SMTM教学模式在信息与网络安全课程上的研究与实践

　　摘要：针对信息与网络安全课程存在难教和难学等状况，在分析本学科特点、知识重点难点和学生特点的基础上，本文提出构建一种新的立体化、多层次化教学模式(SMTM)的创新性观点，结合哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院推进教学改革的实际，在信息与网络安全课程方面取得了将科研与教学相结合、重点突出实践能力与应用型人才培养的探索性成果。
　　关键词：SMTM教学模式；协作学习；立体化教材
　　文章编号：1672-5913(2010)08-0100-04
　　中图分类号：G642
　　文献标识码：A
　　
　　随着互联网中信息安全事件不断地出现，信息安全也越来越受到人们的关注。信息与网络安全课程是高校信息安全专业中实践性较强的一门必修课，也是其他计算机专业的选修课。设置该课程旨在让学生建立信息安全的重要观念，掌握信息与网络安全的必备知识，让学生在设计、开发、使用软件及计算机日常的维护中，牢牢树立“安全问题无处不在”的观念。但由于本门课程难度大、知识范围广等特点，造成本门课程在实际教学中枯燥、乏味、抽象、难理解等现象。因此，探索出该门课程的成功教学模式成为一个重要研究课题。本文根据该课程的特点及知识层次，提出一种新的立体化、多层次化的教学模式(Steric Multi-level Teaching Model，SMTM)。经实际教学检验，效果明显优于传统教学模式，受到师生的好评。
　　
　　1　总体思想及模块功能构成
　　
　　SMTM教学模式的主体思想是通过教学的立体化、多层次化的结构将本门课程内容以多方式、多感观地传授给学生，充分挖掘学生的潜力，提高学生的独立解决问题的能力、培养学生的创新精神和学术科研素质。其总体思想及操作模块如图1所示。
　　
　　
　　1，1五个模块
　　SMTM主要有五个操作部分组成：学、练、研、讨和复；每个部分又同时以思、问和协作为基础，贯穿整个教学过程。教师在每个环节中布置一些具有代表作用的习题或思考题，要少而精。现在，分别对各个操作模块进行简要说明。
　　(1)“学”模块。在此模块中，重要的一个问题是：学什么?如何学?笔者认为，学生的“学”应放在必要的关键性知识点、基本且重要的概念和理论上。而学的素材可以是教材、教辅、课件网站等，由教师和学生共同来完成课程内容的传授。教材在传统教材基础上，要增加网络教材和立体化教材，要以多感观的形式让学生快速学习和掌握知识要点。
　　对于教学中的内容，如果学生能够自学的就让学生自学，教师只讲解重点和关键部分，要与学生“学”的进度配合起来；同时，要根据知识难度划分层次，以便于更好的实施本模式教学。这样，不仅提高学生自主学习的能力，同时将在“教”上节省的时间分配到后面有关的实践环节中。
　　(2)“练”模块。“练”是“学”的促进、消化和吸收，通过实验、仿真等手段来练。这一过程做的好坏直接影响着教学质量。本模式中对于练的实施，主要在硬件平台上开展，让学生先完成基本实验，然后使用相关的仿真软件，如Boson NetSim、HW-RouteSim、Bos rsim以及抓包工具等；同时，将科研上的一些问题融入到“练”中，培养学生认真钻研的精神和一丝不苟的学术作风。对于信息与网络安全课程而言，必须通过学生的实验，学生才会真正理解所学的内容。
　　
　　(3)“研”模块。“研”是学生提高水平的重要阶段，该阶段能够培养学生坚韧不拔的科研精神。对于理论及实验上的难点，只要有不明白之处，可以小组为单位进行研究或师生共同探讨和解决。一般情况下，此过程研究的问题基本都是课程中的难点，或者是学生在学习过程中普遍遇到的障碍。对于这些障碍，即使学生们在实验上做完了，但仍然会存在理解不够深刻的现象。
　　教师要经常给予学生鼓励和指导，激发学生对科研攻关的兴趣和培养学生的自信。此阶段的题目要小而专，切忌不可大而深，要让学生能够体会到“成功感”，增强学生的自信，并让学生在成功和喜悦中学习。
　　(4)“讨”模块。“讨”是学生发挥群体智慧来解决问题的途径之一，也是发表不同见解的场合。对于同一问题的不同解法，学生们会提出不同的解决方案和见解，能够充分调动学生的积极性、挖掘学生的创造力和想象力。对于存在争议之处，不妨以学术会议的方式组织小组进行讨论，让学生充分表达自己的见解，对于有独到创新之处的同学的要及时给予肯定和表扬；对于虽有新观点和思想，但存在理论上或实践上的一些错误的同学，也要给予鼓励和修正。在计算机领域中，有很多成功产品的灵感来自于看起来有些荒诞不经的设想。所以，在计算机这个学科中，只要人能够想到的，在条件和技术成熟的情况下，这些产品最后都会开发出来。所以，要在讨论中鼓励那些产生很多好的、新想法的同学。
　　
　　(5)“复”模块。“复”是学生巩固知识的必要手段，是不失时机地对所学的知识进行总结的过程。及时复习能够让学生深刻理解和扎实掌握所学的知识，如果学生能够总结出一个思路清晰、逻辑严谨的报告或操作清单，说明学生已真正掌握了所学的内容。如果没有这个过程，学生即使完成了任务，有许多新的收获，但对于知识的掌握无法主动整理出清晰的脉络。因此，对于新做的实验、新学习的理论知识，学生要及时做好总结和归纳。此外，学生的“复习”要具有概括性和纲要性。
　　
　　1，2三个重要的要素
　　尽管上述五个模块能够很好完成教学任务，但在每个模块的实施过程中，以下的三个核心要素不容忽视：
　　(1)“思”为五个模块的基本基础。思考的重要性人人皆知，但精要问题的提出和设置，能够令学生的思维更加活跃和富有创造性。
　　(2)“问”是对知识的理解和升华。不仅要“问”，而且要会“问”。只有在“问”的过程中，才会深刻地理解问题。如果学生能够提出一个好的“问题”，说明学生已深深地喜欢上本门课程，并对此产生浓厚的研究兴趣。
　　(3)“协作”是提高效率和培养合作精神的前提。协作学习(collaborative Learning，CL)是一种以小组或小团队的形式，组织学生协同合作完成某种既定学习任务的教学方式。在信息与网络安全课程的协作学习中，要求学生相互配合，共同完成实验，甚至可以通过网络来完成协作过程。
　　通过网络来完成协作学习，具有不受时间和空间的限制、高交互性和高灵活性等特点，而且丰富的网络资源能够让学生在充当任务内的角色外，还可充当其他角色，全而展现问题的情景，促进学生思维和发现探索能力的提高。
　　
　　1，3SMTM与传统教学的区别
　　SMTM教学模式的核心是充分培养学生的自主学习能力、创新能力和科研意识，突破传统教学中的束缚，充分挖掘学生的潜力。SMTM教学模式与传统教学模式相比，具有很多不同点，其区别如图2所示。
　　在SMTM模式中，教师的授课时间被压缩，要求教师将课程内容的主要知识脉络及结构清晰地介绍给学生，并让学生初步理解本课程的整体思路及关键所在。然后，教师采取任务驱动方式辅导学生做好实践环节，任务要具有代表性和一定难度，各个任务合在一起要能够在知识范围上覆盖本门课程的主体内容。
　　在小组协作、研讨及总结复习中，以学生为主体，教师可以不参与或少参与。当教师在必要情况下参与研讨时，一方面能够使学生的讨论沿着一个正确的方向进行，另一方面引导学生的讨论沿着学术方向发展。在讨论中产生的新思想、新方法都可以回到小组协作环节中去实践和证明。
　　
　　2　SMTM在信息与网络安全课程上的实践
　　
　　通过在信息与网络安全课程上实施本方案，检验SMTM的实际教学效果，教学内容上选取学生普通难以接受的难点和重点，搭建学习平台、开发所用的素材，使之能够按SMTM进行操作执行。
　　
　　2，1软硬件资源
　　为实施SMTM模式在本课程上的改革和实践，须配备必要的硬件及软件资源，现以小组为单位组建局域网，每组配备5台计算机、1台三层交换机和1台路由器，各组直接接入校园网，共设4组。此外，将所需要的共享资源集中放在一台服务器中，如防火墙软件及防病毒软件、仿真软件、网络嗅探、包分析工具和VMWare等。在此基础上，要求学生使用Visual c++来编程实现简单的网络通信等软件，以此加强学生对安全防范的理解。
　　
　　2，2教学平台的建设
　　由于学时的压缩，有些内容需要学生通过自学来完成。在实践中，利用开放源代码的Sakai建立了本课程的立体化网站；同时，建立师生互动平台，加强师生之间的学术交流。
　　将学生以每5人为一组，设立组长(由具有一定组织能力、学术能力和研究精神的学生来担任)，制订计划并记录重要内容，其日志也存储在所建的Sakai平台中，供大家查询、交流和合作，提高学习效率。
　　
　　2，3成绩评价
　　本门课程原有理论学时32学时，现压缩为20理论学时，另外12学时增加到实验部分。在学习过程中，教师通过现场或网络平台来管理学生的学习情况、设计探究学习内容，将教学难点和重点融入其中，提高教学效果。当教学模式发生改变时，学生课程成绩的评价也要做相应的调整。本门课程中笔试成绩占30％，小组任务占30％，研讨占20％，总结占10％，平时表现占10％。经过调整后，突破目前绝大多数课程的仅根据笔试及平时表现来决定学生最终成绩的现状，积极促进学生对各个环节的参与和努力，真正达到以培养应用能力为主的效果。
　　
　　2，4效果分析
　　经过教学模式的改变后，学生对此门课程的主动学习能力增强了，兴趣度也大大提高了。据学生测评反映，学生对内容理解普遍强于传统模式，能够将理论与实践结合起来，自觉地开展了研究式学习；尤其是在研讨中，学生们积极发言及切身经验交流的高涨热情，大大超出预料程度。为了能够正确评价采用本教学模式前后的教学效果，现从以下几方面进行分析，如表1所示。
　　从表1中可以看出，新的教学模式对学生的可接受程度是很大的，对学生的能力培养效果也是显著的。
　　
　　3　SMTM模式的实际意义
　　
　　本文所提出的SMTM教学模式是一种适合专业教学实际需要的应用型人才培养模式。该模式可以充分调动学生的主观能动性，培养学生的自学能力、严谨的科研精神、高素质的创新意识及创新能力；此外，还可以锻炼学生的合作能力和实践能力，并培养其实是求事的态度。学生在实践过程中也会强烈感受到成功感和自信感，对学生健康心理的成长也是大有裨益的。
　　
　　4　结语
　　
　　本文提出的SMTM教学模式可以大大提高学生对信息与网络安全课程的可接受度，降低了本门课程的授课难度，实现了学生的能力锻炼和创新思维及意识的培养。此外，本模式将教学与科研能力培养相融合，彰显学科建设优势。本研究的下一步任务是加深对本教学模式的应用研究和质量评价，并将该模式逐步推广到其他课程的教学中