017

[3]丁勇.信息与计算科学专业密码学教学研究[J].桂林电子科技大学学报,2008

[4]兰雪霞.行动导向教学国内外研究综述[J].人才资源开发,2015

[5]罗铭,卢晓勇.基于行动导向的现代密码学理论与实践课程教学改革[J].计算机教育,2014

[6]闫玺玺,叶青,汤永利.《现代密码学》课程任务驱动式教学内容的设计[J].科技视界,2016

[7]夏春华,王金庭.电子信息工程专业课程教学方法及内容改革初探[J].武汉纺织大学学报,2010

[8]胡小明,杨寅春,吴秀梅,等.信息安全专业密码学课程教学改革[J].计算机教育,2014

作者:刘光军 单位:西安文理学院信息工程学院

学术网收录7500余种,种类遍及
时政、文学、生活、娱乐、教育、学术等
诸多门类等进行了详细的介绍。

教学方法论文
@2008-2012 学术网
出版物经营许可证 音像制品经营许可证
主机备案:200812150017
值班电话
0825-6697555
0825-6698000

夜间值班
400-888-7501

投诉中心
13378216660
咨询电话
唐老师:13982502101
涂老师:18782589406
文老师:15882538696
孙老师:15982560046
何老师:15828985996
江老师:15228695391
易老师:15228695316
其它老师...
咨询QQ
89937509
89937310
89903980
89937302
89937305
89937307
89937308
业务
综合介绍
在线投稿
支付方式
常见问题
会员评价
官网授权
经营许可
关于我们
网站简介
版权声明
友情链接
人员招聘
联系我们