基于敏捷教学模式的信息安全导论课程建设与实践思考

2020-04-03李忠伟刘哲理

计算机教育 2020年3期

李忠伟，刘哲理

（南开大学网络空间安全学院，天津 300350）

0 引言

在“互联网+”背景下，人才培养模式逐渐由传统的“专业化”向“复合型”转变。为了拓宽学生视野，培养学生独立的思考与判断能力、社会责任感和健全人格，很多高校在近年来大力发展通识课程的建设工作。和专业教育不同，通识课程更注重知识的基础性、整体性、综合性、广博性[1]。通识课程不仅仅在授课学时、内容、深度与专业课程有非常明显的不同，其授课对象也有显著的差异。因此，在课程内容组成、讲授形式、案例组织等方面，都需要考虑通识课程和授课对象的特点，充分利用慕课、微课、翻转课堂等多种灵活形式，实现“互联网+”背景下的通识教育建设。

网络空间已成为陆、海、空、天之外人类活动的“第五空间”，网络空间安全已成为国家安全体系的重要组成部分。在网络空间安全已经上升到国家战略地位的今天，由于网络空间安全的核心内涵是信息安全，因此高校在建设通识课程时，信息安全导论成为网络安全、信息安全专业的专业课程转向通识课程的首选。从课程内容的组成来说，信息安全导论课程涵盖了密码学、信息隐藏、漏洞与深度测试、病毒分析、网络安全技术以及算法设计中的安全机制等内容。从课程内容的时效性来说，必须将基础的理论知识与流行的实践技术相结合。传统的“PPT+在线学习”课程建设方式很难满足新的课程建设目标和要求，因此需要在课程建设实践中不断研究和探索新的教学模式。

1 信息安全导论通识课程教学要求

《华盛顿协议》倡导以学生为中心、产出导向、持续改进三大教育理念，强调培养本科生解决复杂工程问题的能力[2]。虽然通识课程在学时、内容深度方面无法与专业核心课程相比，但从教学要求上不能随之降低标准。尤其是随着互联网在线教育的兴起，学生一方面拥有越来越多的知识获取途径，另一方面则在传统课堂上参与度越来越低。因此，在通识课程的建设上，要结合课程内容的特点来设定新的教学要求。

信息安全导论通识课程的教学目标是使学生通过课程学习了解信息安全领域所涵盖的基本知识和最新技术进展，初步掌握信息安全领域的相关知识和研究发展动态。同时，也要使学生清晰地认识到为什么网络空间安全问题会被越来越多地关注和重视，以及我国目前在信息安全领域已经做出的成就和贡献，结合现代网络安全技术，提高学生的学习兴趣，培养学生的科研和创新意识，其教学要求包括以下内容。

（1）必须要将基础概念和前沿的应用技术相结合，反映课程内容的前沿性、时代性，结合新技术、新方法的使用，避免基础概念认知和业界前沿技术脱节。

（2）必须体现师生之间教与学的互动性，教学内容与教学过程要满足学生的个性化发展需求，体现探究性的教学创新，避免教师讲授和学生学习脱节。

随着在“互联网+”背景下教学改革的不断推进，出现了一大批形式灵活的有效教学模式，如慕课、微课、翻转课堂[3-5]等。慕课丰富了教师和学生的教学环境、教学资源，能够增强师生交互，为学生提供了主动学习、个性化学习的方式；微课可以使教师借助微博、微信等工具发布以单个知识点为核心的教学小视频，教学内容少，时间短，重点突出，便于学生利用碎片时间进行重复学习；翻转课堂能够照顾到学生学习的个体差异，使教师和学生在课堂上的交流沟通更有效。在教学中，可以用上述任何一种灵活的教学模式来完成某个教学知识点的讲授，从而实现信息安全导论通识课程的混合模式教学，同时要考虑的不仅仅是基于多个独立知识点的教学模式，还要考虑课程本身的建设与设计方法。

2 基于敏捷教学模式的课程建设

敏捷教学概念的提出受到了制造领域和软件工程领域相关概念的启发[6]。在制造领域，敏捷制造的核心在于动态、灵活的敏捷虚拟企业之间的动态联盟；在软件工程领域中，敏捷软件开发的核心是用户的需求进化。近年来，我国高等工程教育改革逐渐吸收国际主流工程教育发展的经验，提出了敏捷教学的新概念、新模式。借鉴“敏捷”概念，可以在“互联网+”背景下的新时代人才培养需求中，将大学培养目标和学生个人志趣相结合，加强教学过程中的师生互动，灵活组织教学资源和教学活动，促进教学内容与环节的快速交替迭代和精准协同优化，实现个性化创新人才培养。这种以学生发展为中心、主动响应学生与社会需求变化而进行的教学内容与组织形式不断变化的教学形态被称为敏捷教学模式。

敏捷教学模式的定义中提到的“教学内容与组织形式不断变化”需要辩证地来看待。

（1）信息安全导论课程知识点的组织，从课程内容构成大框架角度来看相对固定，在一个学期的授课过程中，一般不会有太大变化。对于课程建设来说，则是需要“不断变化”的。因为网络空间安全学科领域中不断涌现新的技术、方法，新的安全问题不断被发现。在课程讲授内容中必须结合前沿技术，反映国内外网络空间安全领域中的研究动态。因此每一学期的课程内容和知识点的组织结构，都需要根据前沿技术的发展、研究动态的变化而“变化”。

（2）“变化”还体现在动态的教学内容分解、课程环节编排和教学内容迭代。信息安全导论通识课程的建设要求为：教学内容按专题形式组织，内容涵盖信息安全领域的基本知识、关键技术和最新发展动态，通过深入浅出的方法提高学生对内容的理解；教学过程采取多名教师衔接授课的形式：教师按照课程知识点脉络进行教学内容分工，教学环节编排时，一方面要和前沿技术相结合，另一方面要和相关的科研方法相结合，使学生在掌握基础概念、前沿技术的同时，还学习科研方法，提升学生的创新思维能力和意识。同时与其他教师教学内容有机结合，以案例和问题的形式引出新知识点，将学生在教学环节中的问题进行整理和总结，反馈给下一位讲授课程知识点的教师。这种动态反馈使学生更容易掌握课程学习脉络，后续授课教师能够提前了解学生对知识点的掌握情况和学习需求，可以提前对教学内容进行针对性的更新迭代。

通过上述分析可知，这种动态的教学模式能够满足“互联网+”背景下信息安全导论通识课程的教学要求。

3 敏捷教学模式在信息安全导论通识课程建设中的实施

信息安全导论通识课程涵盖了信息安全领域的众多核心内容。这一特性决定了该课程很难由一位老师单独承担，因此在课程建设时采取了多名教师合作授课的形式。多名教师合作授课不仅仅是要求每位教师独立完成自己的教学任务，还要求教师之间协同合作。教师必须了解自己教授课程和先行课程、后续课程之间的联系，才能根据学生掌握当前课程情况以及对新课程内容反馈情况进行准确预判，并进行必要的动态调整，实现实际教学过程中的升级改造和动态调优，避免被相对陈旧的教材内容约束。

3.1 敏捷教学模式的实施步骤

（1）教学内容组件化。将大的教学内容分解为多个独立或相互联系但可独立实施的小单元。就南开大学网络空间安全学院承担建设的信息安全导论通识课程来说，课程分为8 个教学单元，每个教学单元又可分成若干个小的教学知识点。每个单元和每个教学知识点之间，有些彼此独立，也有些是彼此联系的，但在分解过程中，需要设计好彼此联系的单元与教学知识点之间的相互引出问题。

（2）教学环节片段化。每个教学单元或教学知识点，讲授时尽可能的片段化，完成教学单元和教学知识点讲授后，需要抛出提前设计好的引出问题并收集学生反馈。学生反馈根据设计引出问题所在教学单元或教学知识点被分别反馈给负责教授该教学单元或教学知识点的教师，由教师进行必要的教学单元或教学知识点的更新。

（3）教学过程迭代化。每位承担课程教学单元教学工作的教师，采用迭代的方法对教学单元内容的设计、实施过程进行自我评估与调整。

（4）关键难点评估。对于学生反馈问题较多的教学单元或教学知识点，教师需要组织学生（助教、反馈问题的学生代表）进行评估，对关键难点内容进行重新分解和设计。

上述内容中，教学内容组件化和教学环节片段化可以有效提升课程的教学质量。在教学过程中，如果将教学知识点分解到合适的粒度，如10 分钟，那么一节课中，教师和学生之间将有3次教学互动（10+5+10+5+10+5，10 代表教学知识点的分解粒度，5 代表反馈与互动粒度），教师有足够多的时间和机会来获取学生的反馈，根据反馈对后续的教学过程进行及时调整，从而获得更高质量的教学效果。而教学过程迭代化和关键难点评估的联合应用，可以保证整个课程建设的质量和效率。

敏捷教学模式在信息安全导论通识课程建设中的实施过程如图1 所示。

图1 敏捷教学模式的实施过程

3.2 实施敏捷教学模式的困难

在信息安全导论通识课程建设过程中应用敏捷教学模式的好处是通过及时响应学生反馈来实现教学单元、教学知识点的迭代更新，有效调动学生在课堂学习中的积极性和主动性。师生交流环节中的知识分享和意见反馈，是课程建设过程中的宝贵经验和有益教改素材。

但是在实施敏捷教学模式的过程中，也会遇到一些困难。

（1）在教学内容组件化阶段，每个单元和每个教学知识点之间可能存在前后因果联系，在知识点的分解过程中，需要设计好知识点之间相互引出的线索。

（2）在教学环节片段化阶段，学生的反馈可能针对本教学单元或教学知识点，也可能针对与之关联的其他教学单元或教学知识点，因此需要被分别反馈到对应的负责教学单元与教学知识点讲授的教师处，由该教师或多位教师共同决定教学单元或教学知识点的更新。

（3）在教学过程迭代化阶段，教师遇到（1）和（2）中的问题时需要对教学内容、教学单元和知识点进行调整与更新，这种调整和更新可能会影响其他教学单元内容的组织与设计，教师的工作量将被无形加大。

（4）对于学生反馈问题较多的教学单元或教学知识点，教师进行评估和重新分解设计的工作量将会很大。

在教学和课程建设过程中应用“敏捷”模式遇到的问题与困难，在制造领域与软件工程领域中也同样存在。如何将制造领域与软件工程领域中的相关解决方法有效地借鉴与引入到教学与课程建设过程中，降低在实际教学过程中的实施难度，提升教学质量，值得进行更深入的研究。

3.3 思考和建议

敏捷教学模式作为一种借鉴于工程领域但应用于教育领域中的一种新方法，其着眼点在于整个教学过程，而不是具体的教学环节和教学形式。因此应用敏捷教学模式来进行信息安全导论通识课程建设和在授课中应用现有的慕课等灵活教学形式并不冲突。相反，作为一种方法论，敏捷教学模式可以更好地指导教学过程中教学形式的运用。

在信息安全导论通识课程建设过程中引入敏捷教学模式，难点在于对教学内容、教学单元和知识点按不同粒度进行有效“分割”设计。粒度过大会导致教学知识点内容庞大，不利于在教学过程中采用微课等形式进行教学，粒度过细则导致教师工作量过大。有效“分割”设计教学内容、教学单元和知识点“因课而异”，成为在课程建设中引入敏捷教学模式成功与否的关键。

课程建设需要授课教师之间有效地协同合作。在进行教学案例设计时，如何设计不同教学单元和知识点之间相互引出问题非常关键，这对负责课程建设的教学团队提出了更多要求。