信息技术与教学深度融合方法的研究和探索
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作者:樊彩霞 李辉 李聪 张梦娇
【摘要】结合信息安全专业的特色，本文对信息技术和传统教学的融合方法进行了详细介绍，并对推进过程中遇到的问题进行了总结。教学过程中引入几种新型的信息技术教学手段，同时将教学团队自己研发的相关软件应用到课堂教学上。经过将近一年的实践证明，新型信息技术与传统的教学方法进行深度融合，可以充分调动学生的学习主动性，提高学生的学习兴趣、实践能力和创新能力，能够有效提高课程的教学质量并达到显著的效果。
【关键词】信息技术 教学方法 深度融合
【基金项目】1.2017河南省高等教育教学改革研究与实践项目（2017SJGLX242）;2.2016河南农业大学高等教育科学研究课题 （20160206）。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）13-0249-02
一、引言
信息安全专业是计算机、通信、数学、管理等学科的交叉学科，主要研究确保网络中各种信息安全的科学与技术。该专业的主体课程包括：C++语言程序设计、数据结构与算法、计算机原理与汇编语言、数据库原理、操作系统、密码学原理、编码理论、信息论基础、计算机网络等。可以看出，该专业的学生对计算机及网络技术的熟悉程度都比较高。因此，作为当下的热门专业之一，进一步推进信息技术与教学的深度融合，在教学过程中充分利用课堂时间尽可能多地向学生展示该专业的魅力，提高教学效果的同时提高学生的学习兴趣，培养学生的动手能力、创新能力是该次研究的重点。
2015年9月，教育部发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中提出要“坚持深化应用，通过深化应用释放信息技术对教育教学改革和发展的作用”。教育和信息技术的结合随着硬件装备、网络建设等不断发展变得越来越紧密。传统的课堂教学也从“黑板+粉笔”逐渐演变成了 “PPT+投影”，并逐步转化到各种数字技术丰富的环境。
二、信息技术与教学融合的手段举例
该次研究以作者所讲授的《操作系统》和《网络安全》这两门信息安全方向本科生的专业课程为试点，推进信息技术在课堂教学中的融合。针对这两门课程，采用的方法主要有：
（一）课程网站的建设。
主要包括：在线课程录像，配套教材课件，教材对应电子书和相关参考书籍的电子版，重点例题解答，以及历年考研的真题解析，各门课程的二维码，同时给出知识点相关的学术论文或者期刊链接，课后论坛BBS实现大家的即时互动。大型开放式网络课程（MOOC，Massive Online Open Courses）的發展，让我们认识到，随着网络的普及，每一所大学，每一门课程必须是开放式的，这就意味着任课教师需要做到利用网络多看多学习，原有的一味照着课本教材讲课的时代已经过去，信息技术融合下的课堂教学是多元化的。
《操作系统》和《网络安全》课程，网上关于这两门课程的教学视频和精品课程网站很多。例如：国家精品课程资源网（http：//www.jingpinke.com/）上关于“网络安全”相关的课程收录共有314条，“操作系统”相关收录也有52条，主要提供有教学课件，电子教案，教学录像，教学设计，例题习题解析和相关的文献资料等各类资源。在mooc学院（http：//mooc.guokr.com/）中，“操作系统”的中英文相关收录有130多条，“网络安全”的有30多条。面对如此丰富的教学资源，作为高校老师，备课中可以充分参考借鉴，取长补短，课堂上不断改进自己的教学手段，引导学生更多更好地参阅该类资源。课后要求学生查阅电子图书馆或者CNKI，万方等知名网站，引导学生检索和利用信息资源，拓展专业课的知识面，巩固相应知识点的理解掌握。
（二）课件中利用信息技术实现对特殊场景的动画制作及动画演示，仿真模拟。
《操作系统》课程中涉及到很多理论算法，例如：Dijkstra提出的用于避免死锁的银行家算法。算法分为两部分：安全性算法和银行家算法。传统的课堂讲解过程分为：算法所用数据结构说明，算法步骤介绍和算法应用举例三个步骤。引入动画设计后，运行动画演示程序，设置系统的各类资源数量的初始值，通过程序运行演示相应的进程等待排队情况及分配资源引起的数量变化情况。理论讲解配合程序动画演示，使学生直观的看到资源动态分配的情况，加深了对该知识点的理解。
再如：讲到磁盘存储器的结构时，利用Macromedia flash软件专门制作了磁盘运转的一个动画仿真图。每一个磁盘面配有一个磁头，随着每个盘面在不断顺时针运转的同时，磁头不停地前后移动扫描不同磁道上的每个扇区。传统的课堂理论讲解只能靠学生的想象力来理解磁盘旋转读取每个扇区数据的动态过程。结合动画演示后，学生直观地看到了该过程，充分理解磁盘数据的读取过程以及磁盘访问时间的构成，缩短了课堂讲解的时间，既增加了课堂趣味性又提高了课堂效率。
（三）课堂上利用网络系统远程登录实验室服务器进行现场演示。
《网络安全》这门课里面涉及到很多关于网络攻击和防火墙过滤的实例。课堂上进行理论讲解，课后学生自己实验，达到的效果并不是非常理想。理论知识是抽象的、生硬的，而课后学生又由于个体动手能力的差异，实验环境的特殊性导致实验并不能够按照预期规定完成。利用网络系统的远程互联，课堂上进行实时远程演示，使用ssh命令登录到实验室特有的Linux服务器平台，实时演示各种攻击的命令发送过程，查看对服务器造成的攻击效果。从安全意义上讲，普通的计算机会对此类攻击命令进行安全预警或者防范拦截，课程的特殊性决定了该类实验所需的特定实验环境。因此，课堂远程演示结合课后学生统一开展实验课时，既丰富了课堂，激发了学生的学习兴趣，也能够让相应的实验课时更加高效。
（四）利用同一课题组老师自己研发的识别软件“基于图像识别技术及指纹采集技术”，实现刷脸上课或者指纹登录上课，避免了传统的课堂上点名的繁琐。 这样的刷脸方式或者指纹识别的方式，使学生在好奇心的驱使下增加了其上课的积极性，也减少了老师课堂时间的占用。为了督促学生充分学好每一门课，学校要求代课老师不定时点名，甚至要求至少一周一次的频率。传统的点名方式，老师需要逐一念出学生姓名。课堂时间有限，为了统计学生到课率，需要预留一部分时间，因此造成课堂时间的浪费。在点名的过程中，存在学生误答、替答，或者没有听到而不答的情况。采用刷脸方式或者指纹方式后，每次上课进教室的时候，利用专用的扫描设备完成签到，生成的即时的签到信息通过网络传输到后台数据库直接和学生的平时成绩表现对接，避免了替答、误答、不答的情况，也省去了老师的点名繁琐，节约了课堂时间，同时完成了学生平时成绩的考查。
三、主要存在的问题
经过一年的试验推进，学生普遍反映这样的新事物新手段增加了对本专业的认识，也提高了学习兴趣。但是，在新型的信息技术与传统的教学手段融合过程中也遇到了很多的问题。主要可以分为以下几类：
（一）信息技术的使用要求老师专业能力较强，部分教师根据专业的不同对新型信息技术的掌握熟练程度还不够。
高校教师的专业类型多，信息技术多属于工科类学科范畴，偏文科类的老师由于对工科类行业了解有限，因此，教学方法上更偏向于采用传统的常见的PPT投影的方式。有的教师尽管在思想观念上接受信息技术的融合，但从整合效果上看，依然有较大的差距。无论在使用信息技术的问题上，还是从备课、上课、研究等方面都未实现两者更深的融合，传统的教学模式还未突破，封闭式的教育教学方式依然存在。学生在使用电脑时，超过1/3的学生用于玩游戏，不到30%的学生会运用一些学习软件进行课外学习，大部分学生还没有将新型信息技术作为一种学习的工具，也没有真正体会到使用信息技术进行学习的快乐，因此，需要尽快改变学生现有的学习方式。
另外专业的不同使得教师对课堂教学的认识有区别，注重科研的老师没有足够的时间精力去研究传统课堂的转型或者提高自身的信息技术的相关能力。因此要全面实现信息技术与传统教学的融合，必须全面提高高校教师的课堂教学的认识和自身的信息技术专业水平。
（二）信息技术的引进，需要整个学校的教室建设规划和经济的支撑。
现有的教室虽然都具备多媒体教学环境，但设备的硬件配置参差不齐，信息技术的推广使用需要有相关配套设备的支持，需要学校投入一定的资金和人力去改善现有的教学环境。因此，各高校在推进速度上会有区别。
（三）信息技术要适度使用。
在实际课堂教学中，知识的传达经典的方法之一仍是传统的讲解授课。尽管在课堂上各个学生的表现会由于个体性格、知识水平的不同而不同，但课堂上过分依靠网络资源也会出现：学生过分注重信息技术带来的视觉、听觉享受而忽略了对文本知识本身内涵的理解掌握。课件中动画多媒体的展示也要适度，否则会让学生在对知识点的理解停留在其动画之内、音效之中。因此，在课堂的整体规划设计上，要巧妙恰当的使用多媒体动画，使其起到画龙点睛的作用，当语言描述不能更好地展现知识涵义时配合使用，教師配以详细的课堂理论讲解，通过这样的设计，多媒体课件才能充分发挥其在课堂教学上的价值。
（四）网络信息资源纵然丰富，但教学目标依然要按照课程大纲，不宜将知识面扩展过宽，使得教学目标发生偏移。
本科生的每一堂课，尽管内容相对较多，但教学设计都有一个明确的教学目标。因此存在一些老师在课堂上花费大量时间展示或补充知识点以外的内容，诸如科学常识等背景资料。这样的教学形式，使得课堂教学目标没有按照预期正常完成，对学生正常的知识接受造成了一定的影响。因此为了防止该类现象的出现，文本信息的延伸面要适度，防止过宽而导致其外延的无限膨胀，另外要在促进学生思维拓展和丰富学生对知识内涵的理解上下功夫，力求提升学生的创新力和动手能力。 （五）信息技术、学生、老师之间关系的协调。
信息技术的引入使得传统的课堂教学发生改变，随着信息技术的深度融合，教学不是单纯的教师教、学生学的被动累加，而是互相都在学习的共同体。然而，在实际应用中，不少教师仍然摆脱不了课堂“总导演”的角色，传统的一节课讲到底的方法不能摒弃，甚至是“穿新鞋，走旧路”，学生只能被动地参与课堂活动，极大地挫伤了学生的学习积极性和主动性。教师在操控教学信息时，忽视了学生在课堂上的主体作用，师生关系处理不当。在信息技术支持下的课堂教学中，教师必须重新认识与学生的关系。在构建新型课堂教学模式时，要正确处理技术因素，把教学作为师生平等参与和互动的过程，教师切不可充当唯一的信息源，必须充分调动学生的学习主动性和积极性，真正成为课堂的“主人”。
结语
信息技术的飞速发展，带来了新的教学工具，产生了新的教学手段。对信息安全专业的本科生利用学科专业的特色，在教学过程中引入新型的几种信息技术教学手段，利用课程网站共享教学资源，利用动画模拟仿真理论算法，利用远程操控演示理论具体过程，利用刷脸、指纹识别技术实现课堂点名，等等，充分地调动了学生的学习积极性，将传统的“老师一味的讲”逐步转变成了“学生主动的找知识学”。文中所用的一些信息技术都是笔者自己的科研团队一起研发的小程序，因此大面积推广还需技术的不断完善。尽管文中也提到普及信息技术依然有各种问题，需要一段时间，但是，对信息安全专业的本科学生经过一年的实践教学证明，将新型的信息技术与传统的教学手段深度融合，可以充分提高学生的学习兴趣、实践能力和创新能力，能够有效提高课程的教学质量和达到显著的效果。
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作者简介：
樊彩霞（1983—），女，山西忻州人，讲师，主要从事网络信息安全和图像处理的研究。
李聪（1978-），女，河南郑州人，副教授，主要从事信息采集与处理研究。
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