中學生研究性學習課題的設計與實現

布森

摘要：高中生具有一定的認真和分析思考能力，隨著全國各地教育綜合改革的持續推進，高中學生的學習方式正在悄悄改變，許多高中的學生不再是“埋頭刷題”的“機器”，而是根據興趣愛好自主開展研究性學習。高一暑假期間通過參加“你說的是什么——關于密碼的研究”課題活動，對研究性學習過程中“分析確定選題、制定研究計劃、設計行動方案、開展調查研究、進行結論探究”五步流程有了進一步的了解，掌握了每個流程的實現步驟。通過分析課題研究過程中遇到的具體問題和解決思路，探討如何提高中學生研究性課題的新穎性和實用性，給中學生開展研究性學習提供參考和借鑒。

關鍵詞：研究性學習；課題設計；密碼學；調查研究

中圖分類號： G632 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

引言

研究性學習是國家教育部2000年1月頒布的《全日制普通高級中學課程計劃（試驗修訂稿）》中綜合實踐活動板塊的一項內容[1]。它是指學生在教師指導下，從學習生活和社會生活中選擇和確定研究專題，主動地獲取知識、應用知識、解決問題的活動[2]。《河南省普通高中學生綜合素質評價實施辦法（試行）》（豫教基〔2016〕123號）明確提出，把思想品德、學業水平、身心健康、藝術素養、社會實踐5個方面納入評價范圍。其中“社會實踐”方面重點記錄學生參加研究性學習、社會調查、科技活動、創造發明等情況，要求采用寫實的辦法客觀記錄集中反映綜合素質主要內容的具體活動。研究性學習課題的開展，不僅使同學們拓展了視野，也對生活、對社會多了一份思考，這份收獲是無法通過“刷題”獲得的。

2015年高一暑假期間，在鄭州十一中王曉旭老師的指導下，本人和同學們一起完成了“你說的是什么——關于密碼的研究”研究性學習課題，受到了有關專家的好評，被鄭州市教育局評為“2014-2015學年鄭州市中小學社會實踐活動優秀學員。”以此課題為例，對中學生研究性學習課題完成過程中遇到的具體問題和解決思路進行分析。

1 中學生研究性學習的定義和流程

1.1 中學生研究性學習的定義

研究性學習，廣義的理解是泛指學生探究問題的學習， 狹義的理解是指課堂教學中， 學生在教師指導下，用類似科學研究的方式獲取知識、應用知識、解決問題的學習方式[3]。

中學生研究性學習主要指狹義的理解，也就是以學生動手、動腦、主動探究實踐和相互交流為主要學習方式的研究活動， 它能給學生提供自主探索、合作學習， 獨立獲取知識的機會。學生在探究學習中，不是面對現成的陳述知識或程式化的練習題， 而是面對具有一定挑戰性的問題或任務。他們需要通過自主的、多樣的探究活動來回答問題或完成任務，并在此過程中獲得知識與技能， 培養創新精神和實踐能力。

中學生研究性學習具有開放性、探究性和實踐性等基本特點，它是以科學研究為主的課題研究活動，是以研究性學習為主要學習方式的課程[4]。

1.2 中學生研究性學習的流程

根據老師指導和探索實踐，中學生研究性學習一般包括“分析確定選題、制定研究計劃、設計行動方案、開展調查研究、進行結論探究”五步流程（圖1）。按照上述流程，對“你說的是什么——關于密碼的研究”研究性課題的設計思路和實現過程進行分析和探討。

2 分析確定選題

2.1 確定選題的方法

選題是開展研究性學習的基礎，是完成研究性學習活動的前提。高一暑假期間接到研究性學習任務時，對選擇什么樣的課題進行研究，同學們想法五花八門，沒有一個統一的標準。后來在老師的指導下，遵循選題是否有意義、是否適合中學生水平、探究步驟是否合理、研究結論是否清晰等標準，保證了我們選題的科學性。

2.2 確定選題的實例

以上四條原則，不是相互獨立的，而是緊密聯系在一起的。如我們小組最終確定的選題是“你說的是什么——關于密碼的研究”，就符合鍛煉實踐能力和創新能力的要求，課題內容貼近日常學習中的數學知識和邏輯推理知識，同學們通過查閱相關資料，進行破譯傳統加密技術的小試驗，驗證了相關結論，鍛煉了同學們的社會實踐能力，增強了同學們的科技創新能力。

3 制定研究計劃

3.1 制定計劃的方法

與大家熟悉的學習方式相比，研究性學習對同學們提出了完全不同的要求：在研究性學習中“學什么”要由你自己選擇，在研究性學習中“怎么學”要由同學們自己設計，在研究性學習中“學到什么程度”要由同學們自己作出預測和規定。

因此，確定研究性學習的選題之后，我們首先要制定研究計劃，也就是確定重點要解決的問題，并針對問題提出解決的想法或思路。一般來講，同學們可以根據以下幾個問題來制訂研究計劃：“問題是什么？”、“你對這個問題已經了解多少？”、“為了解決這個問題你還需要了解什么？”、“為了得到你所需要的信息，你將要做什么？”等等。當然，這個研究還會隨著后來新想法、新信息的出現，而加以適時調整與修訂。

3.2 制定計劃的實例

確定了“你說的是什么——關于密碼的研究”的研究性學習選題后，同學們經過分析，感覺密碼學作為一門科學性較強的學科，按照中學生目前水平，深入研究得出創新的結論比較困難，所以，我們把自己的研究性學習工作計劃進行了定位，主要是學習密碼學的古今發展歷程，了解一些簡單的密碼學構型原理，對簡單密碼進行制作破解等。

4 設計行動方案

4.1 設計方案的方法

通過分析研究計劃的內容，確定整個行動方案的框架，再根據目前所具備的條件和小組成員情況，設計調查研究方法和具體行動方案。

4.2 設計方案的實例

（1）采用文獻法，查閱相關文獻，了解密碼的發展歷程和分類，并對最新的成就進行研究，展開學習。分析古典加密（機械階段）和近代加密技術（計算機技術與編程）的異同點，

（2）采用實踐法，通過有趣的密碼破譯游戲，讓大家認識到密碼的魅力所在。了解密碼的基本原理，使研究更具說服力和真實性。實踐內容包括簡單的替換加密法、換位加密法、進行密碼加密法，以及利用米湯密寫、利用化學方法進行密碼加密等。

（3）采用實踐法，了解計算機時代加密矩陣法、替換加密法、換位加密法、多碼加密法等加密技術的原理，通過小組實踐演示進行密碼破譯。

（4）采用問卷調查的方法，以問卷的方式獲得不同年齡和職位人群的信息數據，調查人們對密碼的了解情況和興趣，對結果進行分析與研究，得出結論。

（5）匯總研究性學習成果，由指導老師對小組的研究提出建議，小組成員進一步改進，對研究成果進一步分析和整理，匯總成文。

5 開展調查研究

5.1調查研究的方法

按照設計的行動方案，通過諸如問卷、觀察、訪談、查閱文獻資料、搜集事物作品等形式，去獲取解決問題所需要的資料信息。

5.2調查研究的實例

我們小組首先利用化學方法進行密碼加密。在這個環節中用了兩種辦法進行密寫，分別是米湯密寫和檸檬汁密寫。米湯密寫就是利用米湯的主要成分是淀粉，在紙上書寫不會留痕跡，干燥后與普通白紙并無差別所進行的，就是將平常家中蒸米飯時的米湯降至室溫，用毛筆蘸取米湯在紙上寫字，晾干后用碘酒來顯示，字體呈藍色 。而檸檬汁密寫則更具有一定的趣味性，它需要將檸檬榨汁，再用毛筆蘸檸檬汁在紙上寫字，晾干后將白紙與熱源保持20cm距離烘烤，受熱后變棕色，字跡就會像變魔術一樣漸漸顯現出來。而原理呢，則是因為檸檬汁中含有賽璐玢，晾干后紙上不會留下痕跡，檸檬汁著火點低于紙，在火上灼燒，密寫后的地方會變焦面顯出棕色字跡 。

接下來我們小組成員們對密碼的產生與發展進行了深入的研究，查閱了許多資料，并對從書上找來的密碼進行了分類研究。大致可以分為加密矩陣法（二分密碼：二維的，用5×5的矩陣加密）、替換加密法（仿射密碼：替換密碼，一個字母對一個字母。凱撒密碼：即將密文的每個字母向后推三位即得到原文希爾密碼：運用基本矩陣論原理的替換密碼。摩爾斯電碼：由一些表示數字的點和劃組成，數字對應單詞，需要查找一本代碼表才能知道每個詞對應的數），以及更深一層次的換位加密法、多碼加密法等 。又通過學習丹·布朗的小說《達芬奇密碼》，根據書中主角索菲·奈芙的密碼破譯工作，把一個個奇形怪狀的文字符號中蘊藏的深深的玄機來進行檢驗，別有一番樂趣。

最后，小組成員做了一些簡單的小密碼，并發放了一些調查問卷，針對不同的年齡、身份人群進行了簡單的調查，包括密碼的運用以及對密碼的了解等，了解了一些當代不同職業人員的對于密碼的看法。

6 進行結論探究

6.1結論探究的方法

對搜集到的資料信息進行組織和加工處理，或者對原有假設進行檢驗、得出結論；或者提出解決問題的初步方案；或者對各種可能的問題解決方案進行比較，選擇一個最佳的答案。

6.2結論探究的實例

第一，由于時間的倉促以及準備的不夠充分，對于構成當今社會的安保基礎——電子密碼系統的了解不深，可以說只是懂了一點皮毛。

第二，在進行具體的實驗操作時，因為沒有老師現場輔導，再加上本身的思考不夠全面，走了不少彎路，雖然最后完成了實驗，但也給大家以后的生活和工作提了一個醒，遇事要多問，并且要細心考慮周全。

第三，當自己制作簡單密碼的時候，并沒有完全掌握密碼的精髓，有一部分是比葫蘆畫瓢做出來的，主要是因為研究不夠深入。

7 結束語

當今經濟、科技迅速發展的社會，密碼學已越來越重要，本小組研究的“你說的是什么——關于密碼的研究”課題是一個實踐技術較強的探究，涉及到歷史，化學以及數學相關學科的知識，經過大家一個暑假的辛勤探究，初步有了一些成果，對密碼問題有了一定的看法。

在課題研究過程中，同學們對“分析確定選題→制定研究計劃→設計行動方案→開展調查研究→進行結論探究”五個階段有了明確理解，并掌握了具體步驟；通過自主完成有關密碼驗證的小試驗，對培養自身的科學探究動手能力有很大的幫助；在小組協作的過程中，既開闊了視野，又提高了大家的表達和交流能力，更重要的是大家在活動中領會到了小組協作的重要性。這些都是我們在平時很難學到的，在未來生活中難得的寶貴財富。

參考文獻：

[1] 葉秀丹.我國“研究性學習”的研究綜述[J].歷史教學問題，2006，（4）：103-105.

[2] 衛金磊，徐菊紅，陳迪.基于網絡的研究性學習要素及其實現過程[J].高等函授學報，2004，（6）：49 ～51.