學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

信息系統(tǒng)是教科版高中信息技術(shù)必修2中的內(nèi)容，介紹了信息系統(tǒng)的組成、功能、集成、開發(fā)設(shè)計和安全等，但沒有明確指出自主可控的學(xué)習(xí)要求。自主可控是保障系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要手段，自主可控對保障國家信息安全具有重要意義。自主可控意味著信息安全容易治理，產(chǎn)品和服務(wù)一般不存在惡意后門，并可以不斷改進(jìn)或修補(bǔ)漏洞，具體來說，就是全面掌握產(chǎn)品核心技術(shù)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)從硬件到軟件自主開發(fā)的全程可控，并對自身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠自主管控，確保數(shù)據(jù)安全。

學(xué)習(xí)者分析

本節(jié)課的學(xué)習(xí)對象是高一學(xué)生，這個階段的學(xué)生邏輯思維趨于嚴(yán)密，具有很強(qiáng)的自主意識，具備一定的探究能力，喜歡通過自己動手實踐獲得新知。在程序設(shè)計方面，他們多次經(jīng)歷從問題到程序的思考過程，能夠編寫簡單的Python程序，但是使用圖形化編程語言Mind+的經(jīng)驗不多。在信息系統(tǒng)方面，他們有信息系統(tǒng)的使用經(jīng)驗，但缺少獨立設(shè)計信息系統(tǒng)的經(jīng)歷，對信息系統(tǒng)核心概念的理解缺乏深度。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

①理解自主可控的概念，了解自主可控與核心技術(shù)、硬件、軟件、數(shù)據(jù)安全等多種因素相關(guān)。

②體驗信息系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，經(jīng)歷信息系統(tǒng)的設(shè)計過程，感受信息系統(tǒng)中核心技術(shù)和數(shù)據(jù)的自主可控。

③增強(qiáng)自主可控意識，明確自主可控對國家安全的重要意義。

教學(xué)過程

1.項目引入，銀河號的啟示

活動1：觀看視頻，結(jié)合以下問題，對該案例進(jìn)行分析。

①銀河號為什么會失去方向？（美國惡意關(guān)閉了GPS信號）

②為什么美國可以關(guān)閉GPS信號？（GPS是美國政府研發(fā)建立的）

③如何才能擺脫這種受制于人的局面？（需要自主研發(fā)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，只有把核心技術(shù)掌握在自己手中才能實現(xiàn)自主可控）

分析：GPS是美國政府研發(fā)建立的，美國惡意關(guān)閉了GPS，導(dǎo)致銀河號失去方向。我們只有自主研發(fā)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，把核心技術(shù)掌握在自己手中才能實現(xiàn)自主可控。

項目提出：2020年6月23日，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)成功后，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，讓我們模擬北斗助力導(dǎo)彈發(fā)射的情境，自己動手設(shè)計一個“應(yīng)用北斗定位跟蹤導(dǎo)彈位置”微項目。

設(shè)計意圖：借助1993年美國惡意關(guān)閉GPS，導(dǎo)致銀河號在印度洋失去方向這一歷史事件，拋出問題“如何擺脫受制于人的局面”，引發(fā)學(xué)生思考自主可控的必要性，繼而提出完成“應(yīng)用北斗定位跟蹤導(dǎo)彈位置”微項目。

2.項目實施，模擬北斗應(yīng)用

活動2：需求分析，硬件搭建。

（1）分析“應(yīng)用北斗定位跟蹤導(dǎo)彈位置”微項目的基本功能（如下頁表1）。（獲取導(dǎo)彈發(fā)射過程中的實時位置，并傳輸回地面控制中心）

（2）學(xué)生分組（3人一組），明確各人的工作職責(zé)（如表2）。

（3）設(shè)計硬件結(jié)構(gòu)（如下圖）。

（4）根據(jù)結(jié)構(gòu)圖完成硬件連接。

活動3：編寫腳本，獲取導(dǎo)彈實時經(jīng)緯度。

①閱讀并分析腳本，完善現(xiàn)有程序。

②將程序燒錄至主控板。

③硬件工程師將設(shè)備帶至開闊地模擬導(dǎo)彈飛行，軟件工程師通過DFRobot物聯(lián)網(wǎng)接收導(dǎo)彈實時位置。

思考：導(dǎo)彈的位置信息是由我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的，會不會出現(xiàn)失去位置的問題？

小結(jié)：衛(wèi)星定位這個核心技術(shù)真正做到了自主可控，不會有被“卡脖子”的隱患。

設(shè)計意圖：通過前一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)能夠初步分析典型的信息系統(tǒng)，但對硬件的認(rèn)知僅僅局限于一個個名字，活動2的目的是幫助學(xué)生理清系統(tǒng)功能和硬件組成。由于多數(shù)學(xué)生沒有Mind+軟件的編程經(jīng)驗，因而教師提供了半成品程序，圖形化的積木編程可以把學(xué)生精力集中到實現(xiàn)功能的關(guān)鍵腳本上，而不用過多關(guān)注語法細(xì)節(jié)方面的問題。這個環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生感受核心技術(shù)是如何掌握在自己手中的，自主可控又是如何實現(xiàn)的。

3.查詢位置，感知數(shù)據(jù)可控

活動4：查詢導(dǎo)彈的地理位置。

（1）利用百度地圖拾取坐標(biāo)系統(tǒng)，并根據(jù)獲取的經(jīng)緯度值查詢導(dǎo)彈的地理位置。

（2）思考：為什么根據(jù)北斗測量到的經(jīng)緯度值查詢到的位置不是真實的地理位置？會不會是誤差造成的呢？

小結(jié)：根據(jù)精確的經(jīng)緯度可以準(zhǔn)確判斷當(dāng)前的地理位置，然而在百度地圖上通過經(jīng)緯度獲取的位置與實際位置偏移很大（約1公里），很明顯這不是正常誤差。

（3）觀看視頻，了解火星坐標(biāo)系統(tǒng)，感受數(shù)據(jù)可控。

小結(jié)：國家為了電子地圖安全，要求地圖服務(wù)商使用地圖保密插件，將實際坐標(biāo)加密成虛擬的坐標(biāo)，這樣就有效保證了地圖數(shù)據(jù)的安全和自主可控。這個加偏并不是線性的加偏，所以各地的偏移情況都會有所不同。加密后的坐標(biāo)常被稱為火星坐標(biāo)系統(tǒng)。

設(shè)計意圖：根據(jù)已有的經(jīng)驗和認(rèn)知，多數(shù)學(xué)生會認(rèn)為，有了精確的經(jīng)緯度可以判斷當(dāng)前的地理位置，但事實上偏移很大，通過這樣的認(rèn)知沖突引發(fā)學(xué)生思考造成該現(xiàn)象的原因。再通過教師的點撥，揭示現(xiàn)象背后的實質(zhì)：數(shù)據(jù)已成為信息時代的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，核心數(shù)據(jù)的自主可控是國家安全體系的重要組成部分。

4.項目拓展，感受自主可控

除了定位技術(shù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在我國信息化建設(shè)過程中，還要在哪些核心環(huán)節(jié)實現(xiàn)自主可控，才能維護(hù)國家的信息安全？

活動5：觀看微視頻，思考以下問題：

①視頻中涉及哪些應(yīng)用？

②在這些應(yīng)用中，實現(xiàn)了哪些方面的自主可控？

③思考什么是自主可控，并繪制關(guān)于自主可控的思維導(dǎo)圖。

小結(jié)：自主可控技術(shù)就是依靠自身研發(fā)設(shè)計，全面掌握產(chǎn)品核心技術(shù)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)從硬件到軟件的自主研發(fā)、生產(chǎn)、升級、維護(hù)的全程可控，并能夠自主管控產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)安全可靠、不被泄露。

設(shè)計意圖：通過觀看視頻讓學(xué)生進(jìn)一步感受到在信息化建設(shè)過程中，還需要在哪些環(huán)節(jié)實現(xiàn)自主可控，進(jìn)而提煉出什么是自主可控，并將思考的結(jié)果繪制成思維導(dǎo)圖。學(xué)生對自主可控的理解逐漸由模糊到清晰，建構(gòu)起對自主可控的全面認(rèn)知。

5.思維導(dǎo)圖，梳理自主可控

展示學(xué)生繪制的思維導(dǎo)圖，進(jìn)一步梳理自主可控的概念。

設(shè)計意圖：繪制思維導(dǎo)圖的過程是學(xué)生自主組織、梳理知識的過程，由于知識內(nèi)化能力和總結(jié)概括能力的局限，學(xué)生往往很難憑借一己之力繪制出完善的思維導(dǎo)圖，這時展示思維導(dǎo)圖就顯得尤為重要。這個環(huán)節(jié)不僅僅是反饋和評價，更重要的是互相啟迪、互相學(xué)習(xí)，通過展示多個學(xué)生的思維導(dǎo)圖，讓學(xué)生二次梳理自主可控概念，共同建構(gòu)完整的自主可控知識圖譜。

點評

自主可控是我國信息化建設(shè)過程中保護(hù)信息安全的重要目標(biāo)之一，對國家安全有著重要意義。為了幫助學(xué)生理解什么是自主可控，明確自主可控的戰(zhàn)略意義，體驗在信息系統(tǒng)中實現(xiàn)自主可控的策略，執(zhí)教教師采用了“為什么—怎么做—是什么”的邏輯主線，讓學(xué)生經(jīng)歷了對自主可控先抽象再具體、先模糊再清晰、先零散再系統(tǒng)的遞進(jìn)式認(rèn)知過程。

首先以1993年銀河號事件引入，讓學(xué)生清醒地認(rèn)識到“為什么”要自主可控，明白落后就要挨打，意識到自主可控技術(shù)對國家安全的重要意義，自主可控的需求自然發(fā)生。

有了強(qiáng)烈的自主可控需求，學(xué)生必然想知道“怎么做”才能實現(xiàn)自主可控。通過開展“應(yīng)用北斗定位跟蹤導(dǎo)彈位置”微項目，有效地將知識學(xué)習(xí)與技術(shù)實踐結(jié)合起來。學(xué)生在明確該系統(tǒng)基本功能的基礎(chǔ)上，選擇合適的傳感器和數(shù)據(jù)傳輸方式，連接設(shè)備，調(diào)試腳本和參數(shù)，真真切切地搭建了可以實際運(yùn)行的定位跟蹤系統(tǒng)，較好地體驗了核心技術(shù)的自主可控。隨后，學(xué)生利用自己制作的信息系統(tǒng)，獲取到精確的經(jīng)緯度值，然而卻未能如預(yù)期的那樣準(zhǔn)確判斷出當(dāng)前的地理位置，執(zhí)教教師及時把握認(rèn)知沖突，在“查詢導(dǎo)彈的地理位置”活動中，以問題引發(fā)學(xué)生自主思考，輔以視頻，讓學(xué)生深刻理解現(xiàn)象背后的本質(zhì)：數(shù)據(jù)的加密導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的“失真”，而數(shù)據(jù)的“失真”又保證了數(shù)據(jù)的安全。

自主可控程度和多重因素相關(guān)，如果將每一項自主可控因素都展開學(xué)習(xí)，在有限的課堂時間里是不切實際的。在項目拓展環(huán)節(jié)，執(zhí)教教師引導(dǎo)學(xué)生帶著問題觀看微視頻，由點及面，讓學(xué)生對自主可控“是什么”的認(rèn)識，由模糊逐漸變得清晰起來，最終完成了對自主可控的全面認(rèn)知。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，這一微項目通過對“應(yīng)用北斗定位跟蹤導(dǎo)彈位置”的仿真模擬，不僅讓學(xué)生在真實情境下進(jìn)行探究實踐，提升了解決真實問題的能力，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和自主原創(chuàng)精神。

（點評人：江蘇省鹽城市教育科學(xué)研究院 曹恒來）