基于建構主義和翻轉課堂的信息安全課程教學論文

時間：2024-08-10 11:31:52 信息安全畢業論文我要投稿

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　　摘要：針對信息安全專業課程教學需求，探討建構主義學習理論、翻轉課堂和對分課堂等以學生為主體的教學理論和模式，提出“講授—實踐—討論”三段式課堂教學設計。

基于建構主義和翻轉課堂的信息安全課程教學論文

　　關鍵詞：三段式課堂；建構主義；翻轉課堂；對分課堂；信息安全專業

　　0引言

　　大學教育的目標不只在于知識的傳授，更在于能力和素質的培養[1]。信息安全專業相關課程，如通信原理、網絡安全技術等課，具有技術發展迅速、實踐性強等特點，其教學目標也著重于學生的學習能力、思維能力和實踐能力的培養。傳統的以講授為主的教學模式難以滿足信息安全專業相關課程的教學需求。

　　1“以學生為主體”的教學方法和模式研究

　　現代高等教育以培養學生的自主研究、實踐意識為重點，倡導“以學生為中心”的教學思想。基于認知學理論的建構主義學習理論，改變了“以教師為主體”的教學模式，以培養能力和提高素養為目標的大學教育受到廣泛關注并逐漸流行[2]。建構主義學習理論強調學生對知識的主動探索，對新信息進行自我編碼，從而建構出新的知識體系。根據建構主義學習理論，“情境”“協作”“會話”和“意義建構”是學習環境中的四大要素，由此所開發出的教學方法，比較成熟的有支架式教學法和情境式教學法（亦稱為“拋錨式教學法”）[3]。支架式教學法主要是指從學生的當前發展水平開始，通過老師設計的概念框架不斷創造新的“最新發展區”，從而使學生不斷建構對自己有意義的知識技能，并達到更高的發展水平；情景式教學法主要是指通過設定有感染力的真實事件或問題，讓學生自己去感受、體驗，從而使學生有效實現對知識的建構。隨著信息技術的迅速發展，翻轉課堂改變了師生角色，革新了傳統的“以教師為主體”的教學模式，在本科教學探索中取得了較好的教學效果[4]。這種新型教學模式是以教學視頻、教學網站等教育資源和技術為支撐，課下進行知識獲取，課上進行知識應用，知識內化貫穿教學始終。翻轉課堂基于人本主義、掌握學習以及建構主義學習等教育教學理論[5]，要達到好的教學效果，高質量的教學視頻、高質量的課下自主學習、及時的學習情況反饋、高質量的課上討論缺一不可。然而，在當前我國大學教育的背景下，翻轉課堂在具體教學實施時，往往存在著以下兩個問題：一是課下自主學習質量難以保障；二是課上討論質量難以保障。復旦大學張學新教授提出了對分課堂新型教學模式，其核心是將課堂時間一分為二，一半教師講授，一半學生討論，講授與討論之間的課下時間用于知識內化吸收[6]。目前，心理學研究方法與實驗設計、公共英語口語等文科課程進行對分課堂的教學實踐，取得良好的效果。信息安全專業相關課程如通信原理、網絡安全技術等，具有技術發展迅速、系統性強、抽象度高、實踐性強等特點，簡單地采用翻轉課堂教學模式，學生課下自主學習難度大、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，針對信息安全專業課程和學生特點進行教學設計和實踐，對大學工科課程的教學改革進行有益的探索。

　　2三段式課堂教學模式

　　由于技術發展迅速，信息安全專業課程的教學目標不僅是讓學生掌握現有的理論、技術和方法，更重要的是培養學生綜合運用知識以發現問題、解決問題的能力，以及對未來知識技術的學習能力。為此，我們圍繞以“學生為中心”，以培養學生的學習能力、思維能力和實踐能力為目標，綜合運用傳統課堂和翻轉課堂等教學形式，針對不同課堂、教學內容和教學對象特點，運用建構主義教學方法，進行信息安全專業課程的教學設計。

　　2.1基于講授、實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業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個順序環節，老師講授在前，學生實踐在中，師生討論在后。課程內容按照專題劃分，每個專題所需時間由教學內容確定，具體包括講授時間、實踐時間和討論時間3個部分，講授和討論環節占用課堂時間，具體時長由教學內容和目標決定，實踐環節根據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中學生的主體地位，無論在講授、實踐還是討論環節，學生都是主體：講授環節是知識獲取的過程，老師的任務是激發興趣，搭建知識“支架”，幫助學生形成對知識的系統性認識；實踐環節是知識內化的過程，老師的任務是及時了解學生的學習情況，幫助學生解決簡單的問題；討論環節是知識再獲取和進一步內化的過程，老師的作用是促進交流分享，激發學生主動性，引導學生深入思考，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踐兩個環節，學生在老師協助下完成框架知識的構建，減少了學生課下學習的時間，降低了自主學習的難度，增加了對學生學習過程的監控，并為討論環節奠定了扎實的基礎。與對分課堂相比，三段式課堂的最大不同在于實踐環節的引入，盡管對分課堂在講授和討論之間有學生自主安排學習的環節，但是并未強調實踐，而實踐是檢驗真理的唯一標準，是知識內化的必要條件，是工科專業課程不可或缺的部分。

　　2.2基于建構主義的教學方法綜合運用

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

　　2.2.1講授環節：支架式教學法和情景式教學法相融合

　　講授是三段式課堂的第一個環節，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，而是由必不可少的基本概念、理論和技術框架構成，傳統講授內容如果是一個有血有肉的人，那么三段式課堂的講授內容則是這個人的骨骼。在該環節，重點要激發學生興趣，激發學生的學習主動性，協助學生建構知識“骨骼”。為此，針對信息安全專業課程特點，可進行如下設計：（1）設置“每課一技”。在每次課堂的前5分鐘，由一名學生分享課程相關技術。信息安全專業課程抽象度較高，與日常生活聯系不夠緊密，“每課一技”環節的引入可以激發學生的興趣，擴展知識面，了解所學用在何處，而參與分享的學生在內容組織、語言表達和臨場表現等方面也得到了鍛煉。為了確保“每課一技”的質量，學生按照自己的興趣選擇分享的技術專題，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，學生根據老師意見進行修改，審核通過后方可進行。（2）支架式教學法和情境式教學法相融合。在課堂教學之前，針對每一教學專題的教學內容進行梳理，剖析出“骨骼”，提取基本概念、理論、技術或方法框架作為支架，進一步針對技術要解決的問題，盡可能創設與學生日常生活相關的情境。在課堂教學時，可包括情境設立、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生獨立探索，也可以是小組協作分析[7]。評價反思是老師對學生提出的解決方案進行評價，指出不足，以幫助學生修正認識，進一步提高[8]。

　　2.2.2實踐和討論環節：情境式教學法

　　實踐和討論環節的教學內容是在講授所構建“骨骼”的基礎上，由學生來完成“血肉”的豐滿。雖然實踐和討論環節在時間上分離，但是在內容上具有延續性。實踐環節包括情境式教學法中的情境設立、獨立探索和評價等步驟。由教師根據教學內容設定具體的實踐情境，學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，了解學生的實踐情況和實踐結果，歸納實踐中的共性問題和難點問題。討論環節包括情境式教學法中的成果展示、協作分析、總結等步驟。教師根據實踐情況，指定具有代表性的實踐結果進行課堂展示，并將實踐中的共性問題、難點問題、延伸性問題拋出，學生按小組進行協作討論，匯報討論結果，接受老師和全班同學質疑。最后，教師總結評價。在討論過程中，可以一事一議，也可以多事一議。

　　3三段式課堂教學實踐

　　自2013年，我們對解放軍信息工程大學信息安全專業通信原理必修課程進行教學內容改革和基于建構主義的教學方法探索，取得了較好的教學效果[9]。在此基礎上，2014年、2015年，我們對該課程進行了三段式課堂探索。同時，2015年，我們對同專業網絡安全技術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實踐

　　2014年和2015年，信息安全專業通信原理課程學生分別為32和31人，每周2次課，一次2學時，共上課10周；講授和討論環節占用課堂時間，實踐環節占用課下時間。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性，我們將課程內容分成了9個專題，討論環節所占課時比重較講授低，具體安排見表1。在具體教學實施時，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完成，共2學時。除第一堂課外，每堂課開始時均有5分鐘的“每課一技”分享，每年參與學生數均為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域通信技術。由于2015年審核環節更加嚴格，分享順序由審核通過的先后順序決定。學生對技術的分享不只是功能與應用，開始嘗試運用課程所學知識進行技術分析和思考。參與“每課一技”分享的學生，要求實踐作業8采用與分享相同的選題，對分享的技術作進一步的技術分析。

　　3.2網絡安全技術課程三段式課堂教學實踐

　　2015年信息安全專業網絡安全技術課程學生為32人，每周一或兩次課，一次課為2學時，兩次課為一次2學時一次3學時，共上課10周，講授、討論和實踐環節均占用課堂時間，實踐環節每次3學時，共計50學時。網絡安全技術課程原本包含30學時講授和20學時實驗，因此，在進行三段式教學實踐時，重點是講授內容的梳理和基于建構主義的教學方法運用。與通信原理課程相同，我們將課程內容劃分為9個專題，針對專題中的重點技術方法綜合運用支架式教學法和情景式教學法進行教學，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設計。實踐和討論環節的內容與評價反思密切相關，如ARP欺騙對應的實踐內容為局域網環境下ARP欺騙實施，討論內容包括ARP欺騙實施的前提條件、ARP欺騙可否在廣域網下實施和如何防范ARP欺騙。

　　參考文獻：

　　[1]高玉蓉,李曉培.博克的大學教育目標及其對我國高等教育質量研究的啟示[J].東莞理工學院學報,2012,19(4):103-109.

　　[2]洪柳.建構主義理論下的課堂教學[J].綿陽師范學院學報,2012,31(12):147-150.

　　[3]李慶.建構主義教學模式下的教學方法的運用探索[J].教法研究,2011(30):83.

　　[4]朱琳.翻轉課堂在本科教學中的探索實踐[J].教育教學論壇,2014(53):164-165.

　　[5]蔡歡歡,段作章.翻轉課堂教學模式的理論探析[J].現代教育科學,2014(6):120-122.

　　[6]張學新.對分課堂:大學課堂教學改革的新探索[J].復旦教育論壇,2014,12(5):5-10.

　　[7]李春亮,王國艷.淺談“支架式”教學模式在任職教育教學中的應用[J].后勤學院學報,2013(5):109-111.

　　[8]劉宇.基于建構主義理論拋錨式教學模型的ESP教學設計:以“客艙乘務英語為例”[J].中國民航飛行學院學報,2012,23(3):72-74.

　　[9]邱菡,李玉峰,武東英,等.信息安全專業通信原理課程教學改革研究與實踐[J].計算機工程與科學,2014,36(A1):89-92.

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