学校收集学生密码

四、Just-in-Time Teaching模式的实施案例

美国杜克大学的Tammy Bailey和Jeffrey Forbes教授在他们于2004年夏天所教的“计算机科学导论”课程中曾较成功地运用Just-in-Time Teaching模式，取得较好效果。由于成功实施适时教学模式的关键是课前的预习——教师必须事先为下一节课精心设计好预习的内容和要求(既要符合下一节课的教学目标，又要具有很强的启发性和科学性；这样才能有效地激发学生对下一节课的学习兴趣，又能为下一节课的教学提供必要的知识准备)，所以对“预习内容和要求”的设计既是适时教学模式成功实施的重点也是难点。下面介绍的就是Bailey和Forbes两位教授在他们的课程中如何设计“预习内容和要求”的几个优秀案例(在关于密码技术课的案例中还包括有创设“学习者主动学习课堂”的设计内容)^[12]。

1.关于“算法设计课”的预习内容和要求

(1)要求学生先阅读George Polya著作中有关“问题求解”的基本概念^[13]。

(2)然后完成下面的思考与练习题：

“在汤姆的仓库里有三只水果箱。一只箱里装苹果，一只箱里装橙子，另一只箱里既有苹果又有橙子。箱子上有标签注明其中所装水果的名称，但是这些标签全都贴错了(所标注的水果名称与其中所装水果不符)。试问汤姆能否只从一只箱子中取出一个水果就判断出每只箱子里装的是什么水果？”

在课堂上教师对这一问题进行讲解时，应特别强调问题求解策略。对于当前面临的问题，从策略上说可以分两步求解：第一步先确定其中一只箱子的内容，这一步很简单，可以直接判定(因为是从一只箱子里直接取出水果)。第二步再判定另外两只箱子分别装什么水果，这就只能采用间接判定策略——因为这时不允许再从箱子里直接取水果(规定只许取一次)。如何间接判定呢？可以从给定的已知条件去分析；给定的已知条件是“箱子上有标签注明其中所装水果的名称，但是这些标签所标注的水果名称与其中所装水果全都不符”；于是，我们可以把注意力集中到另外两只箱子的标注情况——这两只箱子的不同标注情况只有三种可能，对这三种情况作简单的辩别，问题即可迎刃而解。

之所以要特别强调问题求解策略，其目的是要引出本课的主题“算法设计”，并要为本课主题的讲授做好铺垫。这是因为“算法设计”的具体内容就是问题求解策略的一步步贯彻与落实；只要问题的求解策略搞清楚了，算法设计的关键问题或核心问题也就解决了。由此可见，上述有关本课预习内容和要求的设计，对于本课(算法设计课)教学目标的达成来说，非常贴切、而且有效。

2.关于“密码技术课”的预习内容、要求和主动学习课堂

(1)先让学生阅读“恺撒密码”产生的历史和介绍美国RSA实验室(该实验室以研究加密算法而著名)的有关资料。

(2)思考下列问题：

①为何这种密码要以恺撒大帝的名字命名？什么是“密钥”？恺撒密码的密钥是多少？

②RSA如何与因特网一起对文明社会的方方面面(如商业、科技、教育等领域)产生影响？

(3)做下面两个练习题：

①右边引号中的消息“CTKTG IGJHI P SDV LXIW DGPCVT TNTQGDLH”已经过密钥为15的移动密码加密，请将它解密。

②假定你接收到右边引号中的消息“XII VLRO YXPB XOB YBILKD QL RP”，请将它解密；但你只知道该消息是用移动密码加了密，却忘记了密钥，你将怎样找出该密码的密钥？

(4)关于创设“学习者主动学习课堂”的设计

基本设计思想是，通过提出富有启发性且具有一定难度的问题让学生在课堂上进行讨论(或辩论)，在此基础上再让学生分小组开展合作探究，从而能在较大程度上调动学生在课堂上的主动性与积极性。所提出的问题是，如何对一段经过疑难密码加密的消息进行解密；已知条件是，这是一种字母表可随机变换的移动密码(但事先并不知道替换的模式)。让学生首先进行课堂讨论(或辩论)，然后再分成小组，通过合作探究去找出答案——希望学生通过自身的努力找到解密的办法，哪怕有26的阶乘(26！)那么多的可能替换模式。教师给出的提示是：只要善于利用字母、词汇出现频率和上下文等语言特征去缩小求解空间，就有可能使密码相对容易破解。

3.关于“人工智能课”的预习内容和要求

(1)先让学生阅读有关Eliza智能软件(这是首批尝试用人类的自然语言和一位模拟心理医生进行对话的人工智能程序)和“图灵测试”的资料，使学生初步了解什么是人工智能与图灵测试。

(2)为学生提供一种用Java语言实现的Eliza智能软件，然后让学生思考并回答下面的练习题：“花些时间和Eliza聊天。你能相信你是在和一个人交谈而不是在和机器交谈吗？你花了多长时间才确信自己不是在和人交谈？阐明你作出的回答。”

这种预习问题既可用于课堂教学之前，也可用于实验课之前，但实施效果不太一样。对于前一种情况，在随后的课堂讨论中，学生们一般会认为，Eliza软件之所以“漏馅”是由于其会话模式和人类有差异——他们可以用自然语言和语法分析方面的知识来说明这个问题；对于后一种情况，在随后的实验课中，学生们有可能自己编写出Eliza程序——那只不过是由Java程序解析的一个文件。Eliza程序在1966年刚被开发出来时相当简单，只使用了一个小型数据库用于存储单词、短语，并应用了一系列的匹配规则，借助这些规则可以形成人类回答时所要求的表达方式。但自那以后，已研发出许多更为复杂的程序用于仿真对话——这些复杂程序被称之为“Chatterbots”(“饶舌者”或“爱唠叨的人”)。研发这种程序的目的是要使人们相信：“Chatterbots”能和人类进行交谈(至少是简短的交谈)。目前较有代表性的一种Chatterbots程序叫Alice。下一个预习题就与Alice有关。

(3)为学生提供Alice智能软件，然后让学生思考并回答下面的练习题：“花些时间和Alice聊天，她会告诉你她是一个机器人。当你和Alice聊天时，你花了多长时间才确信自己不是在和一位假冒成机器人的人进行交谈？对你的回答加以说明。”

“饶舌者”Alice提出了一种和图灵测试相反的测试——在测试中被测对象力图以“计算机”而不是以人类的面目出现。这个练习题所起的重要作用是，可以把现代人工智能及其应用，包括在日常生活中的应用(例如语音识别、信息过滤、智能代理、网络游戏等等)引入随后的课堂讨论中，从而有效地破除学生对人工智能的神秘感，并激发起对学习人工智能的极大兴趣。