基于建構主義和翻轉課堂的信息安全課程教學(xué)論文

　　摘要：針對信息安全專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)需求，探討建構主義學(xué)習理論、翻轉課堂和對分課堂等以學(xué)生為主體的教學(xué)理論和模式，提出“講授—實(shí)踐—討論”三段式課堂教學(xué)設計。

　　關(guān)鍵詞：三段式課堂；建構主義；翻轉課堂；對分課堂；信息安全專(zhuān)業(yè)

　　0引言

　　大學(xué)教育的目標不只在于知識的傳授，更在于能力和素質(zhì)的培養[1]。信息安全專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程，如通信原理、網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)等課，具有技術(shù)發(fā)展迅速、實(shí)踐性強等特點(diǎn)，其教學(xué)目標也著(zhù)重于學(xué)生的學(xué)習能力、思維能力和實(shí)踐能力的培養。傳統的以講授為主的教學(xué)模式難以滿(mǎn)足信息安全專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)需求。

　　1“以學(xué)生為主體”的教學(xué)方法和模式研究

　　現代高等教育以培養學(xué)生的自主研究、實(shí)踐意識為重點(diǎn)，倡導“以學(xué)生為中心”的教學(xué)思想�；�于認知學(xué)理論的建構主義學(xué)習理論，改變了“以教師為主體”的教學(xué)模式，以培養能力和提高素養為目標的大學(xué)教育受到廣泛關(guān)注并逐漸流行[2]。建構主義學(xué)習理論強調學(xué)生對知識的主動(dòng)探索，對新信息進(jìn)行自我編碼，從而建構出新的知識體系。根據建構主義學(xué)習理論，“情境”“協(xié)作”“會(huì )話(huà)”和“意義建構”是學(xué)習環(huán)境中的四大要素，由此所開(kāi)發(fā)出的教學(xué)方法，比較成熟的有支架式教學(xué)法和情境式教學(xué)法（亦稱(chēng)為“拋錨式教學(xué)法”）[3]。支架式教學(xué)法主要是指從學(xué)生的當前發(fā)展水平開(kāi)始，通過(guò)老師設計的概念框架不斷創(chuàng )造新的“最新發(fā)展區”，從而使學(xué)生不斷建構對自己有意義的知識技能，并達到更高的發(fā)展水平；情景式教學(xué)法主要是指通過(guò)設定有感染力的真實(shí)事件或問(wèn)題，讓學(xué)生自己去感受、體驗，從而使學(xué)生有效實(shí)現對知識的建構。隨著(zhù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，翻轉課堂改變了師生角色，革新了傳統的“以教師為主體”的教學(xué)模式，在本科教學(xué)探索中取得了較好的教學(xué)效果[4]。這種新型教學(xué)模式是以教學(xué)視頻、教學(xué)網(wǎng)站等教育資源和技術(shù)為支撐，課下進(jìn)行知識獲取，課上進(jìn)行知識應用，知識內化貫穿教學(xué)始終。翻轉課堂基于人本主義、掌握學(xué)習以及建構主義學(xué)習等教育教學(xué)理論[5]，要達到好的教學(xué)效果，高質(zhì)量的教學(xué)視頻、高質(zhì)量的課下自主學(xué)習、及時(shí)的學(xué)習情況反饋、高質(zhì)量的課上討論缺一不可。然而，在當前我國大學(xué)教育的背景下，翻轉課堂在具體教學(xué)實(shí)施時(shí)，往往存在著(zhù)以下兩個(gè)問(wèn)題：一是課下自主學(xué)習質(zhì)量難以保障；二是課上討論質(zhì)量難以保障。復旦大學(xué)張學(xué)新教授提出了對分課堂新型教學(xué)模式，其核心是將課堂時(shí)間一分為二，一半教師講授，一半學(xué)生討論，講授與討論之間的課下時(shí)間用于知識內化吸收[6]。目前，心理學(xué)研究方法與實(shí)驗設計、公共英語(yǔ)口語(yǔ)等文科課程進(jìn)行對分課堂的教學(xué)實(shí)踐，取得良好的效果。信息安全專(zhuān)業(yè)相關(guān)課程如通信原理、網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)等，具有技術(shù)發(fā)展迅速、系統性強、抽象度高、實(shí)踐性強等特點(diǎn)，簡(jiǎn)單地采用翻轉課堂教學(xué)模式，學(xué)生課下自主學(xué)習難度大、效率低，課上討論效果差。為此，我們采用對分課堂的講授和討論并存的形式，吸取建構主義和翻轉課堂的精髓，針對信息安全專(zhuān)業(yè)課程和學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設計和實(shí)踐，對大學(xué)工科課程的教學(xué)改革進(jìn)行有益的探索。

　　2三段式課堂教學(xué)模式

　　由于技術(shù)發(fā)展迅速，信息安全專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)目標不僅是讓學(xué)生掌握現有的理論、技術(shù)和方法，更重要的是培養學(xué)生綜合運用知識以發(fā)現問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，以及對未來(lái)知識技術(shù)的學(xué)習能力。為此，我們圍繞以“學(xué)生為中心”，以培養學(xué)生的學(xué)習能力、思維能力和實(shí)踐能力為目標，綜合運用傳統課堂和翻轉課堂等教學(xué)形式，針對不同課堂、教學(xué)內容和教學(xué)對象特點(diǎn)，運用建構主義教學(xué)方法，進(jìn)行信息安全專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)設計。

　　2.1基于講授、實(shí)踐和討論的三段式課堂

　　綜合翻轉課堂和對分課堂以及結合信息安全專(zhuān)業(yè)課程實(shí)踐性強的特點(diǎn)，我們提出三段式課堂。三段式課堂包括講授、實(shí)踐和討論3個(gè)順序環(huán)節，老師講授在前，學(xué)生實(shí)踐在中，師生討論在后。課程內容按照專(zhuān)題劃分，每個(gè)專(zhuān)題所需時(shí)間由教學(xué)內容確定，具體包括講授時(shí)間、實(shí)踐時(shí)間和討論時(shí)間3個(gè)部分，講授和討論環(huán)節占用課堂時(shí)間，具體時(shí)長(cháng)由教學(xué)內容和目標決定，實(shí)踐環(huán)節根據具體課時(shí)量的多少進(jìn)行分配，既可以是課堂時(shí)間，也可以是課下時(shí)間。三段式課堂的核心在于教學(xué)中學(xué)生的主體地位，無(wú)論在講授、實(shí)踐還是討論環(huán)節，學(xué)生都是主體：講授環(huán)節是知識獲取的過(guò)程，老師的任務(wù)是激發(fā)興趣，搭建知識“支架”，幫助學(xué)生形成對知識的系統性認識；實(shí)踐環(huán)節是知識內化的過(guò)程，老師的任務(wù)是及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習情況，幫助學(xué)生解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題；討論環(huán)節是知識再獲取和進(jìn)一步內化的過(guò)程，老師的作用是促進(jìn)交流分享，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)性，引導學(xué)生深入思考，從而構建正確的認識。相比翻轉式課堂，三段式課堂增加了講授和實(shí)踐兩個(gè)環(huán)節，學(xué)生在老師協(xié)助下完成框架知識的構建，減少了學(xué)生課下學(xué)習的時(shí)間，降低了自主學(xué)習的難度，增加了對學(xué)生學(xué)習過(guò)程的監控，并為討論環(huán)節奠定了扎實(shí)的基礎。與對分課堂相比，三段式課堂的最大不同在于實(shí)踐環(huán)節的引入，盡管對分課堂在講授和討論之間有學(xué)生自主安排學(xué)習的環(huán)節，但是并未強調實(shí)踐，而實(shí)踐是檢驗真理的唯一標準，是知識內化的必要條件，是工科專(zhuān)業(yè)課程不可或缺的部分。

　　2.2基于建構主義的教學(xué)方法綜合運用

　　在建構主義學(xué)習理論下，學(xué)生是學(xué)習的主體，老師主要承擔學(xué)習的組織、指導、幫助等職能。為確保學(xué)生的主體地位，針對三段式課堂的各環(huán)節特點(diǎn)，我們分別運用建構主義學(xué)習理論進(jìn)行教學(xué)方法設計。

　　2.2.1講授環(huán)節：支架式教學(xué)法和情景式教學(xué)法相融合

　　講授是三段式課堂的第一個(gè)環(huán)節，雖然采用傳統的講授形式，但是講授的內容和方法迥然不同。在講授內容上，講授課堂并不包含全部的知識要點(diǎn)，而是由必不可少的基本概念、理論和技術(shù)框架構成，傳統講授內容如果是一個(gè)有血有肉的人，那么三段式課堂的講授內容則是這個(gè)人的骨骼。在該環(huán)節，重點(diǎn)要激發(fā)學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習主動(dòng)性，協(xié)助學(xué)生建構知識“骨骼”。為此，針對信息安全專(zhuān)業(yè)課程特點(diǎn)，可進(jìn)行如下設計：（1）設置“每課一技”。在每次課堂的前5分鐘，由一名學(xué)生分享課程相關(guān)技術(shù)。信息安全專(zhuān)業(yè)課程抽象度較高，與日常生活聯(lián)系不夠緊密，“每課一技”環(huán)節的引入可以激發(fā)學(xué)生的興趣，擴展知識面，了解所學(xué)用在何處，而參與分享的學(xué)生在內容組織、語(yǔ)言表達和臨場(chǎng)表現等方面也得到了鍛煉。為了確�！懊空n一技”的質(zhì)量，學(xué)生按照自己的興趣選擇分享的技術(shù)專(zhuān)題，在分享前兩周向老師提交多媒體課件，由老師對多媒體課件進(jìn)行審核，審核不通過(guò)，學(xué)生根據老師意見(jiàn)進(jìn)行修改，審核通過(guò)后方可進(jìn)行。（2）支架式教學(xué)法和情境式教學(xué)法相融合。在課堂教學(xué)之前，針對每一教學(xué)專(zhuān)題的教學(xué)內容進(jìn)行梳理，剖析出“骨骼”，提取基本概念、理論、技術(shù)或方法框架作為支架，進(jìn)一步針對技術(shù)要解決的問(wèn)題，盡可能創(chuàng )設與學(xué)生日常生活相關(guān)的情境。在課堂教學(xué)時(shí)，可包括情境設立、支架搭建、問(wèn)題分析、評價(jià)反思等步驟，其中支架搭建可以在問(wèn)題分析、評價(jià)反思過(guò)程中。問(wèn)題分析既可以是學(xué)生獨立探索，也可以是小組協(xié)作分析[7]。評價(jià)反思是老師對學(xué)生提出的解決方案進(jìn)行評價(jià)，指出不足，以幫助學(xué)生修正認識，進(jìn)一步提高[8]。

　　2.2.2實(shí)踐和討論環(huán)節：情境式教學(xué)法

　　實(shí)踐和討論環(huán)節的教學(xué)內容是在講授所構建“骨骼”的基礎上，由學(xué)生來(lái)完成“血肉”的豐滿(mǎn)。雖然實(shí)踐和討論環(huán)節在時(shí)間上分離，但是在內容上具有延續性。實(shí)踐環(huán)節包括情境式教學(xué)法中的情境設立、獨立探索和評價(jià)等步驟。由教師根據教學(xué)內容設定具體的實(shí)踐情境，學(xué)生在課堂或課下獨立完成。教師在實(shí)踐過(guò)程中提供簡(jiǎn)單的幫助，了解學(xué)生的實(shí)踐情況和實(shí)踐結果，歸納實(shí)踐中的共性問(wèn)題和難點(diǎn)問(wèn)題。討論環(huán)節包括情境式教學(xué)法中的成果展示、協(xié)作分析、總結等步驟。教師根據實(shí)踐情況，指定具有代表性的實(shí)踐結果進(jìn)行課堂展示，并將實(shí)踐中的共性問(wèn)題、難點(diǎn)問(wèn)題、延伸性問(wèn)題拋出，學(xué)生按小組進(jìn)行協(xié)作討論，匯報討論結果，接受老師和全班同學(xué)質(zhì)疑。最后，教師總結評價(jià)。在討論過(guò)程中，可以一事一議，也可以多事一議。

　　3三段式課堂教學(xué)實(shí)踐

　　自2013年，我們對解放軍信息工程大學(xué)信息安全專(zhuān)業(yè)通信原理必修課程進(jìn)行教學(xué)內容改革和基于建構主義的教學(xué)方法探索，取得了較好的教學(xué)效果[9]。在此基礎上，2014年、2015年，我們對該課程進(jìn)行了三段式課堂探索。同時(shí)，2015年，我們對同專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)必修課程也進(jìn)行了三段式課堂的嘗試。

　　3.1通信原理課程三段式課堂教學(xué)實(shí)踐

　　2014年和2015年，信息安全專(zhuān)業(yè)通信原理課程學(xué)生分別為32和31人，每周2次課，一次2學(xué)時(shí)，共上課10周；講授和討論環(huán)節占用課堂時(shí)間，實(shí)踐環(huán)節占用課下時(shí)間。由于通信原理課程理論性強，抽象度高，知識具有較強的系統性，我們將課程內容分成了9個(gè)專(zhuān)題，討論環(huán)節所占課時(shí)比重較講授低，具體安排見(jiàn)表1。在具體教學(xué)實(shí)施時(shí)，每專(zhuān)題講授完畢后，進(jìn)行課下實(shí)踐，除專(zhuān)題1和9外，每?jì)蓪?zhuān)題的討論在一次課程內完成，共2學(xué)時(shí)。除第一堂課外，每堂課開(kāi)始時(shí)均有5分鐘的“每課一技”分享，每年參與學(xué)生數均為19名，涉及可見(jiàn)光通信、近場(chǎng)通信、mp3編碼和圖像編碼等不同領(lǐng)域通信技術(shù)。由于2015年審核環(huán)節更加嚴格，分享順序由審核通過(guò)的先后順序決定。學(xué)生對技術(shù)的分享不只是功能與應用，開(kāi)始嘗試運用課程所學(xué)知識進(jìn)行技術(shù)分析和思考。參與“每課一技”分享的學(xué)生，要求實(shí)踐作業(yè)8采用與分享相同的選題，對分享的技術(shù)作進(jìn)一步的技術(shù)分析。

　　3.2網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)課程三段式課堂教學(xué)實(shí)踐

　　2015年信息安全專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)課程學(xué)生為32人，每周一或兩次課，一次課為2學(xué)時(shí)，兩次課為一次2學(xué)時(shí)一次3學(xué)時(shí)，共上課10周，講授、討論和實(shí)踐環(huán)節均占用課堂時(shí)間，實(shí)踐環(huán)節每次3學(xué)時(shí)，共計50學(xué)時(shí)。網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)課程原本包含30學(xué)時(shí)講授和20學(xué)時(shí)實(shí)驗，因此，在進(jìn)行三段式教學(xué)實(shí)踐時(shí)，重點(diǎn)是講授內容的梳理和基于建構主義的教學(xué)方法運用。與通信原理課程相同，我們將課程內容劃分為9個(gè)專(zhuān)題，針對專(zhuān)題中的重點(diǎn)技術(shù)方法綜合運用支架式教學(xué)法和情景式教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)，圖1以假消息攻擊專(zhuān)題中的ARP欺騙為例，給出了講授部分的教學(xué)設計。實(shí)踐和討論環(huán)節的內容與評價(jià)反思密切相關(guān)，如ARP欺騙對應的實(shí)踐內容為局域網(wǎng)環(huán)境下ARP欺騙實(shí)施，討論內容包括ARP欺騙實(shí)施的前提條件、ARP欺騙可否在廣域網(wǎng)下實(shí)施和如何防范ARP欺騙。

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