0 引 言
在《中共中央、国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》中，“数据”被定义为生产要素，成为国家、企业或个人的重要生产资料。数据为其所有者或者经济实体创造生产价值、经济收益，给数据使用者提供便利的同时，数据的安全性、隐私性、可用性也面临着一系列问题。大量案例表明，数据的存储、使用等过程存在暴露用户隐私的风险，开放的互联网增加了数据隐私泄露的可能性[1]。当前，国家实施大数据发展战略，推进数据基础设施建设，各行各业产生的大量数据都将面临隐私保护需求。在此背景下，国家颁布了《中华人民共和国数据安全法》，数据隐私保护制度也从法律上做出约束和规定。实现数据的隐私保护、践行数据安全法律的迫切需求极大地提高了网络空间安全人才培养的重要性，这促使网络空间安全专业在2015年被升级为一级学科，越来越多的高校开始培养信息安全类专业人才，开设现代密码学课程是培养信息安全人才的核心环节之一[2]。现代密码学课程是面向网络安全专业的本科生和研究生开设的重要课程，向相关专业的学生传授基础理论、行业知识和专业技能，为国家培养专业的网络安全人才。
1 面临的重点问题
现代密码学是信息安全学科的专业基础课程，具备实践性强、交叉知识多、迭代快等特点，现有的教学方法难以应对，教学活动主要面临以下问题。
1）教学内容需推陈出新、丰富内涵。
现代密码学主要讲授的是密码学原理、基本技术、应用技术等多方面的知识，但现有的密码学教学内容大部分仅停留在教材上的密码技术，并没有紧跟时代前沿加入密码学的最新研究进展、应用。另外，教学内容忽略对学生数据安全知识、法律法规、工程伦理、道德情操的培养。
2）教学方式需加强互动、知行合一。
传统的“老师讲课、学生听课”教学方式应用于纯知识或记忆性课程时具有很好的效果，但现代密码学课程涉及互动、实践等教学环节，需在学生培养过程中嵌入密码实验、师生交互等元素，显然传统方式是无法满足这类教学需求的。更重要的是，实践类课程的特点是须引入大量的实践，学生才能对所学知识有深入的理解。传统的“满堂灌”讲课方式增加学生的疲惫感、困惑感，互动性不足的传统方式无力应对。
3）教学目标需对准时下、学研结合。
信息安全学科具备很强的产业依赖性和时效性，需要开展产学研协同育人，培养实战实践型优秀人才。现有的教学知识脱离产业实践、技术陈旧、知识维度单一，导致学生不能及时了解产业需求，对所学知识没有兴趣或者无法实时地适应产业需求。
4）教学效果需全面考核、面向实践。
传统课程以期末考试成绩为主要效果评价指标，以出勤率和课后习题作业为次要评价指标，保证学生的学习质量和教师的教学效果。这种方式使得学生形成“平时上课浑水摸鱼、课后作业抄袭、期末组队突击、考试照样过关”的心态，但是面向理论和实践并重的课程，学生需要长期积累和系统实践，这类评价很难评估学生对于知识的掌握程度，也难以评价老师的教学效果。最重要的是教学结果达不到面向国家和产业需求、培养学生实践能力、解决实际安全问题的战略目标[3]。
2 融合翻转课堂与混合教学模式
2.1 翻转课堂教学内涵
翻转课堂是一种效果较好的新型教学模式，摒弃传统的老师“独角戏”式讲授知识，学生利用课余时间自主学习相关知识，课堂时间老师为学生进行个性化指导，辅以解决学生在学习中遇到的问题。课程注重的是培养学生的理解和应用能力，而不只是对内容的简单记忆。翻转课堂赋予学生很大的自主学习空间，使得学生成为学习的主角，老师成为学生学习的领航员和引导者[4]。
翻转课堂随着互联网的逐步发展和普及，使得学生自主学习的方式变得多样化。这种教学模式的优势日益突出，被国内外诸多大中小学应用并取得很好的教学效果[5]。
2.2 混合教学模式内涵
混合式教学是一种“线上+线下”的教学，结合二者的优势，取得了很好的学习效果。混合教学的范式将传统教师讲授的方式与信息化教学的方法有机融合，既发扬传统教学的长处，又具备信息化教学的优势。混合教学模式中，教师扮演引路人、启发者的角色，学生则积极、主动和创造性地学习讲授的知识。
混合教学指的是教学形式上的混合，即主要通过线上、线下两种途径展开教学活动，但不仅仅是两种途径简单地叠加或融合。线上阶段，师生开展交流互动学习；线下阶段，老师视学生情况针对性地辅导。混合教学方式灵活，不拘一格，综合“线下+线上”教学优势，既激发学生的主观能动性，点燃学生学习热情，又提高教学质量。
3 基于翻转课堂的混合教学设计
3.1 课前预热与留白
每节课程之前，先给学生发送相关知识链接、工业界应用、产业背景、相关知识视频、相关课件，引导学生自主学习、培养兴趣，使学生明白每节课的知识架构、教学目标及其在工业界的实际应用。这种方法激发学生的好奇心和“功利心”，使学生带着问题、目的和兴趣学习，学习效率达到最大化。这个阶段，教师应该为学生的课前预热学习，准备好“弹药库”，引导学生的学习走向。
3.2 课中混合与互动
课程教学过程中以兴趣为导向引入与密码学相关的前沿事件，遵循混合与互动的原则，主要包括融入思政要素、互动授课、分组合作、动手实践和案例学习。
1）融入思政要素。
融入思政要素是新时代的教学需求，但是课堂上生硬地讲授思政可能会引起学生的抵触情绪，达不到教育的目的。通过在专业课程教学中融入思政教育，培养学生健全的人格，引导学生树立正确的人生观、价值观和世界观，起到“润物细无声”的教化效果。对讲授的知识点，调研其时代背景、历史进程、现实关联人物等，挖掘关联的优秀人物、文化、品质、事件等，将思政要素巧妙嵌入要讲授的知识中。以“滴滴事件”为例，在教学过程中融入解析思政要素。滴滴赴美上市导致全民数据泄露，是威胁国家安全的恶性事件，不排除是敌对国家的渗透或是有预谋的网络空间战争。基于此事件，引导学生时刻保持警惕，防止敌对势力渗透；教育学生在学习工作上，时刻把祖国利益放在首位；培养学生的职业道德，教育学生保持底线，再困难也不能出卖国家利益，威胁国家安全。
2）互动授课。
互动授课区别传统的教师“独角戏”的教学方式。由于插入课前预热与留白阶段，讲授时学生已对要讲授的知识有一定的了解，并且带着疑问和目的听课。授课阶段，老师要控制讲授进度，化繁为简、突出本质、直击要害地讲授相关内容。老师引导学生思考，学生提出自己的疑问，老师针对性地解答疑问。
在讲授对称加密技术时，仍以“滴滴事件”为例，让学生现场使用滴滴、美团等APP，用户终端需要输入如姓名、身份证号、手机、住址等个人信息，甚至获取通讯录、位置、摄像头和录音权限或功能，采集个人敏感信息数据隐私现状，之后自然地引导学生思考如何利用对称加密技术防止用户端数据泄露，并鼓励学生利用所学技术设计可行的隐私保护方案。
3）分组合作。
对于疑难知识点、重点内容、需动手实验环节，鼓励学生分组讨论。教学活动时，兼顾学生意向和学生特长，将学生分组，鼓励学生协同合作完成相关知识点的实验。在此阶段，学生交叉验证和学习彼此的实验内容，这样既培养学生合作意识，又减轻学生负担，削弱学生的抵触情绪，达到事半功倍的教学效果。例如，对称加密技术讲授阶段，前面抛出的隐私泄露问题，学生分组讨论怎么解决？在教学实践中，学生分组尝试利用课堂教授的对称加密技术或非对称加密技术，讨论数据加密的效率问题和各种加密算法的优缺点，使每个学生都参与讨论，对课堂所学知识有更深刻的认识。
4）动手实践。
现代密码学主要涉及数学中的数论和抽象代数。这些知识非常抽象，空洞的讲授方式很难让学生吸收和理解。通过结合学科特点和相关老师的教学经验，提出了一套独特的教学方法——“代码教学法”。本方法的要点包括针对重要的概念、方法等，提前准备相关代码，课堂上用代码讲授，加深学生理解；针对常用的算法，提前准备基础代码、功能实现练习题，让学生对代码进行修改，以实现目标功能。在代码实现过程中，引导学生优化算法、举一反三，思考算法的时间复杂度、空间复杂度，提高学生的编程能力，深化理解相关知识。例如，让学生使用常见的对称加密、非对称加密算法，对个人隐私数据进行加密。通过对比实验，学生理解加密的概念和原理。
5）案例学习。
现代密码学课程不仅是技术知识的传授，还涉及商业知识、法律法规、政策标准等，更需要培养学生的工程伦理和学术道德。在课程讲授过程中应嵌入警示素材、正面案例、反面教材等，以教学视频、PPT展示的方式，向学生讲述网络安全行业知识和案例；引导学生思考如何从技术上杜绝滴滴、美团等服务商泄露数据，是否可以设计一种密文形态的数据共享和计算方案，使滴滴、美团等服务商基于密文数据实现必要的计算，而无法得到用户明文信息；引出隐私计算、可搜索加密、同态加密等技术，设计保护用户数据隐私的方案。
3.3 课后实践与探索
1）实验实践。
网络安全行业的实践性非常强，需要较多的实践投入。现代密码学的知识点较多、概念抽象，需要配合一定量的动手实践才能吸收理解。传统的老师“独角戏”的方法无法适应现实教学的需求。“代码教学法”鼓励学生动手优化代码，在实践中掌握理论知识。将经典论文分享给学生，鼓励学生复现论文，让学生在编程中体会到学习“现代密码学”课程的乐趣，同时理解、吸收和消化老师讲授的知识。
2）产业融合。
网络安全行业需要学习计算机、数学、软件工程等各个专业知识，就业主要面向于国家机关、事业单位、央企国企、高校、大型私企等。笔者所在的单位与国家机关、国防单位、重要企业常年有项目合作；与腾讯、奇虎360等14家著名网信企业联合建立实训基地，形成协同育人机制，因此授课过程中以国家战略需求和产业缺口为导向，嵌入工程实践所需的知识，锻炼产业需要的技能，满足产业对网络安全人员的巨大需求。
4 混合式教学模式的实践与效果
以北京航空航天大学网络空间安全学院信息安全专业的学生为授课和研究对象，2020年之前采用传统的教学方法，2021年以后，在教学实践中采用混合教学方法。对两种教学方法下的教学成绩进行比较，将各分数段的人数进行统计，具体数据见表1。混合教学方法在各个高分段人数明显增加，教学效果显著。所教授的学生在2021和2022美国大学生数学建模竞赛中获得特等奖提名奖均为2项，具体数据见表2。美国大学生数学建模竞赛是唯一的国际性建模竞赛，主要涉及网络科学、安全、未来科技等众多领域，获奖比例的上升能有效体现学生理论和实践水平的逐年提高。这种混合教学方法培养学生的创新能力和团队协作能力，同时提高学生的综合实力和科学研究水平。
5 结 语
面向网络安全的国家需求，结合信息安全学科特点，教学活动需要兼具思政元素、知识传授、兴趣引导、技能培养等多种要素。线上线下融合教学方法采取课前预热留白、课中混合互动、课后实践与探索的具体教学方案，通过具体的教学措施，高质量地实现了点燃学习热情、引导学生兴趣、传授教学知识等教学目标。
参考文献：
[1] 彭宁波. 国内数据隐私保护研究综述[J]. 图书馆, 2021(11): 69-75.
[2] 郭华, 兰雨晴, 高莹, 等. 密码学课程群教学方法探索与实践[J]. 工业和信息化教育, 2019(4): 52-55.
[3] 王娜, 洪晟, 刘建伟. 软件安全访问控制层中数学原理的思政教学: 以“软件安全”课程为例[J]. 工业和信息化教育, 2022(8): 20-23.
[4] 刘建伟, 李大伟, 高莹, 等. 面向网络空间安全人才培养的PRIDE教学模式探索与实践[J]. 网络与信息安全学报, 2021(7): 183-189.
[5] 张金磊, 王颖, 张宝辉. 翻转课堂教学模式研究[J]. 远程教育杂志, 2012(30): 46-51.
基金项目：北京航空航天大学研究生教育与发展研究专项基金项目“网络空间安全研究生基础理论课程思政教学的探索与实践”（JG20213938）。
第一作者简介：王娜，女，北京航空航天大学助理教授，研究方向为网络与信息安全，nawang@buaa.edu.cn。
引文格式：王娜，刘建伟，付俊松，等. 现代密码学课程的混合教学模式探索 [J].计算机教育,2023(2)：14-17.
转自：“计算机教育”微信公众号
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