密码学课程“两性一度”建设探索

[中图分类号］G642 [文献标志码］A [文章编号]2096-0603（2025）12-0125-04

一、引言

“两性一度”是教育部在高等教育领域提出的课程建设标准，具体指的是：高阶性，指的是课程要培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维能力，强调知识、能力和素质的有机融合；创新性，课程内容应该反映学科的前沿性和时代性，教学形式要先进和互动，学习结果应具有探究性和个性化；挑战度，课程应有一定的难度，需要学生和教师付出努力才能达到，对教师备课和学生课下学习有较高要求1。这个概念在2018年的“中国大学教学论坛”上首次被提出，并被写入教育部文件。“两性一度”旨在提升课程质量，推动教育的内涵式发展，提高人才培养质量。近年来，以“两性一度”为标准的课程建设探索和教学改革实践受到越来越多的关注[2-4]。

随着信息技术的飞速发展，密码学作为网络安全的基石，其重要性日益凸显。然而，传统的密码学课程在教学内容、更新速度、实践环节以及学生学习积极性等方面存在诸多不足，这些问题不仅影响了学生的学习效果，也限制了他们实际应用能力的培养。目前，众多高校已将密码学课程纳入教学体系，并积极投身于该课程的教学研究工作。刘杨等采用项目驱动教学法与分层目标教学法，构建了一种适用于网络空间安全专业的密码学教学模式。李德顺等面对本科院校密码学课程所面临的诸多挑战，制定了一套本科院校密码学课程体系的建设与改革方案。李大伟等针对传统密码学教学中理论与实践脱节的问题，提出了一种融合多层次实践教学的密码学实验课程建设框架。为了应对这一挑战，本文提出了“两性一度"建设探索，即通过模块化教学内容、实验课程开发、实践平台建设等改革措施，以实现密码学课程的高阶性、创新性和挑战度。CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育模式，是一种以产品研发到产品运行的生命周期为载体的教育模式，它强调学生的主动学习、实践能力和系统思维的培养。通过CDIO模式，学生可以在构思、设计、实现和运作的过程中全面掌握密码学的理论知识和实践技能。

二、课程建设的重要性与背景

（一）“两性一度”标准的内涵与意义

高阶性的主要目的是培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维能力。密码学课程作为网络安全领域的重要基础课程，其高阶性体现在能够引导学生深人理解密码学的核心概念和原理，掌握各种密码算法的设计与分析方法，培养学生解决复杂网络安全问题的综合能力。同时，高阶性还要求学生具备高级思维能力，如批判性思维、创新思维和系统思维。在密码学课程中，学生需要对不同的密码算法进行分析和比较，评估其安全性和性能，提出改进和创新的方法。同时，学生需要将密码学知识与其他相关学科知识相结合，如计算机科学、数学、通信工程等，构建完整的网络安全解决方案。

创新性要求教师顺应学科前沿性和时代性，采用先进教学形式和探究性学习的教学方法。密码学是一个不断发展和创新的学科，随着信息技术的飞速发展，新的密码算法和技术不断涌现。课程内容应及时反映这些学科前沿性和时代性，让学生了解最新的密码学研究成果和应用案例。例如，课程可以引入量子密码学的相关内容，让学生了解其基本原理和应用前景。教学形式应采用先进的教学手段和方法，如多媒体教学、在线教学、案例分析、项目实践等，激发学生的学习兴趣和主动性。例如，通过播放密码学相关的动画演示作品，让学生更加直观地理解密码算法的工作原理。学习结果应具有探究性和个性化，鼓励学生自主探索和研究密码学领域的问题，培养学生的创新能力和实践能力。例如，布置开放性的课程作业和项目，让学生根据自己的兴趣和能力选择研究方向，提出自己的解决方案，并进行成果展示和交流。

挑战度是指对教师和学生提出较高要求，提升课程难度。密码学课程具有一定的难度，需要学生具备扎实的数学基础和计算机科学知识。课程对教师备课和学生课下学习有较高要求，教师需要精心设计教学内容和教学方法，引导学生逐步掌握密码学知识和技能；学生需要付出更多的努力，积极开展自主学习和实践操作，才能达到课程的要求。挑战度还体现在课程的考核方式上，应采用多元化的考核方式，如考试、作业、项自实践、课堂表现等，全面评估学生的学习成果。同时，考核内容应具有一定的难度和深度，考查学生对密码学知识的理解和应用能力，以及解决实际问题的能力。

（二）密码学课程现状与问题

1.内容欠系统且更新缓慢

当前的密码学课程在内容编排上缺乏系统性和连贯性，导致学生难以形成完整的知识结构。课程设计中缺乏整体规划，知识点之间的联系较为松散。例如，在讲授密码算法时，常常是孤立地介绍每种算法，而未将其置于一个整体的框架中进行分析和比较。这种方式使学生难以理解各种算法之间的联系和适用场景。此外，密码学作为一门迅速发展的学科，其课程内容更新滞后，无法及时反映最新的研究成果和技术进展。教材的更新周期较长，以至于新兴领域如量子密码学、后量子密码学等在部分教材中未能充分体现，学生难以接触到这些前沿知识。同时，教学材料的整合不够及时，很多网络共享资源未能有效融人教学中，限制了学生获取更丰富学习材料的途径。

2.实践环节薄弱

在密码学课程中，实践环节通常被忽视，导致学生在实际应用上的能力较弱。实验课程缺乏系统性和多样性，内容单一，缺乏综合创新项目的设计。例如，密码算法实现实验往往只让学生实现一些基础的加密算法，而没有引导学生深人分析或改进这些算法。这样的实验安排未能充分锻炼学生的实际动手能力和创新思维。实验资源的配置也不够完善。缺乏详细的指导书、参考文献和示例代码，使学生在实验过程中无所适从。硬件设备与实验软件的配备不足，影响了实验的效果和质量。实验过程中，学生常常只是机械地完成任务，缺乏自主思考和探索的机会，无法培养主动解决问题的能力。

3.学生学习积极性低

密码学课程通常较为抽象、复杂，涉及大量的数学理论和算法，对学生的基础知识和思维能力提出了较高的要求。特别是在密码协议设计和分析方面的学习难度大，使一些学生在学习过程中容易产生挫败感和抵触情绪。教学方法过于单一，主要依赖于传统的讲授式教学，缺乏互动和趣味性。考核方式也存在不合理之处，过于侧重考试成绩，而忽视了对学生实践能力和创新能力的考核。这种重理论记忆轻应用能力的考核方式，使学生在学习过程中更注重理论知识的记忆，而忽视了实际应用能力的培养，难以适应未来工作的需求。

因此，课程设计者和教师需要在课程内容、教学方法和考核方式上进行深刻反思与改进，以更好地适应现代密码学教育的需求。课程建设总体思路如图1所示。

三、课程建设思路

为了提升课程的高阶性、创新性和挑战度，根据“两性一度”金课标准，从三个方面阐述密码学课程的建设思路。

（一）模块化教学内容

内容系统化与前沿化：模块化教学内容的设计旨在使课程内容更加系统化和前沿化。具体实施包括：基础模块，涵盖密码学的基本概念、对称加密、非对称加密、哈希函数等核心内容，确保所有学生掌握必要的基础知识；高级模块，介绍高级密码学、密码协议设计与分析、现代应用密码学等前沿知识，确保课程内容紧跟最新技术进展；应用模块，结合实际案例，讲解密码学在不同领域（如云计算、物联网、区块链等）中的应用，增强学生的实际应用能力。内容更新与优化：定期更新教材和教学材料，纳人最新的研究成果和技术进展。通过整合网络共享资源，如慕课视频、在线讲座等，制作立体化的教学资料库，供学生多视角学习。个性化学习：根据学生的兴趣和能力，提供不同难度和深度的学习模块。基础模块为必修内容，确保所有学生达到基本要求，高级模块和应用模块为选修内容，鼓励有能力和兴趣的学生进一步深入学习，培养其创新能力和研究能力。

（二）实验课程开发

系统化实验课程：设计并开发系统化的实验课程，涵盖密码算法实现、密码协议设计与分析等内容。实验课程的开发包括：基础实验，如对称加密算法实现、哈希函数设计等，培养学生的基本动手能力。高级实验，如公钥加密算法的实现与分析、数字签名与身份认证等，提升学生解决复杂问题的能力。综合实验，结合实际案例，设计综合性实验项目，如构建一个完整的加密通信系统，增强学生的综合应用能力。实验资源配置：在实验课程中，提供详细的实验指导书、参考文献和示例代码，帮助学生理解实验内容和操作步骤。同时，配备先进的硬件设备和密码学实验软件，确保实验课程的顺利进行。动手能力培养：通过实验课程，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力。在实验过程中，鼓励学生自主思考和探索，遇到问题时主动寻找解决方案，培养其独立思考和创新能力。

（三）实践平台建设

搭建密码学实践教学平台：提供丰富的实验项目和案例，支持学生进行密码算法的实现和测试。实践平台的建设包括：虚拟实验室，提供在线实验环境，学生可以通过网络进行实验操作，突破时间和空间的限制。实验项目库：建立实验项目库，涵盖各种密码学实验项目，学生可以根据需要选择不同难度和类型的实验项目进行操作。校企合作：引入实际案例和项目，增强学生的实践能力和就业竞争力。具体有实习实践，安排学生到相关企业实习，通过参与实际项目，了解密码学在企业中的应用，提升实践能力。项目合作：与企业合作开发实验项目，将企业的实际需求和案例引入教学，增强课程的实用性和前沿性。

四、课程建设实施方案及评价

（一）工程教育CDIO模式

CDIO模式是以工程实践为导向的教育方法，旨在培养学生从项目构思、设计、实现到运作的综合能力。通过真实工程项目，学生在四个阶段中提升系统思维、技术能力和综合素质。CDIO强调实践教学、跨学科合作和企业参与，注重理论与实际应用相结合，提升学生的创新能力和动手能力。这一模式不仅关注技术培养，还重视沟通、团队合作和项自管理，培养全面发展的高素质工程人才，满足现代工程领域的需求8。

（二）实施方案

针对以上课程建设思路和CDIO模式，按照文献[9-10操作分析和指标构建与实施方案，梳理密码学教学知识点，依据“高阶性"教学目标和CDIO工程教育能力大纲（表1），制定密码学课程大纲（表2）。在教学形式上，充分利用学校公共教学平台，采取线上线下相结合等形式。教学内容上，要及时反映学科前沿性和时代性以实现“创新性”。通过真实工程项目，在实践教学和跨学科合作以及企业的参与，使理论与实际应用相结合，提升师生的创新能力和动手能力，进而完成“挑战度”。

（三）方案评价

对课程建设实施方案，每学期来自学校教学督导按照“两性一度”标准的审核评估，以及同行的教学观摩评价，来自教师按照“两性一度"标准的自我评价和学生在考试结束后的评价。

五、结束语

本文通过“两性一度"标准对密码学课程进行了系统化的改革探索，取得了一定成效。模块化教学内容的设计使课程更加系统和前沿，实验课程的开发提升了学生的实际操作能力和问题解决能力，实践平台的建设提供了丰富的实验项目和案例，增强了学生的实践能力和就业竞争力。同时，通过引入CDIO工程教育模式，实现了理论与实践的紧密结合，培养了学生的创新能力和动手能力。展望未来，我们将继续优化课程内容和教学方法，结合密码学领域的最新发展，不断探索新的教学模式，力求为学生提供更优质的教育资源，培养具备高阶思维能力和创新能力的高素质人才。