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我刊入选第二批学术期刊名单
期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN15-1362/G4
邮发代号:16-129
出版日期:每月25日

我刊投稿论文
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作者:马秀文
  【摘要】本文以天津工业大学计算机科学与软件学院开设的《计算机密码学》课程的教学现状为出发点,研究了课程目前存在的不足。结合对其他高校相关课程的调研情况,对教学方法和考核方式进行了探究,尝试调整教学内容并加入新的方法以改善教学效果。
  【关键词】密码学 教学方法 多样化
  【中图分类号】G424 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)37-0218-02
  在当今的信息化、网络化的时代,信息安全和日常生活的联系越来越紧密,人们的感受也越来越深。2013年的 “棱镜门”事件使人们进一步地体会到信息安全正在遭受很现实的威胁。而2014年由习近平同志任组长的党中央网络安全与信息化领导小组的成立更是明确地把信息安全提高到了国家的战略高度。随着网络空间安全一级学科的获批,一批院校成立网络空间安全学院并获得博士学位授予权,更多的院校也开设了安全方向,作为安全基础课的密码学课程也得到了更大的重视。
  一、密码学课程的特点
  每一门课程都具有自己的特点,这些特点在一定程度上影响着课程内容的选择和教师的教学方法的變化。密码学也不例外,因为它具有鲜明的特点:它是一门交叉性很强的课程,包含很多研究分支,且各分支研究基础、方法或思路等有较大的差别;理论性和逻辑性很强,或许入门不难,但是要学好这门课,需要具有很好的数学、计算机等相关基础知识;密码学的交叉性也使得在理论研究之外需要学生具有较好的动手实践能力才能更好地学好这门课程。
  二、我院密码学课程现状
  天津工业大学计算机科学与软件学院早就开设有《计算机密码学》课程,只不过一直是学院任选课,30学时。学时不多,且一直没有设置实验学时。使用的参考书是谷利泽等编著的《现代密码学教程》(第二版)一书。因为是中文教材,内容编写得比较容易理解,结构也比较清晰。目前的主要问题是:学生整体上对任选课的重视程度不够,混学分思想严重,保证出勤的学生,听课情况也不好;教师在较早的几次课讲一些基础知识,包括一些小故事,较能吸引学生的注意力,但是当开始接触较专业的理论,如分组密码的设计等,感觉学生会明显变的注意力不再集中,尤其是后面讲到公钥密码学部分,因为涉及到部分数论、代数知识的应用,比较抽象枯燥,而这一部分内容又难以避开,导致学生畏难而不再听课。
  三、对部分院校密码学课程设置情况的调查小结以及启发
  为了为密码学课程改革明确方向和方法,对部分院校做了调研,小结如下:
  (1)武警工程大学电子技术系联合其信息安全保密重点实验室,根据实际需求提炼出分级指标,以此对网络空间安全相关课程进行整理优化,将相关课程建设为课程群,其中“计算机密码学”为基础课,并结合“现代公钥密码”、“密码分析学”、“密码学实践”等课程,在扎实学生的基础知识的同时,切实提高学生的实验实践能力。
  (2)济南大学在信息科学与工程学院下设的网络工程系将安全作为一个方向,其开设的有关安全的课程有限,但设有专业必修课“应用密码学”,是专业主干课程之一,共64学时,其中理论学时48,实验学时16。另外还配备课程设计40学时。其教学内容主要特色为:突出部分国产密码算1法的讲解和分析,基于一些开源软件进行交叉实验降低课程对实验平台的要求。
  (3)南京航空航天大学在计算机学院设有信息安全专业,也设置有密码学课程,共48学时,全部为理论学时,没有安排实验课程。但另外安排了课程设计和编程实践。其中的编程实践计算成绩并计入最终考评成绩,占比为30%。
  (4)中央财经大学的信息学院下设有信息安全系。系里设置的现代密码学课程是专业主干课,共54学时,包括18学时的实验课。
  通过对上述部分院校密码学课程大纲的了解,密码学课程的内容设置大体相同,基本上包括:密码学概述、密码学基础知识、古典密码学、分组密码、序列密码、公钥密码、Hasn函数、数字签名和密码安全协议,只是课时设置等细节上有所不同。但是安全类课程的整体设置存在较大差别。
  除了课程内容,各教师的教学方法、考核方式等具体教学细节也各有特色。具体地有:在教学中创设情镜加深学生的参与度,并将反馈结果纳入评价体系;寻找校外合作,将课堂讲授和实际应用结合,或与竞赛、本科毕设等结合,明确学习方向,帮助学生有的放矢,且提高创新的积极性;尝试小班式教学;引导使用MOOK\MOOE(massive open online course/experiment,大规模在线开放课程/实验)和SPOC (small private online course,小型个人在线课程)等等。
  通过调查,密码学这门课程的内容设置不是难点,大部分问题集中在如何引导或吸引学生到学习中来。考虑到我院和调研中的高校从生源等条件上对比有一定差距,所以这些高校的整体课程设置、教学手段和思路等方面可能并不都适用于我院的情况,但是仍然为课程的改革提供了很好的参考。
  四、密码学课程的具体改革
  一门课程的修订涉及到方方面面的事情,而且具体的修订还要得到系部和学院的支持。所以,这里先就改革思路做以下说明。
  (1)设置实验课
  密码学课程的特点以及现状都促使课程组积极推进在课程中增加实验学时。这不但可以提高学生的积极性,还可以使学生将课堂所学理论和实际应用联系起来,进一步加深对理论的理解。另外,还可以进一步发挥专业优势,鼓励学生将专业所学,例如编程理论,应用到密码学的实践中来。目前,在学院领导和实验室同事的支持下,学院已引入一套网络信息安全教学实验系统,已初步具备进行部分基础性实验的条件。经课程组讨论,拟增加如下四个实验:
  实验项目的设置及学时分配
  值得说明的是,实验内容将不局限于这些算法的简单验证实现,还包括具体算法中各模块的细节演示和代码研究,尤其是增加有结合密码算法编程实现简单的加密工具进行文件加密等动手能力的锻炼。不过,整个实验学时限定在8学时以内。当然,实验的过程和结果要纳入评价体系,作为期末总评成绩的一部分。
  (2)调整教学内容
  由于课时的改变所牵涉的事情较多,所以目前对课程的修订,暂时不改变课时。这样在增加实验课的同时,就要缩减课堂讲解学时(当然,如果能够增加总学时,例如增加到48学时,可能就不需要缩减而是增加学时)。缩减的内容主要是部分数学或信息论知识,例如复杂度理论等,以及后面具体算法的复杂计算或证明部分。
  (3)撰写讲义,修订大纲
  根据以上对教学内容的调整,修订教学大纲,增加实验教学大纲,并撰写更贴近实际教学情况的讲义供学生参考。
  五、结语
  教学内容的设置和教学方法的选择都应该是教师认真探讨的内容。经过调研、讨论和思考,本文对我院密码学课程的改革提出了一些思路,希望有所助益。寻找更加实际的教学方案,或者学习尝试与本科毕业设计结合起来,让学生学有所用,是后续思考的具体问题。
  参考文献:
  [1]李梦东.《密码学》课程设置与教学方法探究,北京电子科技学院学报,2007(3):61-66.
  [2]余磊,宋万千.计算机信息类专业密码学课程教学探究与设计,淮北师范大学学报( 自然科学版),2012(2):89-93.
  [3]胡小明,杨寅春,吴秀梅,王见.信息安全专业密码学课程教学改革,计算机教育,2014(1):49-52.

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