虚拟仿真实验与CLIL双语教学模式在信息安全课程上的研究与实践

　　本文研究信息安全课程特点，将虚拟仿真实验和基于CLIL(Content and Language IntegratedLeaning)双语教学模式引入到信息安全的课程教学中。探索在信息安全课程的讲授过程中将英语的语言能力培养与信息安全的专业内容融合起来，语言和学科共同发挥作用;运用虚拟仿真实验等辅助手段，将信息安全的理论知识和实践知识结合起来，提高学生对信息安全专业的认知程度。

　　一、引言

　　信息安全学科是在信息技术及其应用的快速发展中逐渐形成的，它针对信息生成、存储、传输、处理和交互的各个环节，用数学方法刻画和描述其变换的过程和状态，建立安全控制与管理模型，进而保障信息及信息系统的高安全性、高可信性和高可用性。在当前信息化和经济全球化的时代背景下，做好民族高校信息安全领域的教学研究工作，为国家储备适应全球形势变化的复合型信息安全人才越发重要。

　　中南民族大学在信息安全人才培养方面做了很多工作。其计算机科学学院、数学与统计学学院在本科阶段开设了信息安全方面的课程，计算机科学学院的信息安全专业硕士点于2012年开始招生。其中计算机科学学院从2006年开设《信息安全》双语课程。信息安全教学研究方面还有长足的发展提升空间。

　　针对信息安全课程的特点，结合我们双语教学的经验和体会，就《信息安全》双语课程教学提出几点新的和若干建议，其中关于教材的论述等课程相关情况见孟博老师的论文[1]。

　　二、信息安全课程特点

　　《信息安全》难教，学生难懂，实验难做。我们组成员以信息安全专业领域为教学内容，进行教学模式与教学方法的研究与实践。

　　《信息安全》课程特点[1-3]：

　　1.信息安全学科基础涉及面广。信息安全是一门新兴的学科，也是一门综合性很强的交叉学科，涉及密码学、通信、数学、计算机等诸多学科。

　　2.信息安全专业基础课程要求多。要想较好地掌握这门课程，需要学习数学基础课程、电路基础课程、密码学基础课程、计算机理论基础课程、网络通信基础课程等。

　　3.信息安全专业前沿性强，知识更新快。信息安全专业是围绕攻防、对抗策略和技术展开研究的，随着科学技术的发展，该研究领域的知识创新多且快。

　　我们在信息安全课程传授的过程中面临的困难如下所示：

　　(1)民族院校的学生专业素质和英语素质高低不齐;

　　(2)信息安全相关的资源分散;

　　(3)英语语言的教学与专业教育的脱节;

　　(4)理论知识和实践知识结合不紧密。

　　根据信息安全课程的特点，只有保持信息安全传授内容理论与实践知识的先进性，及时了解该学科最新研究发展动态和前沿，才能培养出具有实践和创新能力的高层次高素质人才。结合我们面临的困难，考虑到两个因素：(1)信息安全相关的前沿知识的语言载体是主要英语;(2)在课堂上尝试将理论知识和实践知识有机的结合起来，我们研究并实践将虚拟仿真实验和CLIL双语教学应用到信息安全课程传授中的模式。

　　三、虚拟仿真实验的概念及模式

　　虚拟仿真实验教学是学科专业与信息技术深度融合的产物，运用虚拟现实技术模拟实物实验的计算机辅助教学软件。目前的国内外模拟仿真软件总结如下。

　　PSPICE[4]是由SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)发展而来的用于微机系列的通用电子电路功能的仿真，是一个多功能的电路模拟试验平台;Tina Pro[5]是欧洲DesignSoft公司研发的一个电子设计自动化软件，它用于模拟与数字电路的仿真分析和设计研究，分析结果可以很好地展现在图表或虚拟设备中;CircuitMaker[6]软件用于电子电路仿真实验，是一种用于电路描述与仿真的语言与仿真器软件，用于检测电路的连接和功能的完整性;Proteus[7]软件是英国Labcenter electronics公司发布的EDA软件，提供仿真单片机及外围器件的工具，该软件将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台;Boson NetSim[8]模拟Cisco路由器、交换机，可自定义网络拓扑结构及连接。

　　根据《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》，教育部于2013年开始启动了开展了国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。北京邮电大学建设了国家级北邮电子信息虚拟仿真实验教学中心，开发了“开放式虚拟仿真实验教学管理平台”[9，10]。我们尝试将该平台作为信息安全课堂的辅助教学，其中一个教学内容使用虚拟仿真平台进行的网络构建，如图1所示。

　　四、CLIL双语教学的概念及模式

　　双语教学是在教学过程中使用除母语以外的一种外语，通过两种语言作为教学媒介，并在教学过程中提高学生的专业能力和外语水平。关于双语教学的模式，有多种不同的分类，如美国的“过渡式”、加拿大等“法语浸入式”等模式。20世纪20年代，CLIL(Content and Language IntegratedLeaning)[11-13]广泛应用于欧洲的双语教学领域。CLIL中文译为内容和语言的融合学习，是指将一门或多门外语作为非语言学科的教学语言，在此过程中，语言和学科将共同发挥作用。以学科内容为核心，使用真实的语言及语言材料，在课堂教学中注重学生的语言、认知和情感等因素。CLIL是欧盟在“培养多语言能力公民、促进语言教学的发展和多样化”的决议框架下推动欧盟各国开展的一种双语教学模式。这种模式相对于源于北美被全球普遍采纳的浸入式双语教学，为双语教学的理论研究和实践教学都做出了具有革新意义的贡献。

　　选择英语作为学习信息安全学科知识的语言媒介，是因为英语是当今国际各种领域的交流合作中使用频率最高的语言种类。为了使学生适应国际化教育、产业的发展趋势，有效获得更多、更新的学科知识和科技信息，并能够把我们的科技成果推向世界，高等教育承担起培养具有国际视野、具备国际竞争能力的创新型、复合型高级专门人才的责任，而双语教学可以说是承担责任的前提或必要条件。特别是CLIL双语教学模式对于中国的双语教学更具有实际的借鉴意义。CLIL双语教学模式可分为三个方面的内容，如图2所示。

　　1.内容相关的学习(Content-related learning)。在课堂上使用的全英语教学材料，该材料是否合适教学，主要看以下几个方面：通过本教学材料的学习，学生可否掌握两个以上的知识点;量化掌握知识的目标;通过什么策略让学生来掌握这些知识点，比如在学生已有知识的层面上通过视觉、或头脑风暴活动、以更友好的方式展示知识点、通过不同的学习方式如游戏或者视频支持、安排有挑战性的任务给学生来完成;

　　2.语言相关的学习(Language-related learning)。解释可能影响学生理解文章的单词;量化和语言相关的学习掌握指标;写出让学习者完成目标需要用到的策略，如尽量将英文材料通俗易懂、将关键词标下划线、英文材料提供词汇表等;

　　3.学习技能相关的学习(Learning skills-related learning)。标出技能相关的目标;量化这些目标;设计好的策略帮助学习者完成这些目标，比如重新组织知识点、通过图表等分析知识点等。

　　CLIL双语教学模式认为人的认知过程可分为5个渐进过程，即记忆、理解、运用、分析、评价、创造(Remember，Understand，Apply，Analyse，Evaluate，Create)。其中记忆、理解、运用是低层次的思维能力因为他们更具体，而分析、评价、创造是高层次的思维能力因为他们更抽象。

　　五、课程设置教学实践方案

　　通过对现有理论和实践经验的研究和探索，采用虚拟仿真实验和CLIL双语教学方法应用到信息安全的课程教学实践中。课程设置方案氛围准备阶段、CLIL教学阶段、虚拟仿真实验阶段，各阶段描述如下：

　　1.准备阶段：配发讲义，其内容主要与《Cryptography and Network Security Principles and Practice，Fifth Edition》(密码编码学与网络安全-原理与实践)课程内容接近，补充专业词汇和常见表达方式。该阶段按照教学进度安排学生自学并熟悉专业词汇，同时利用CLIL教学中针对词汇测试的有趣方法对学生进行词汇量的教学和测试。

　　教学阶段。教学过程中给出不同的和密码算法相关的英文版本供学生阅读、参考和讨论。在此基础上，针对不同的密码算法设计有特色的相关的简单的任务，教师讲解，学生组成团队合作，在给定的时间内呈现设计方案并且陈述其方案，交流的过程主要使用英语完成。

　　3.虚拟仿真实验阶段。在教学过程中，在算法很抽象或者熟悉相关密码算法后，老师通过虚拟仿真实验平台展示该算法的原理或实际应用，将抽象内容形象化和具体化。安排学生组成团队利用虚拟仿真实验平台设计网络安全实验，进一步巩固、实践其所学习的密码理论知识。

　　六、信息安全双语课程教学的心得与体会

　　将虚拟仿真实验和基于CLIL的双语教学引入到信息安全的课堂教学中，使得教学模式和方法多样化、智能化、规范化、国际化，旨在提高学生专业英语听说写能力;加强创新精神和实践能力的培养;更生动形象传达不易理解的知识。具体意义如图3描述，总结如下：

　　1.引入CLIL双语教学理论，将语言和学科融合进教学。学习探讨国际上主流的被大家认可的双语教学理论如CLIL，在此基础上探索适合民族院校学生特点的教学方式方法，在《信息安全》专业课程的讲授过程中将英语的语言能力培养与信息安全的专业内容融合起来一起学习，在此过程中，语言和学科将共同发挥作用。旨在提高学生的专业英语能力、扩大学生的知识面，为国家培养高素质复合型专业人才队伍。

　　2.搭建虚拟仿真实验平台，将理论和实践融合进教学。在课堂教学过程将动画模拟、虚拟仿真、远程实验和实物实验优化组合，探索各类案例的优势互补，旨在调动学生学习积极性、启迪思维、激发潜能。通过虚拟仿真实验平台，整合信息安全的相关资源，提供智能化的教学服务同时，培养学生的创新能力和动手能力。

　　本论文的探索方法将是鼓励课前预习、课程参与、课后实践。讲授方式的选择将会优化组合教学模式，激发学生学习热情，提高学习的主动性，提高学生的上课注意力。通过CLIL模式中各类学习技巧，逐步提高学生的英语能力和专业素质。

　　七、总结

　　本论文探索将CLIL双语教学模式和虚拟仿真实验应用到信息安全的课程教学过程中。学习探讨适合信息安全课程特点和民族院校教学特点的双语教学理论如CLIL双语教学模式，在《信息安全》专业课程的讲授过程中将英语的语言能力培养与信息安全的专业内容融合起来一起学习，语言和学科将共同发挥作用;同时运用虚拟仿真实验等辅助手段，将信息安全的理论知识和实践知识结合起来，提高学生对信息安全专业的认知程度。我们所做的努力最终的目标是让学生从记忆、理解、运用知识到能分析、评价、创造知识的转变，为社会培养大量既有丰富的专业知识又精通英语的高素质复合型人才。

　　作者：朱剑林　孟博　唐菀　侯睿　陈瑶　汤渊 来源：教育教学论坛 2016年33期