基于建构主义和翻转课堂的信息安全课程教学论文
摘要：针对信息安全专业课程教学需求，探讨建构主义学习理论、翻转课堂和对分课堂等以学生为主体的教学理论和模式，提出“讲授—实践—讨论”三段式课堂教学设计。
关键词：三段式课堂；建构主义；翻转课堂；对分课堂；信息安全专业
0引言
大学教育的目标不只在于知识的传授，更在于能力和素质的培养[1]。信息安全专业相关课程，如通信原理、网络安全技术等课，具有技术发展迅速、实践性强等特点，其教学目标也着重于学生的学习能力、思维能力和实践能力的培养。传统的以讲授为主的教学模式难以满足信息安全专业相关课程的教学需求。
1“以学生为主体”的教学方法和模式研究
现代高等教育以培养学生的自主研究、实践意识为重点，倡导“以学生为中心”的教学思想。基于认知学理论的建构主义学习理论，改变了“以教师为主体”的教学模式，以培养能力和提高素养为目标的大学教育受到广泛关注并逐渐流行[2]。建构主义学习理论强调学生对知识的主动探索，对新信息进行自我编码，从而建构出新的知识体系。根据建构主义学习理论，“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素，由此所开发出的教学方法，比较成熟的有支架式教学法和情境式教学法（亦称为“抛锚式教学法”）[3]。支架式教学法主要是指从学生的当前发展水平开始，通过老师设计的概念框架不断创造新的“最新发展区”，从而使学生不断建构对自己有意义的知识技能，并达到更高的发展水平；情景式教学法主要是指通过设定有感染力的真实事件或问题，让学生自己去感受、体验，从而使学生有效实现对知识的建构。随着信息技术的迅速发展，翻转课堂改变了师生角色，革新了传统的“以教师为主体”的教学模式，在本科教学探索中取得了较好的教学效果[4]。这种新型教学模式是以教学视频、教学网站等教育资源和技术为支撑，课下进行知识获取，课上进行知识应用，知识内化贯穿教学始终。翻转课堂基于人本主义、掌握学习以及建构主义学习等教育教学理论[5]，要达到好的教学效果，高质量的教学视频、高质量的课下自主学习、及时的学习情况反馈、高质量的课上讨论缺一不可。然而，在当前我国大学教育的背景下，翻转课堂在具体教学实施时，往往存在着以下两个问题：一是课下自主学习质量难以保障；二是课上讨论质量难以保障。复旦大学张学新教授提出了对分课堂新型教学模式，其核心是将课堂时间一分为二，一半教师讲授，一半学生讨论，讲授与讨论之间的课下时间用于知识内化吸收[6]。目前，心理学研究方法与实验设计、公共英语口语等文科课程进行对分课堂的教学实践，取得良好的'效果。信息安全专业相关课程如通信原理、网络安全技术等，具有技术发展迅速、系统性强、抽象度高、实践性强等特点，简单地采用翻转课堂教学模式，学生课下自主学习难度大、效率低，课上讨论效果差。为此，我们采用对分课堂的讲授和讨论并存的形式，吸取建构主义和翻转课堂的精髓，针对信息安全专业课程和学生特点进行教学设计和实践，对大学工科课程的教学改革进行有益的探索。
2三段式课堂教学模式
由于技术发展迅速，信息安全专业课程的教学目标不仅是让学生掌握现有的理论、技术和方法，更重要的是培养学生综合运用知识以发现问题、解决问题的能力，以及对未来知识技术的学习能力。为此，我们围绕以“学生为中心”，以培养学生的学习能力、思维能力和实践能力为目标，综合运用传统课堂和翻转课堂等教学形式，针对不同课堂、教学内容和教学对象特点，运用建构主义教学方法，进行信息安全专业课程的教学设计。
2.1基于讲授、实践和讨论的三段式课堂
综合翻转课堂和对分课堂以及结合信息安全专业课程实践性强的特点，我们提出三段式课堂。三段式课堂包括讲授、实践和讨论3个顺序环节，老师讲授在前，学生实践在中，师生讨论在后。课程内容按照专题划分，每个专题所需时间由教学内容确定，具体包括讲授时间、实践时间和讨论时间3个部分，讲授和讨论环节占用课堂时间，具体时长由教学内容和目标决定，实践环节根据具体课时量的多少进行分配，既可以是课堂时间，也可以是课下时间。三段式课堂的核心在于教学中学生的主体地位，无论在讲授、实践还是讨论环节，学生都是主体：讲授环节是知识获取的过程，老师的任务是激发兴趣，搭建知识“支架”，帮助学生形成对知识的系统性认识；实践环节是知识内化的过程，老师的任务是及时了解学生的学习情况，帮助学生解决简单的问题；讨论环节是知识再获取和进一步内化的过程，老师的作用是促进交流分享，激发学生主动性，引导学生深入思考，从而构建正确的认识。相比翻转式课堂，三段式课堂增加了讲授和实践两个环节，学生在老师协助下完成框架知识的构建，减少了学生课下学习的时间，降低了自主学习的难度，增加了对学生学习过程的监控，并为讨论环节奠定了扎实的基础。与对分课堂相比，三段式课堂的最大不同在于实践环节的引入，尽管对分课堂在讲授和讨论之间有学生自主安排学习的环节，但是并未强调实践，而实践是检验真理的唯一标准，是知识内化的必要条件，是工科专业课程不可或缺的部分。
2.2基于建构主义的教学方法综合运用
在建构主义学习理论下，学生是学习的主体，老师主要承担学习的组织、指导、帮助等职能。为确保学生的主体地位，针对三段式课堂的各环节特点，我们分别运用建构主义学习理论进行教学方法设计。
2.2.1讲授环节：支架式教学法和情景式教学法相融合
讲授是三段式课堂的第一个环节，虽然采用传统的讲授形式，但是讲授的内容和方法迥然不同。在讲授内容上，讲授课堂并不包含全部的知识要点，而是由必不可少的基本概念、理论和技术框架构成，传统讲授内容如果是一个有血有肉的人，那么三段式课堂的讲授内容则是这个人的骨骼。在该环节，重点要激发学生兴趣，激发学生的学习主动性，协助学生建构知识“骨骼”。为此，针对信息安全专业课程特点，可进行如下设计：（1）设置“每课一技”。在每次课堂的前5分钟，由一名学生分享课程相关技术。信息安全专业课程抽象度较高，与日常生活联系不够紧密，“每课一技”环节的引入可以激发学生的兴趣，扩展知识面，了解所学用在何处，而参与分享的学生在内容组织、语言表达和临场表现等方面也得到了锻炼。为了确保“每课一技”的质量，学生按照自己的兴趣选择分享的技术专题，在分享前两周向老师提交多媒体课件，由老师对多媒体课件进行审核，审核不通过，学生根据老师意见进行修改，审核通过后方可进行。（2）支架式教学法和情境式教学法相融合。在课堂教学之前，针对每一教学专题的教学内容进行梳理，剖析出“骨骼”，提取基本概念、理论、技术或方法框架作为支架，进一步针对技术要解决的问题，尽可能创设与学生日常生活相关的情境。在课堂教学时，可包括情境设立、支架搭建、问题分析、评价反思等步骤，其中支架搭建可以在问题分析、评价反思过程中。问题分析既可以是学生独立探索，也可以是小组协作分析[7]。评价反思是老师对学生提出的解决方案进行评价，指出不足，以帮助学生修正认识，进一步提高[8]。
2.2.2实践和讨论环节：情境式教学法
实践和讨论环节的教学内容是在讲授所构建“骨骼”的基础上，由学生来完成“血肉”的丰满。虽然实践和讨论环节在时间上分离，但是在内容上具有延续性。实践环节包括情境式教学法中的情境设立、独立探索和评价等步骤。由教师根据教学内容设定具体的实践情境，学生在课堂或课下独立完成。教师在实践过程中提供简单的帮助，了解学生的实践情况和实践结果，归纳实践中的共性问题和难点问题。讨论环节包括情境式教学法中的成果展示、协作分析、总结等步骤。教师根据实践情况，指定具有代表性的实践结果进行课堂展示，并将实践中的共性问题、难点问题、延伸性问题抛出，学生按小组进行协作讨论，汇报讨论结果，接受老师和全班同学质疑。最后，教师总结评价。在讨论过程中，可以一事一议，也可以多事一议。
3三段式课堂教学实践
自2013年，我们对解放军信息工程大学信息安全专业通信原理必修课程进行教学内容改革和基于建构主义的教学方法探索，取得了较好的教学效果[9]。在此基础上，2014年、2015年，我们对该课程进行了三段式课堂探索。同时，2015年，我们对同专业网络安全技术必修课程也进行了三段式课堂的尝试。
3.1通信原理课程三段式课堂教学实践
2014年和2015年，信息安全专业通信原理课程学生分别为32和31人，每周2次课，一次2学时，共上课10周；讲授和讨论环节占用课堂时间，实践环节占用课下时间。由于通信原理课程理论性强，抽象度高，知识具有较强的系统性，我们将课程内容分成了9个专题，讨论环节所占课时比重较讲授低，具体安排见表1。在具体教学实施时，每专题讲授完毕后，进行课下实践，除专题1和9外，每两专题的讨论在一次课程内完成，共2学时。除第一堂课外，每堂课开始时均有5分钟的“每课一技”分享，每年参与学生数均为19名，涉及可见光通信、近场通信、mp3编码和图像编码等不同领域通信技术。由于2015年审核环节更加严格，分享顺序由审核通过的先后顺序决定。学生对技术的分享不只是功能与应用，开始尝试运用课程所学知识进行技术分析和思考。参与“每课一技”分享的学生，要求实践作业8采用与分享相同的选题，对分享的技术作进一步的技术分析。
3.2网络安全技术课程三段式课堂教学实践
2015年信息安全专业网络安全技术课程学生为32人，每周一或两次课，一次课为2学时，两次课为一次2学时一次3学时，共上课10周，讲授、讨论和实践环节均占用课堂时间，实践环节每次3学时，共计50学时。网络安全技术课程原本包含30学时讲授和20学时实验，因此，在进行三段式教学实践时，重点是讲授内容的梳理和基于建构主义的教学方法运用。与通信原理课程相同，我们将课程内容划分为9个专题，针对专题中的重点技术方法综合运用支架式教学法和情景式教学法进行教学，图1以假消息攻击专题中的ARP欺骗为例，给出了讲授部分的教学设计。实践和讨论环节的内容与评价反思密切相关，如ARP欺骗对应的实践内容为局域网环境下ARP欺骗实施，讨论内容包括ARP欺骗实施的前提条件、ARP欺骗可否在广域网下实施和如何防范ARP欺骗。
参考文献：
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