趙明陽

● 課標(biāo)要求

認識到信息系統(tǒng)應(yīng)用過程存在的風(fēng)險，熟悉信息系統(tǒng)安全防范的常用技術(shù)方法，養(yǎng)成規(guī)范的信息系統(tǒng)操作習(xí)慣，樹立信息安全意識。掌握一種程序設(shè)計語言的基本知識，使用程序設(shè)計語言實現(xiàn)簡單算法。通過解決實際問題，體驗程序設(shè)計的基本流程，感受算法的效率，掌握程序調(diào)試與運行的方法。

● 教學(xué)內(nèi)容分析

本課是浙教版高中信息技術(shù)必修2《信息系統(tǒng)與社會》第3章第2節(jié)第1課時，第3章的內(nèi)容主要是信息系統(tǒng)的安全，而本課內(nèi)容是該章的核心部分之一，主要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)安全的重要性，了解密碼與密鑰的區(qū)別，明文、密鑰、密文之間的關(guān)系，掌握愷撒加密算法與換位加密算法并嘗試體驗用計算機程序?qū)崿F(xiàn)等。對愷撒加密與解密還涉及程序的實現(xiàn)，教材采用Python語言實現(xiàn)加密算法。

● 學(xué)情分析

學(xué)生對數(shù)據(jù)安全有一定的生活經(jīng)驗和感性體驗，但是對加密算法了解較少，沒有接觸過程序?qū)崿F(xiàn)加密算法。學(xué)生學(xué)習(xí)過進制轉(zhuǎn)換、字符的編碼、算法的表示及程序設(shè)計基礎(chǔ)等內(nèi)容，這些理論與操作基礎(chǔ)可以幫助他們更好地理解與掌握加密算法。高一的學(xué)生思維活躍，好奇心強，信息安全意識偏弱，他們具備了一定的邏輯思維能力，但對利用計算機編程解決問題卻鮮有嘗試，需要教師在課堂中給予鼓勵并適當(dāng)?shù)刂笇?dǎo)啟發(fā)。

● 教學(xué)目標(biāo)及重難點

教學(xué)目標(biāo)：掌握愷撒加密算法與換位加密算法并嘗試體驗利用計算機程序?qū)崿F(xiàn);借助數(shù)字化資源自主探究、合作學(xué)習(xí)，學(xué)會分析問題并改進算法;感受利用計算機編程解決問題的優(yōu)勢，學(xué)會采用簡單的技術(shù)手段，保護數(shù)據(jù)、信息的安全。

重點：理解并掌握兩種加密算法（愷撒加密算法與換位加密算法）。

難點：正確分析問題并改進加密算法。

● 設(shè)計構(gòu)想

1.整體設(shè)想

本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)安排2個課時，第1課時主要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)安全的重要性，了解密碼與密鑰的區(qū)別，明文、密鑰、密文之間的關(guān)系，掌握愷撒加密算法與換位加密算法并嘗試體驗用計算機程序?qū)崿F(xiàn)。第2課時學(xué)習(xí)異或加密算法并體驗三種加密算法的解密過程，利用實踐與體驗“文檔安全保護”學(xué)會以不同的方式來保護數(shù)據(jù)安全。本節(jié)課是第1課時內(nèi)容。

2.教法學(xué)法

本課以“數(shù)據(jù)加密”主題為主線，以“提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力”為輔線，通過讓學(xué)生學(xué)習(xí)并實踐體驗愷撒加密算法與換位加密算法兩種加密算法，探究利用計算機編程解決問題的一般過程。課堂中教師采用情境教學(xué)貼近生活，聯(lián)系實際;利用任務(wù)驅(qū)動法，面向全體，層層遞進;借助數(shù)字化資源，通過引導(dǎo)學(xué)生進行自主探究、合作學(xué)習(xí)等方式培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的能力。整個課堂中學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單，學(xué)習(xí)愷撒加密算法與換位加密算法，并通過程序?qū)崿F(xiàn)體驗利用計算機解決問題的優(yōu)勢。

3.情境與任務(wù)

通過播放某網(wǎng)站用戶信息泄露的新聞引出情境，并與學(xué)生探討數(shù)據(jù)安全的話題，引出數(shù)據(jù)加密的任務(wù)?！罢n堂任務(wù)單”貫穿整個課堂，通過兩個“實踐與體驗”任務(wù)學(xué)習(xí)并掌握愷撒加密與換位加密算法。

4.學(xué)生活動

根據(jù)教師提供的學(xué)習(xí)任務(wù)單，學(xué)習(xí)兩種加密算法，并利用程序體驗計算機解決問題的優(yōu)勢。通過任務(wù)單中的實例分析兩種加密算法的缺點，根據(jù)教師的引導(dǎo)提出并分析結(jié)合兩種加密算法來提升數(shù)據(jù)的安全。

5.核心素養(yǎng)的落實

本課通過真實事件引入，在引導(dǎo)學(xué)生探討數(shù)據(jù)安全的重要性與課中討論分析兩種加密算法的缺點中，滲透信息意識的培養(yǎng);通過分析加密算法并抽象建模以及體驗程序?qū)嵺`，并分析兩種加密算法的缺點來改進算法，提升學(xué)生的計算思維;利用自助學(xué)習(xí)材料提升學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)能力;通過本課的學(xué)習(xí)，強化學(xué)生信息社會責(zé)任。

6.評價設(shè)計

過程性評價：在整個課堂教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生通過完成課堂任務(wù)單來記錄思維過程，教師在與學(xué)生交流過程中及時給予評價。終結(jié)性評價：通過網(wǎng)絡(luò)平臺完成自我評價。

● 教學(xué)過程

1.情境導(dǎo)入

教師播放新聞視頻創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生互動探討：用戶數(shù)據(jù)如何被泄露？如何規(guī)避數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險？非明文密碼對數(shù)據(jù)的安全有何作用？接著師生共同探討數(shù)據(jù)的各種安全隱患，教師引導(dǎo)學(xué)生思考如何有效規(guī)避數(shù)據(jù)泄露方面的危害，并引出數(shù)據(jù)加密的重要性。

設(shè)計意圖：通過生活真實事件導(dǎo)入，提升學(xué)生參與課堂的興趣，以引導(dǎo)學(xué)生討論探究數(shù)據(jù)信息安全的重要性。

2.新知初探

提出任務(wù)情境：“小王是某系統(tǒng)的管理員，數(shù)據(jù)庫中的注冊信息全部是明文存儲的，為了提升安全性，小王希望將密碼字段的內(nèi)容進行加密，他該如何實現(xiàn)？”師生共同探討加密策略，教師引出愷撒加密法與換位加密法，通過課件直觀演示并講授愷撒加密算法。

接著，引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)字化學(xué)習(xí)包自主探究學(xué)習(xí)換位加密算法，并比較兩種算法的不同。布置學(xué)生完成“課堂任務(wù)單”實踐與體驗1中的第1條加密任務(wù)并嘗試完成第2條加密任務(wù)，理解體會愷撒加密與換位加密的算法思想及明文、密鑰、密文之間的關(guān)系。

在完成任務(wù)單的時候?qū)W生很容易發(fā)現(xiàn)問題：“當(dāng)文本中字符較少時可以采用手工加密，如果需要對大量文本字符進行加密，該如何實現(xiàn)？”教師引導(dǎo)學(xué)生提出利用計算機程序來實現(xiàn)加密工作。展示并分析利用愷撒加密算法對文本進行加密的流程圖，布置實踐與體驗1中的體驗2（第2條）：打開Python程序，利用計算機程序?qū)嵺`體驗完成實踐與體驗1中的體驗2（第2條）與體驗3（第3條）加密任務(wù)。在實踐過程中，學(xué)生若遇到疑問，可通過數(shù)字化學(xué)習(xí)資源自助、互助解決問題。之后進行任務(wù)反饋交流，教師參與討論并實時評價。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生分析問題，學(xué)會根據(jù)問題特征抽象建立模型并設(shè)計簡單加密算法，提高其分析歸納能力和合作探究意識;讓學(xué)生經(jīng)歷利用計算機程序解決實際問題的過程，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，增強思維的嚴密性。

3.深入分析，改進算法

在學(xué)習(xí)兩種加密算法之后，教師引導(dǎo)學(xué)生分析愷撒加密與換位加密算法的解密過程，提出“愷撒加密法本質(zhì)上只有25種密鑰，容易被黑客通過枚舉密鑰暴力破解，換位加密法容易被看出換位的策略”，引導(dǎo)學(xué)生思考并討論如何在原有的算法基礎(chǔ)上改進加密算法增加密文的安全性，并提出解決方案——利用愷撒加密與換位加密有機結(jié)合的形式提升密文的安全性。布置實踐與體驗2：實踐體驗利用改進的加密程序進行加密，感受改進后的加密算法與原算法的區(qū)別。學(xué)生按照自己的算法思想改進程序，完成后提交任務(wù)單。之后反饋成果并展示交流。

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生分析愷撒加密法的缺點來發(fā)現(xiàn)問題，并解決問題，讓學(xué)生在探究中理解，在活動中收獲，在發(fā)現(xiàn)中提高。引導(dǎo)學(xué)生評估問題的解決方案，并采用恰當(dāng)?shù)姆椒ǜ倪M算法，感受加密算法并不神秘。

4.拓展提高，總結(jié)升華

教師介紹保護數(shù)據(jù)安全的其他加密方式，并讓學(xué)生實踐體驗利用設(shè)置口令的方式保護數(shù)據(jù)安全的方法。之后再介紹其他更加復(fù)雜的加密算法，如DES分組加密算法、非對稱的RSA加密算法、MD5加密算法等。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)利用信息技術(shù)解決問題，并能遷移到解決生活中的相關(guān)問題中。激發(fā)學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)的興趣，提升其信息安全意識。

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺填寫課堂自我評價表，并提交課堂任務(wù)單。教師布置課后思考練習(xí)題。

設(shè)計意圖：通過總結(jié)與評價梳理本課知識點，布置學(xué)生填寫課堂自我評價表實現(xiàn)自我診斷、自我反思、自我調(diào)整、自我激勵。布置課后思考練習(xí)，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計的興趣。

● 教學(xué)反思

本課具有以下三個方面的優(yōu)點：第一，創(chuàng)設(shè)生活化的情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本課通過真實案例引入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使枯燥的學(xué)習(xí)變得生動有趣，學(xué)生在主動需求下完成任務(wù)，事半功倍。第二，以任務(wù)為主線實施課堂教學(xué)，加強學(xué)生探究學(xué)習(xí)。本課以“數(shù)據(jù)加密”主題為主線，以提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力為輔線，通過讓學(xué)生學(xué)習(xí)并實踐體驗兩種加密算法，探究利用計算機編程解決問題的一般過程。本節(jié)課充分體現(xiàn)了學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是主導(dǎo)，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)和主動探究的氛圍中學(xué)習(xí)新知，主動建構(gòu)，不斷深入。第三，創(chuàng)設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)能力，落實核心素養(yǎng)。為學(xué)生提供多樣的學(xué)習(xí)資源（視頻、文檔、網(wǎng)絡(luò)平臺等），在多媒體教學(xué)平臺中，教師發(fā)布教學(xué)資源，進行任務(wù)布置，開展教學(xué)評價，充分體現(xiàn)了數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的優(yōu)勢，豐富了教學(xué)手段，改變了教學(xué)方式。

本課內(nèi)容需要不斷引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，然后使用課堂所學(xué)解決問題，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中思考并學(xué)習(xí)實踐，所以時間比較緊。若需要讓學(xué)生自己動手實現(xiàn)加密算法的代碼，可以再增加一個課時，讓學(xué)生有充分的時間對該課的知識和技能進行內(nèi)化。

點 ?評

“數(shù)據(jù)加密與安全”這一教學(xué)內(nèi)容選自浙教版高中信息技術(shù)必修2《信息系統(tǒng)與社會》，趙老師在設(shè)計時采用四線合一，即將教學(xué)組織線的5個環(huán)節(jié)緊緊圍繞“數(shù)據(jù)加密”這條任務(wù)主題線展開，在教師的精心組織下，學(xué)生沿著“思考→分析→實踐→總結(jié)→反思”認知學(xué)習(xí)線，展開對“為何要加密→如何加密→加密的程序?qū)崿F(xiàn)→解密過程與加密算法的改進→了解其他加密算法”內(nèi)容體系線的學(xué)習(xí)，勾勒出“數(shù)據(jù)加密與安全”的立體教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生關(guān)于數(shù)據(jù)安全方面的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，凸顯新課標(biāo)提出的數(shù)據(jù)、算法、信息社會等學(xué)科大概念。整個教學(xué)過程通過真實事件引出在日常生活和工作學(xué)習(xí)中應(yīng)該加強防護意識，引導(dǎo)學(xué)生探討數(shù)據(jù)安全的重要性，分析愷撒加密法、換位加密法兩種加密算法的缺點，提出改進和完善算法，進一步加強數(shù)據(jù)、信息安全意識，提升計算思維，增強信息社會責(zé)任感，較好地落實了信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，達成了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。本節(jié)課在如何處理新教材、如何讓學(xué)生在實踐探究中有效體驗數(shù)據(jù)加密與安全等偏理論化的知識進行了探索，取得了較好的效果，值得借鑒與學(xué)習(xí)。