翻转课堂在信息技术课程教学中的应用研究

朱文焌 张恩 范海博

摘要：翻转课堂是一种以学生为主体、以教师为主导的新型教学模式。与传统的教学方式相比，翻转课堂能促使学生从被动学习过渡到主动学习，激发学生学习的积极性，提高学生的思维水平。本文以信息技术课程为例，在研究和分析传统教学模式的基础上，提出基于“安全两方计算”的信息技术与翻转课堂相结合的教学模式，并概括出适用于信息技术课程教学的具体实施方案，为翻转课堂教学提供了新思路。

关键词：翻转课堂;信息技术;安全两方计算

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）36-0264-02

一、引言

翻转课堂作为多媒体技术与学习理论深度融合的典范，近些年来成为教育改革的热点[1]。仅以学生成绩作为评价教师教学水平的传统教学模式已经不能适应教学需求，而翻转课堂以学生为主体、教师为主导，强调学生的创新思维和解决实际问题能力的培养。教师由知识的灌输者转变为学生自主学习的协助者，学生由知识的消费者变为知识的生产者。

随着网络技术的迅猛发展，信息安全成为了国家稳定的重要支撑。密码学作为信息技术的必修课程，为信息安全提供了丰富的理论知识和具体的应用实践。该课程具有理论性强、涉及复杂的数学运算等特点，导致教师讲得费力，学生学得吃力[2]。如何在信息技术课程教学中改变学生的学习方式、教师的角色，成为了国内外教育工作者亟待解决的课题。

安全两方计算是密码学研究的热点问题，其源于Yao提出的百万富翁问题，是安全多方计算的基础和特例，有着重要的理论价值和广泛的应用价值[3]。本文以安全两方计算为例，结合翻转课堂的特点，归纳出适合信息技术课程教学的实施方案。

二、基于翻转课堂教学模式分析

翻转课堂又名颠倒课堂或者反转课堂，是指在信息化的环境中，教师课前给学生提供视频形式的教学资源，学生在课前对教学视频等资源进行自主学习，课上教师对学生提出的问题进行针对性解答、学生之间进行协作学习的教学模式[4]。

翻转课堂起源于美国科罗拉多州落基山的“林地公园高中”。为了给缺课的学生补课，2007年，该校化学教师Aaron Sams等人开始使用录屏软件录制演示文稿的播放和讲课声音，同时将视频上传到网络供学生学习[5]。2011年，自从可汗学院的创办人Salman Khan在TED上录制了演讲《用视频再造教育》后，引发了大众对翻转课堂关切的热潮[6]。特别是近些年，翻转课堂逐渐受到广大教师和同学的青睐，成为国内外教育界关注的新型教学方法。

三、基于翻转课堂的信息技术实施方案设计

安全两方计算是安全多方计算的特例与基础，起源于Yao[7]提出的百万富翁问题：两个百万富翁Alice和Bob想在不泄露各自财产的情况下，比较谁拥有较多的财产。将其形式化为数学模型：P、P分别拥有私有数据m和n，在不泄漏隐私数据m、n的前提下，共同计算功能函数f（m，n），若f（m，n）=1，则m>n，反之m≤n。Yao给出了解决百万富翁问题的方案，但是必须满足双方都是诚实的情况下才有实际意义。

准备阶段教师负责教学视频的制作，然后上传到网络供学生下载学习。实践阶段分为五部分：（1）情境引入;（2）教师设置问题;（3）自主探究与分组学习;（4）成果展示;（5）知识综述，总结归纳。反馈阶段学生自主拓展安全两方计算的相关知识，通过课后练习对课堂学习效果进行检测，并反馈给教师。优化阶段是教师对原有教学方案的反思以及对教学资源的优化。具体方案见3.1～3.4部分所示。

（一）准备阶段

1.教学视频的制作和观看。由于视频资源具有直观、形象的特点，本文采用视频形式进行教学。视频内容要涵盖本节知识的重点及难点，并且短小精悍。学生可自主选择视频播放的速度和次数，教学视频主要内容如下。

情境再现：假设Alice拥有隐私数据m，Bob拥有隐私数据n，Alice和Bob想知道m≤n还是m>n，但是都不想让对方知道自己的隐私数据。假定m和n的取值范围为1≤m，n≤100。

实施方案：已知Bob有一对公私钥对V/S。Yao最初提出的解决协议如下。

（1）Alice选取一个较大的随机数R，用Bob的公钥V加密R得到C=V（R），Alice计算C-m，并把计算结果发送给Bob。

（2）Bob计算表达式Y=S（C-m+w），1≤w≤100，这样只有当w=m时，Y=R。然后选择一个大素数Q

（3）Bob将数列Z，Z，…，Z，Z+1，Z+1，…，Z+1，Q发给Alice。

（4）Alice验证该数列的第m个数Z≡RmodQ是否成立。若成立，则m≤n，否则m>n。

（5）Alice把结果告诉Bob。

2.课前习题探究。学生观看教学视频后，针对学习过程中存在的问题，与其他同学交流或者查阅文献自主探究解决，同时要进行课前学习效果测试，并反馈给教师。教师根据学生反映的情况，在课堂上设置相关问题促进学生对知识的理解和运用。

（二）实践阶段

1.知识情境的引入。该方案以安全求和问题为情境，引入安全两方计算。情境引入是激发学生学习兴趣和好奇心的关键，该阶段教师初步调动学生学习的积极主动性[8]。为了让学生更好地理解安全多方计算，以安全求和计算为例说明，参与者P、P分别拥有数r、r，在不泄露自己信息的前提下，共同计算r与r的和，最终每个参与者都能得到求和结果。

2.教师设置讨论问题。教师根据课前反馈的情况设置课堂问题，诸如：Alice在Bob前知道计算结果，这样的方案公平吗？每3～5名学生组成一个讨论小组，每组选出一名组长，以协调本组成员讨论和发言。

3.自主探究与分组学习。自主探究是国内外教育工作者提倡的学习方式，也是学生应该具备的重要素养。翻转课堂教学模式调动了学生自主学习的兴趣，有利于养成良好的学习习惯。分组学习为学生提供了较为轻松、自主的学习氛围，促进学生成绩的提高，增强学生的团队合作意识和交际能力。

4.成果展示。学生在完成自主探究与分组学习以后，每组选出一名汇报人进行成果展示。汇报人需要详细介绍问题的解决思路，接受教师和同学们的提问。通过这种形式的展演，实现了思维上的互动，促进了知识的深层内化。

成果讲演：百万富翁问题解决方案的公平性。Alice比Bob早知道计算结果是不公平的。在现实生活中，个体或者企业之间资产比较的结果具有一定程度上的商业价值，如在竞标或者商业谈判过程中，参与比较的一方先知道结果，就会更具优势。

5.知识综述与总结归纳。教师对展演中存在的优缺点进行分析，讲解存在的知识误区，并引导学生正确理解。将翻转课堂的理念引入到信息技术课程中，增加课程的趣味性，使教师从传统的教学模式中解放出来。教师以学生的反馈和评价为基础，不断地优化教学资源和教学方案。

（三）反馈阶段

学生利用课后时间对课堂学习效果进行检测，根据结果分析自身存在的问题，通过查阅信息技术课程相关文献解决问题，然后将情况反馈给教师。反馈信息为完善教学方案提供了依据，有利于教师改进出更加高效的信息技术课程教学方式。

（四）优化阶段

教师根据学生提出的意见评估教学方案，并对教学方式进行合理的调整。例如，课前教学视频时间过长，可以通过优化教学资源和方案的途径解决。教师在不断进行教学方案优化的同时，定期整理教学心得，有利于设计出适合信息技术课堂更高效的实施方案。

四、结语

将翻转课堂引入到信息技术课程的教学中，有效地培养了学生对信息技术课程的兴趣，提高了学生课堂上的学习效率。学生通过课前对课程资源的学习，自主研究和解决信息技术课程相关问题，锻炼了学生独立思考和实践动手的能力。教师把时间与精力投入到互动教学环节中去，有利于个性化教学模式的形成，使教师成为学生信息技术课程知识体系的推进者。

参考文献：

[1]杨春梅.高等教育翻转课堂研究综述[J].江苏高教，2016，（1）：59-63.

[2]张恩，段新涛.密码学课程中学生探究性能力培养案例[J].计算机教育，2011，（20）：19-21.

[3]张恩，蔡永泉.理性的安全两方计算协议[J].计算机研究与发展，2013，50（7）：1409-1417.

[4]刘小晶，钟琦，张剑平.翻转课堂模式在“数据结构”课程教学中的应用研究[J].中国电化教育，2014，（8）：105-110.

[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（4）：46-51.

[6]邹景平.翻转课堂的起源与成功[J].中国远程教育，2012，（14）：81-82.

[7]A C Yao. Protocols for Secure Computation. Proceedings of the 23rd IEEE Symposium on Foundations of Computer Science（FOCS）. Los Alamitors，CA：IEEE Computer Society Press，1982：160-164.

[8]姜艳玲，徐彤.学习成效金字塔理论在翻转课堂中的应用与实践[J].中国电化教育，2014，（7）：133-138.