网络安全理论与技术课程的对分课堂教学模式探索

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2020 年 1 月 10 日

计算机教育

Computer Education

中图分类号：G642

文章编号：1672-5913(2020)01-0168-05

网络安全理论与技术课程的对分课堂教学模式探索

张恒汝，徐媛媛，刘忠慧，龚 捷

（西南石油大学 计算机科学学院，四川 成都 610500）

摘 要：针对网络安全理论与技术课程传统课堂教学模式教师讲授过多而学生接受程度低、教师讲授过少而学生又无法构建完备知识体系等问题，提出将对分课堂的讲授式与讨论式方法有机结合到网络安全教学中，从理论教学、实践教学和考核方式3个方面介绍改革过程，最后通过满意度调查说明改革效果。关键词：网络安全教学；对分课堂；网络安全实践平台；主动学习；分组讨论

0󰀇引󰀇言

文献[1]中提出的对分课堂教学方式将课堂一分为二，教师讲授占用一半学时，学生讨论占用另一半学时。适当错开教师讲授和学生讨论的时间，利于学生在课后安排时间自主学习和个性化的内化吸收。合理地运用该教学模式，可以理顺教与学的关系，教师精准讲解核心内容和重难点，学生有充足时间消化、吸收和讨论。

网络安全理论与技术课程具有多学科交叉、知识面宽泛、知识更新快、应用场景复杂等特点[2]。课程的教学内容是网络安全理论、法律道德和攻击防御技术等，教学目的是培养学生的网络安全检测、评估和防御能力。传统课堂教学模式[3]以教师为中心、书本为中心和课堂为中心。由于网络安全理论与技术课程涉及密码学、安全协议、安全威胁、恶意代码、入侵检测和防火墙等诸多知识点，教师讲授过多而学生接受程度低，教师讲授过少而学生又无法构建完备知识体系[4]。

将对分课堂的讲授式与讨论式有机结合到网络安全教学中，课堂上教师围绕“系统缺陷、安全威胁、安全防御”这些核心内容进行讲授，可以引导学生解决“安全检测、安全评估、系统防御”问题，课后自主安排时间学习各种网络安全知识。

1󰀇网络安全理论与技术课程教学现状

网络安全理论与技术是网络空间安全、信息管理与信息系统、数据科学与大数据技术、网络工程、软件工程等专业的核心课程。它是一门涉及计算机科学、通信技术、网络技术、信息安全技术、信息论与编码、应用数学等多门学科的交叉学科。由于课程的自身特点，在教学中面临如下问题。

1）课程涉及知识面广，教学顾此失彼。由于该课程是一门交叉学科，知识面特别广。教师如果面面俱到，则受到课时数的制约；如果泛泛而讲，则无法深入，学生无法建立完备的知识体系。

2）知识更新快，教学和实践内容难以与时俱进。

当前各种软硬件及网络基础设施正在飞速发展，新技术、新设备层出不穷[5]。该课程由于受到实践设备陈旧、教材更新迟缓、师资力量等因素制约，学生从课堂上获取的知识跟不上技术的发展。

3）应用场景复杂，教学模式落后。

网络安全涉及操作系统、因特网、数据库、内存、硬盘、CPU等多种硬软件设备，应用场景

模式的网络空间安全专业建设与人才培养研究与实践（X2018JGZDI019）；新工科背景基金项目：基于“新工科”下《网络安全理论与技术》知识点关联挖掘及课程改革研究（X2018KZ077）；西南石油大学《网络安全理论与技术》精品示范课程建设培育项目；四川省大学生创新创业训练项目（S201910615090）；西南石油大学2019年度创新创业研究基金项目（校社专项（双创）030）。

第一作者简介：张恒汝，男，教授，研究方向为机器学习及隐私保护，zhanghrswpu@163.com。

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多变且复杂，传统的课堂教学模式很难适应。平台的软件和要求。这些教学资源通过超星平台发布给学生，设置提醒功能，督促学生按时完成布置的任务。课堂上教师只须讲解对称加密的核心内容和分组构建对称加密实践子平台的目标，基于学生提交的测试题答案和读书笔记提问，进行教学互动，并布置课后作业。课后对本次课进行总结，对实践平台完成情况进行验收，对下一次课的测试题和读书笔记进行评阅，并分发一些补充材料。

吸收也分为课前、课中、课后3个阶段，主要角色是学生。课前学生利用超星平台下载课件，查看任务，完成测试题，分组讨论实践平台下达的目标任务，并阅读下发的资料，撰写读书笔记，将做测试题和阅读过程中遇到的问题记录下来。上课的时候利用互动环节将问题提出来，或者解答教师和同学提出的问题。课后进行总结，根据设置的讨论题目查找对称密码的相关资料，和小组同学一起制作讨论的课件，并完成教师在课堂上布置的作业，在小组讨论的基础上开发对称加密实践子平台。

讨论主要在课堂上进行，主要角色包括教师和学生。学生每5~6人为一组，全班共分为8组，每个小组选择1名学生上台分享吸收阶段准备的

।ᩢ䭢⃡䄪ݹ喝႒⩋Чߍᴑⰷᩢ䯲স᪠⤲䉰᫅ࣽ⣜সᅉ䄁㼏۟䬚䷄䄪͙喝᪅ጴ䃔䃦䭢⃡2󰀇网络安全理论与技术课程的对分课堂模式改革

2.1 理论教学改革

该课程理论教学内容包含4个部分，第1部分为密码学基础，讨论对称密码、公钥密码及数据完整性算法；第2部分为网络安全，讨论如何应用密码算法和安全协议来保障网络安全；第3部分为系统安全，讨论各种安全威胁及保护计算机系统的技术；第4部分为法律与道德，讨论计算机和网络安全相关的法律与道德问题。

理论学时共为40学时，讲授32学时，讨论8学时，具体安排见表1。

表1 理论部分安排

授课内容

密码学基础网络安全系统安全法律与道德总学时

讲授学时

1686232

讨论学时

42118

总学时

20107340

䃞ᢴ䭢⃡䄪ݹ喝᪅ጴ䄪⼷ڱქ䃪䃍ݢ҈䄪Т䃪㒚≷䄁䷄ጯ㒚䄧Β぀䃜䉰᫅ܲࣽ根据对分课堂的3个阶段，我们设计理论教学的对分课堂模式，以对称密码学为例，对分课堂教学模式在安全理论教学讲授、吸收和讨论阶段的设计见图1。

讲授分为课前、课中、课后3个阶段，主要角色是教师。课前基于对称加密设计实践授课内容，确定对称加密的基本框架、基本原理为核心内容，再辅以DES加密算法为例进行剖析；基于以上内容制作课件，设置限时完成的测试题，布置读书笔记，发布构建对称加密实践子

᪅ጴᕧ㏿㼏۟䬚䷄䄪͙喝᪅ጴͧ㺭䃞㼏㑽㐈Ⴕڔ⮰ദ᱘ᵲ᳢ȟദ᱘Ắᔡࣶ䛹䯪◥䄪͙喝႒⩋⼛Ჭ᣼䬚সఊむ䬚䷄䄪ऺ喝᪅ጴ᱘⁍䄪⮰ᕧ㏿̷⁍䄪⮰≷䄁䷄স䄧Β぀䃜䃰䬱㶑ٱ䉰᫅ܲࣽ䄪ऺ喝႒⩋ᴑឪ䉰᫅۲ำ䃔䃦҈͆᣼ϐ䄪͙喝႒⩋ܲ㏰䃔䃦᜼᳈ᆁ⹦䬚䷄ξߔ󰀁图1 网络安全理论与技术的对分课堂理论教学模式

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素材，展示小组开发的实践子平台，并提出在学习过程中的疑问和困惑，其余小组的学生根据分享的内容和问题进行讨论，分享小组的其他成员负责回答问题。教师主要以主持人的身份介入，遇到一些较难的问题帮助解答，并对整个分享进行总结。采用投票的方式，由学生选出讨论阶段表现优异的成员。

题实践，分别为对称密码、公钥密码、文件安全传输、PGP应用、Web脚本攻击及防御、网络嗅探、Windows系统安全、Linux系统安全。学生每5~6人为一组，全班共分为8组，每个小组完成1个实践项目的平台建设，具体安排见表2。

根据对分课堂的3个阶段，我们设计实践教学的对分课堂模式，以对称密码专题实践为例，对分课堂教学模式在安全实践教学讲授、吸收和讨论阶段的设计见图2。

2.2 实践教学改革

实践学时共为24学时，上机20学时，讨论4学时。根据理论教学内容，整理出8个专

表2 实践部分安排

实践内容

密码学基础

专题实践

对称密码公钥密码文件安全传输PGP应用Web脚本攻击及防御

网络嗅探Windows系统安全Linux系统安全

上机学时

22223333

讨论学时

1

总学时

5

密码学应用15

网络安全17

系统安全17

䃞ᢴ䭢⃡䄪ݹ喝᪅ጴ䃪㒚Ⴕڔ჊䌡Ⱊᴳጯ㒚჊䌡㺭Ⅾ䉰ࣶ᫅䒛Тܲࣽ।ᩢ䭢⃡䄪ݹ喝႒⩋Чߍᴑⰷ᪠⤲䉰ࣶ᫅䒛Т჊䌡᫥ᵴ䃪䃍䃔䃦䭢⃡䄪͙喝᪅ጴ჊䌡Ⱊᴳ䓪᜼Ꮢᕧ㏿㼏۟䬚䷄䄪͙喝᪅ጴ䄪͙喝႒⩋ᵥᢚ䉰᫅স䒛ТᲰᐦ჊䌡᎟ज喏Ⴘ᜼჊䌡䶥Ⱊ䃞㼏჊䌡⮰Ⱊᴳࣶ䛹䯪◥䄪ऺ喝᪅ጴ᱘⁍჊䌡䄪⮰ᕧ㏿㶑ٱ䉰ࣶ᫅䒛Тܲࣽ䄪ऺ喝႒⩋ᴑឪ䉰᫅۲ำ䃔䃦჊䌡៑ॶ᣼ϐ䄪͙喝႒⩋ܲ㏰䃔䃦჊䌡᜼᳈ᆁ⹦䬚䷄ξߔ󰀁图2 网络安全理论与技术的对分课堂实践教学模式

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讲授分为课前、课中、课后3个阶段，主要角色是教师。课前基于对称加密专题实践设置目标，布置实践要求，分发资料，组织学生搭建已有的和学生小组开发的对称加密实践子平台。这些实践资源通过超星课程平台发布给学生，设置提醒功能，督促学生按时完成实践方案设计。课堂上教师讲解对称加密实践的目标及重难点，并分析学生提交的方案，将已有的和学生开发的实践子平台进行对比。课后对本次实践课进行总结，对下一次课的实践课进行分析，并分发一些补充材料及软件。

吸收也分为课前、课中、课后3个阶段，主要角色是学生。课前学生利用超星平台下载实践目标及要求，查看任务，根据分发的软件构建对称加密实践子平台，完成实践方案设计，并整理下发的资料及软件，将方案设计中遇到的问题记录下来。上实践课的时候利用互动环节学生将问题提出来，或者解答教师和同学提出的问题，根据目标及要求完成实践项目。课后进行总结，根据布置的实践平台建设任务查找对称密码的相关资料，和小组同学一起制作实践项目的讨论课件，并提交实践报告。

讨论主要在课堂上进行，主要角色包括教师和学生。每个小组选择1名学生上台分享和展示完成的对称加密实践子平台建设项目，并提出在平台建设过程中的疑问和困惑，其余小组的学生根据分享的内容和问题进行讨论，分享小组的其他成员负责回答问题。教师对学生完成项目的达成度进行评阅，并解答一些较难的问题。由其他小组采用投票的方式选出在平台建设阶段表现优异的成员。

2.3 考核方式改革

与传统的课堂教学模式相比，对分课堂教学模式更注重过程化学习，因此考核方式也要适应这一变化。根据网络安全理论与技术课程特点，特制订体现过程化评价的考核方式：①学生的总成绩由平时成绩、期末成绩及实践成绩3部分构成；②平时成绩由作业、考勤、在线测试、学习笔记、讨论课程参与度构成，占总成绩的50%，教师必须详细记录每个学生平时的作业完成情况、考勤、在线测试成绩、学习笔记的新颖度及讨论课程参与程度，这样保证了学习过程评价的

多维度；③期末成绩为学生参加期末考试所得的卷面成绩，占总成绩的30%，如此设置可以避免学生到期末采用“临时抱佛脚”方式通过考试；④实践成绩由考勤、实践报告、实践平台构建完成度构成，占总成绩的20%。

通过平时成绩比例的加大、实践成绩的增加和多维度评价体系的建立，能极大提高学生过程化学习的积极性，提升学习网络安全课程的效果。

3󰀇效果评价

对分课堂教学模式既通过课堂讲授环节保证了核心知识体系的构建，又通过吸收和讨论环节扩展了学生知识面，培养了学生自主学习的能力。由于网络安全理论与技术课程具有多学科交叉、知识面宽泛、知识更新快、应用场景复杂等特点，因此特别适合对分课堂教学模式。在实施了对分课堂教学模式后，极大地提高了网络安全理论与技术课程的教学效果，主要体现在以下几个方面：①课堂教学更有针对性，教师在课堂上讲解网络安全的核心内容，学生有利于构建知识框架，在此框架下补充相关知识，这种全新的课堂教学使教师更有专注度，学生学习的主动性和积极性更高；②吸收阶段采用任务驱动式，在学习过程中教师可以考核准备讨论材料的参与度、完成课后作业的质量和读书笔记的新颖度等，学生可以根据自己的学习情况自主安排学习时间，根据上述指标衡量自己的完成情况，对分课堂强调过程化学习，增加了学生平时学习的紧迫性，改善了学生考试之前“临时抱佛脚”现象；③讨论阶段师生互相交流、互相启发，在头脑风暴下可以创新知识，这种方式改善了传统课堂满堂灌、师生缺乏交流的现象，师生换位思考也使师生关系更为融洽。

课程改革结束后，对45名学生进行了问卷调查。问卷采用李克特五级量表[4]，从8个方面调查学生关于对分课堂教学模式的满意度，见表3。结果表明，大多数学生表示非常喜欢、喜欢对分课堂的讲授和讨论环节（平均91.11%），有少数学生持一般态度（平均8.89%），没有不喜欢或者非常不喜欢的学生。学生的总体满意度均值为4.82，接近五级量表最高等级即非常满意，说明

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表3 网络安全理论与技术对分课堂满意度调查

调查项

课程布置的任务具有挑战性

课堂讲授环节有助于构建网络安全知识体系课堂讨论环节会促使我主动思考并提出问题，有助于培养研究型思维

构建安全实践平台有助于提高动手能力我愿意主动完成课后的任务

我会反思并对自己的学习过程进行评价上课前能完成规定的任务能适应课程节奏，上课压力不大

2020

A非常同意

4335303239302830

B同意

0710939811

C不确定

23543600

D不同意

00000094

E非常不同意

00000000

对分课堂教学模式在网络安全理论与技术的应用满意度较高。

安全的核心理论与技术，引导学生自主学习网络安全知识，实践环节通过构建安全平台提高学生动手能力。问卷调查结果表明对分课堂能极大提高学生学习网络安全知识的兴趣，增强学生主动学习能力，互动教学方式增进了师生感情，分组讨论提升了学生团队合作和人际交往能力，优化了教师与学生的角色，提升了教学效果。

4󰀇结󰀇语

网络安全理论与技术课程知识点繁多，传统的课堂教学模式无法应对。对分课堂教学将讲授和讨论有机结合，教师在课堂上只讲授网络

参考文献：

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刘莞玲, 谢伙生, 叶福玲. 网络安全与计算机技术虚拟仿真实验教学平台建设与探索[J]. 计算机教育, 2019(6): 62-66.徐颖, 刘晓燕, 马川. 整合幕课与传统课堂的高校创新教学模式[J]. 课程教育研究, 2018(47): 250.

赵莹,刘佰龙, 王志晓. 基于网络学习空间的对分课堂教学模式应用分析: 以Web应用开发技术课为例[J]. 计算机教育, 2018(11): 85-88

[5] 闫丽丽, 昌燕, 张仕斌. 网络安全技术课程教学改革与实践探索[J]. 计算机教育, 2016(9): 15-17.

（编辑：孙怡铭）