基于建構(gòu)主義和翻轉(zhuǎn)課堂的信息安全課程教學(xué)論文
摘要：針對信息安全專業(yè)課程教學(xué)需求，探討建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、翻轉(zhuǎn)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—實踐—討論”三段式課堂教學(xué)設(shè)計。
關(guān)鍵詞：三段式課堂；建構(gòu)主義；翻轉(zhuǎn)課堂；對分課堂；信息安全專業(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(yǎng)[1]。信息安全專業(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、實踐性強等特點，其教學(xué)目標也著重于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力和實踐能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的以講授為主的教學(xué)模式難以滿足信息安全專業(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(xiàn)代高等教育以培養(yǎng)學(xué)生的自主研究、實踐意識為重點，倡導(dǎo)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)思想。基于認知學(xué)理論的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，改變了“以教師為主體”的教學(xué)模式，以培養(yǎng)能力和提高素養(yǎng)為目標的大學(xué)教育受到廣泛關(guān)注并逐漸流行[2]。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強調(diào)學(xué)生對知識的主動探索，對新信息進行自我編碼，從而建構(gòu)出新的知識體系。根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，“情境”“協(xié)作”“會話”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素，由此所開發(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(dāng)前發(fā)展水平開始，通過老師設(shè)計的概念框架不斷創(chuàng)造新的“最新發(fā)展區(qū)”，從而使學(xué)生不斷建構(gòu)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)法主要是指通過設(shè)定有感染力的真實事件或問題，讓學(xué)生自己去感受、體驗，從而使學(xué)生有效實現(xiàn)對知識的建構(gòu)。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，翻轉(zhuǎn)課堂改變了師生角色，革新了傳統(tǒng)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，課下進行知識獲取，課上進行知識應(yīng)用，知識內(nèi)化貫穿教學(xué)始終。翻轉(zhuǎn)課堂基于人本主義、掌握學(xué)習(xí)以及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)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(xí)、及時的學(xué)習(xí)情況反饋、高質(zhì)量的課上討論缺一不可。然而，在當(dāng)前我國大學(xué)教育的背景下，翻轉(zhuǎn)課堂在具體教學(xué)實施時，往往存在著以下兩個問題：一是課下自主學(xué)習(xí)質(zhì)量難以保障；二是課上討論質(zhì)量難以保障。復(fù)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間用于知識內(nèi)化吸收[6]。目前，心理學(xué)研究方法與實驗設(shè)計、公共英語口語等文科課程進行對分課堂的教學(xué)實踐，取得良好的'效果。信息安全專業(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(tǒng)性強、抽象度高、實踐性強等特點，簡單地采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)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(gòu)主義和翻轉(zhuǎn)課堂的精髓，針對信息安全專業(yè)課程和學(xué)生特點進行教學(xué)設(shè)計和實踐，對大學(xué)工科課程的教學(xué)改革進行有益的探索。
2三段式課堂教學(xué)模式
由于技術(shù)發(fā)展迅速，信息安全專業(yè)課程的教學(xué)目標不僅是讓學(xué)生掌握現(xiàn)有的理論、技術(shù)和方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識以發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，以及對未來知識技術(shù)的學(xué)習(xí)能力。為此，我們圍繞以“學(xué)生為中心”，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力和實踐能力為目標，綜合運用傳統(tǒng)課堂和翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)形式，針對不同課堂、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象特點，運用建構(gòu)主義教學(xué)方法，進行信息安全專業(yè)課程的教學(xué)設(shè)計。
2.1基于講授、實踐和討論的三段式課堂
綜合翻轉(zhuǎn)課堂和對分課堂以及結(jié)合信息安全專業(yè)課程實踐性強的特點，我們提出三段式課堂。三段式課堂包括講授、實踐和討論3個順序環(huán)節(jié)，老師講授在前，學(xué)生實踐在中，師生討論在后。課程內(nèi)容按照專題劃分，每個專題所需時間由教學(xué)內(nèi)容確定，具體包括講授時間、實踐時間和討論時間3個部分，講授和討論環(huán)節(jié)占用課堂時間，具體時長由教學(xué)內(nèi)容和目標決定，實踐環(huán)節(jié)根據(jù)具體課時量的多少進行分配，既可以是課堂時間，也可以是課下時間。三段式課堂的核心在于教學(xué)中學(xué)生的主體地位，無論在講授、實踐還是討論環(huán)節(jié)，學(xué)生都是主體：講授環(huán)節(jié)是知識獲取的過程，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(tǒng)性認識；實踐環(huán)節(jié)是知識內(nèi)化的過程，老師的任務(wù)是及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助學(xué)生解決簡單的問題；討論環(huán)節(jié)是知識再獲取和進一步內(nèi)化的過程，老師的作用是促進交流分享，激發(fā)學(xué)生主動性，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，從而構(gòu)建正確的認識。相比翻轉(zhuǎn)式課堂，三段式課堂增加了講授和實踐兩個環(huán)節(jié)，學(xué)生在老師協(xié)助下完成框架知識的構(gòu)建，減少了學(xué)生課下學(xué)習(xí)的時間，降低了自主學(xué)習(xí)的難度，增加了對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控，并為討論環(huán)節(jié)奠定了扎實的基礎(chǔ)。與對分課堂相比，三段式課堂的最大不同在于實踐環(huán)節(jié)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(xí)的環(huán)節(jié)，但是并未強調(diào)實踐，而實踐是檢驗真理的唯一標準，是知識內(nèi)化的必要條件，是工科專業(yè)課程不可或缺的部分。
2.2基于建構(gòu)主義的教學(xué)方法綜合運用
在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論下，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，老師主要承擔(dān)學(xué)習(xí)的組織、指導(dǎo)、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(jié)特點，我們分別運用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論進行教學(xué)方法設(shè)計。
2.2.1講授環(huán)節(jié)：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環(huán)節(jié)，雖然采用傳統(tǒng)的講授形式，但是講授的內(nèi)容和方法迥然不同。在講授內(nèi)容上，講授課堂并不包含全部的知識要點，而是由必不可少的基本概念、理論和技術(shù)框架構(gòu)成，傳統(tǒng)講授內(nèi)容如果是一個有血有肉的人，那么三段式課堂的講授內(nèi)容則是這個人的骨骼。在該環(huán)節(jié)，重點要激發(fā)學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，協(xié)助學(xué)生建構(gòu)知識“骨骼”。為此，針對信息安全專業(yè)課程特點，可進行如下設(shè)計：（1）設(shè)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(jié)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(nèi)容組織、語言表達和臨場表現(xiàn)等方面也得到了鍛煉。為了確保“每課一技”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行審核，審核不通過，學(xué)生根據(jù)老師意見進行修改，審核通過后方可進行。（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)專題的教學(xué)內(nèi)容進行梳理，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，進一步針對技術(shù)要解決的問題，盡可能創(chuàng)設(shè)與學(xué)生日常生活相關(guān)的情境。在課堂教學(xué)時，可包括情境設(shè)立、支架搭建、問題分析、評價反思等步驟，其中支架搭建可以在問題分析、評價反思過程中。問題分析既可以是學(xué)生獨立探索，也可以是小組協(xié)作分析[7]。評價反思是老師對學(xué)生提出的解決方案進行評價，指出不足，以幫助學(xué)生修正認識，進一步提高[8]。
2.2.2實踐和討論環(huán)節(jié)：情境式教學(xué)法
實踐和討論環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容是在講授所構(gòu)建“骨骼”的基礎(chǔ)上，由學(xué)生來完成“血肉”的豐滿。雖然實踐和討論環(huán)節(jié)在時間上分離，但是在內(nèi)容上具有延續(xù)性。實踐環(huán)節(jié)包括情境式教學(xué)法中的情境設(shè)立、獨立探索和評價等步驟。由教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)定具體的實踐情境，學(xué)生在課堂或課下獨立完成。教師在實踐過程中提供簡單的幫助，了解學(xué)生的實踐情況和實踐結(jié)果，歸納實踐中的共性問題和難點問題。討論環(huán)節(jié)包括情境式教學(xué)法中的成果展示、協(xié)作分析、總結(jié)等步驟。教師根據(jù)實踐情況，指定具有代表性的實踐結(jié)果進行課堂展示，并將實踐中的共性問題、難點問題、延伸性問題拋出，學(xué)生按小組進行協(xié)作討論，匯報討論結(jié)果，接受老師和全班同學(xué)質(zhì)疑。最后，教師總結(jié)評價。在討論過程中，可以一事一議，也可以多事一議。
3三段式課堂教學(xué)實踐
自2013年，我們對解放軍信息工程大學(xué)信息安全專業(yè)通信原理必修課程進行教學(xué)內(nèi)容改革和基于建構(gòu)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(chǔ)上，2014年、2015年，我們對該課程進行了三段式課堂探索。同時，2015年，我們對同專業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)必修課程也進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)實踐
2014年和2015年，信息安全專業(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，共上課10周；講授和討論環(huán)節(jié)占用課堂時間，實踐環(huán)節(jié)占用課下時間。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(tǒng)性，我們將課程內(nèi)容分成了9個專題，討論環(huán)節(jié)所占課時比重較講授低，具體安排見表1。在具體教學(xué)實施時，每專題講授完畢后，進行課下實踐，除專題1和9外，每兩專題的討論在一次課程內(nèi)完成，共2學(xué)時。除第一堂課外，每堂課開始時均有5分鐘的“每課一技”分享，每年參與學(xué)生數(shù)均為19名，涉及可見光通信、近場通信、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(jié)更加嚴格，分享順序由審核通過的先后順序決定。學(xué)生對技術(shù)的分享不只是功能與應(yīng)用，開始嘗試運用課程所學(xué)知識進行技術(shù)分析和思考。參與“每課一技”分享的學(xué)生，要求實踐作業(yè)8采用與分享相同的選題，對分享的技術(shù)作進一步的技術(shù)分析。
3.2網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)課程三段式課堂教學(xué)實踐
2015年信息安全專業(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，兩次課為一次2學(xué)時一次3學(xué)時，共上課10周，講授、討論和實踐環(huán)節(jié)均占用課堂時間，實踐環(huán)節(jié)每次3學(xué)時，共計50學(xué)時。網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)課程原本包含30學(xué)時講授和20學(xué)時實驗，因此，在進行三段式教學(xué)實踐時，重點是講授內(nèi)容的梳理和基于建構(gòu)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(nèi)容劃分為9個專題，針對專題中的重點技術(shù)方法綜合運用支架式教學(xué)法和情景式教學(xué)法進行教學(xué)，圖1以假消息攻擊專題中的ARP欺騙為例，給出了講授部分的教學(xué)設(shè)計。實踐和討論環(huán)節(jié)的內(nèi)容與評價反思密切相關(guān)，如ARP欺騙對應(yīng)的實踐內(nèi)容為局域網(wǎng)環(huán)境下ARP欺騙實施，討論內(nèi)容包括ARP欺騙實施的前提條件、ARP欺騙可否在廣域網(wǎng)下實施和如何防范ARP欺騙。
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