核心素養(yǎng)下的“數(shù)據(jù)加密與安全”教學(xué)策略研究

葉敏紅

【摘 要】全面提升學(xué)生的信息素養(yǎng)是普通高中信息技術(shù)課程的根本任務(wù)，學(xué)科核心素養(yǎng)是信息素養(yǎng)的具體表現(xiàn)。為了將學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)在課堂教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)課程的根本任務(wù)，學(xué)科教師不僅要理解信息素養(yǎng)包括信息的獲取、加工、傳遞、管理等基本技能，更重要的還在于提高學(xué)生利用數(shù)字化工具改善學(xué)習(xí)的意識和能力，安全負(fù)責(zé)任地使用數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】學(xué)科核心素養(yǎng)；加密；安全

一、學(xué)科核心素養(yǎng)

1.能夠遵守信息社會的法律法規(guī)，安全地使用信息技術(shù)，既能有效維護(hù)信息活動中個體的合法權(quán)益，又能積極維護(hù)他人合法權(quán)益和公共信息安全。

2.能夠依據(jù)計算機(jī)解決問題的方法，將問題形式化；抽象問題特征，建立結(jié)構(gòu)模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和組織。

二、課程標(biāo)準(zhǔn)要求

1.認(rèn)識到信息系統(tǒng)應(yīng)用過程中存在的風(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。

2.通過解決實(shí)際問題，掌握一種程序設(shè)計語言的基本知識，體驗(yàn)程序設(shè)計的基本流程。

三、學(xué)業(yè)要求

1.初步了解在進(jìn)行信息系統(tǒng)應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)面臨著一系列安全問題，能描述數(shù)據(jù)存在的安全問題。

2.通過加、解密實(shí)踐與體驗(yàn)，初步學(xué)會用學(xué)過的程序設(shè)計語言進(jìn)行數(shù)據(jù)加、解密程序的設(shè)計。

3.通過對數(shù)據(jù)的安全防范技術(shù)的學(xué)習(xí)，提升信息安全意識，能主動保護(hù)自身數(shù)據(jù)的安全和尊重他人的數(shù)據(jù)安全。

四、教學(xué)對象分析與教學(xué)設(shè)計

本案例適用對象為高中一年級學(xué)生，這一階段的學(xué)生正處在抽象邏輯思維逐步形成的過程中。任務(wù)的設(shè)計應(yīng)針對他們的特點(diǎn)，形象性與抽象性結(jié)合，任務(wù)難度不宜過大。高一學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)和生活階段已經(jīng)積累了一定的信息安全意識，初步了解數(shù)據(jù)安全的重要性，但對比較高級的常用數(shù)據(jù)加密技術(shù)不甚清楚。

五、教學(xué)需要分析與教學(xué)設(shè)計

信息素養(yǎng)不僅包括信息的獲取、加工、傳遞、管理等基本技能，更重要的還在于提高學(xué)生利用數(shù)字化工具改善學(xué)習(xí)的意識和能力，安全負(fù)責(zé)任地使用數(shù)據(jù)，體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)。

通過網(wǎng)上問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高一學(xué)生有76.2%的學(xué)生不了解強(qiáng)密碼的設(shè)置要求，多數(shù)學(xué)生會在微博、微信、Email、QQ等涉及個人信息安全的服務(wù)上使用相同的密碼，還會把重要的信息記錄在記事本中，且不加任何加密，甚至把重要的密碼以明文的形式記錄在電腦中；這說明他們的信息安全意識較匱乏。

怎樣讓學(xué)生認(rèn)識到“數(shù)據(jù)安全的重要性”呢？筆者設(shè)計了“對比了解網(wǎng)頁后臺數(shù)據(jù)庫Access明文和密文管理注冊用戶的口令”這一任務(wù)，提高學(xué)生數(shù)據(jù)安全意識。同時，引導(dǎo)學(xué)生掌握加密的基本步驟和常用技術(shù)，通過自主上機(jī)探究體驗(yàn)，用學(xué)過的程序語言（如Python）實(shí)現(xiàn)簡單的加密算法，促進(jìn)學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)，提升在應(yīng)用信息系統(tǒng)過程中保護(hù)數(shù)據(jù)的意識和能力。

六、教學(xué)策略設(shè)計

1.教學(xué)方法設(shè)計

在教學(xué)中選用了學(xué)生感興趣的“Access密文管理注冊用戶口令”和“凱撒密碼”的例子，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出密碼、密鑰和對稱與非對稱密碼體制的概念，學(xué)生根據(jù)自己的能力水平，有選擇地選取上機(jī)探究任務(wù)，完成“置換密碼”“換位密碼”“簡單異或”一種或更多種的程序體驗(yàn)，學(xué)有余力的學(xué)生還可嘗試探究書上其它密碼程序的編寫。

在教學(xué)設(shè)計中安排大量的嘗試性、探索性的活動，引導(dǎo)學(xué)生積極主動地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。逐步建立起自主性和研究性的學(xué)習(xí)模式，突出學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位。教學(xué)中安排大量的實(shí)踐性、操作性的內(nèi)容，使學(xué)生在具體活動中理解加密和解密的基礎(chǔ)知識，掌握數(shù)據(jù)安全防范的基本技能，并能夠靈活應(yīng)用到學(xué)習(xí)和生活中。

2.關(guān)于教-學(xué)流程和教-學(xué)活動的設(shè)計思路

3.學(xué)生上機(jī)操作安排

學(xué)生上機(jī)操作的任務(wù)和目標(biāo)；教師應(yīng)注意哪些方面的巡視指導(dǎo)？由于學(xué)生已有信息技術(shù)水平參差不齊，上機(jī)練習(xí)采用分層的任務(wù)和目標(biāo)。

A類：模仿書上程序進(jìn)行凱撒加密算法設(shè)計，運(yùn)行程序，看運(yùn)行結(jié)果，親身感受用計算機(jī)程序解決加密問題的過程，懂得計算機(jī)程序設(shè)計的基本流程。

B類：在A類的基礎(chǔ)上，能修改源程序完成其他兩種加密算法。

教師應(yīng)注意學(xué)生是否正確的運(yùn)行了程序，看到了運(yùn)行結(jié)果；學(xué)生在修改源程序時，問題是否能解決。

七、教與學(xué)的實(shí)際過程描述

1.情境導(dǎo)入

教師引導(dǎo)學(xué)生針對以下問題進(jìn)行思考、討論回答。

導(dǎo)入1：探究任務(wù)：學(xué)生在網(wǎng)頁端注冊用戶，教師展示后臺數(shù)據(jù)庫如何管理注冊用戶的口令，讓學(xué)生體驗(yàn)明文和密文兩種數(shù)據(jù)形式。

設(shè)計意圖：引起學(xué)生興趣，讓學(xué)生體驗(yàn)明文與密文兩種數(shù)據(jù)存儲形式，培養(yǎng)一定的信息安全意識。

導(dǎo)入2：提出問題，數(shù)據(jù)庫一旦被竊取，明文和密文保存數(shù)據(jù)哪種更安全？

設(shè)計意圖：通過學(xué)生的回答，了解學(xué)生對數(shù)據(jù)加密方法和步驟的掌握情況，在與學(xué)生互動的過程中觀察學(xué)生能否跟上教師的思維，幫助學(xué)生掌握數(shù)據(jù)加密的常用方法，引出本節(jié)課教學(xué)主題--數(shù)據(jù)加密與安全；

2.知識講解

結(jié)合案例，講解密碼、密匙和密碼體制概念；剖析數(shù)據(jù)加密的常用方法。

設(shè)計意圖：在與學(xué)生互動的過程中觀察學(xué)生能否跟上教師的思維，幫助學(xué)生掌握數(shù)據(jù)加密的常用方法。

3.自主學(xué)習(xí)

給出任務(wù)二：要求用學(xué)過的程序設(shè)計語言（如Python），參考教材中的“凱撒加密算法的程序?qū)崿F(xiàn)”的例子，學(xué)生根據(jù)自身能力選擇1～3個加密方法（置換密碼、換位密碼和簡單異或）進(jìn)行上機(jī)編程實(shí)踐。

學(xué)有余力的學(xué)生嘗試修改源程序參數(shù)，觀看不同的運(yùn)行結(jié)果。教師輔導(dǎo)學(xué)生上機(jī)練習(xí)，觀察學(xué)生誰做出了好的作品和修改源程序時出現(xiàn)的錯誤。

設(shè)計意圖：充分尊重學(xué)生的興趣點(diǎn)和關(guān)注點(diǎn)，讓學(xué)生自主選擇需編程實(shí)現(xiàn)的加密算法，引導(dǎo)學(xué)生親身感受計算機(jī)程序解決加密問題的過程，加深對加密方法的理解。

4.評價交流

學(xué)生展示作品、相互交流。教師對好的作品進(jìn)行評價，對出現(xiàn)錯誤進(jìn)行分析。教師可觀察學(xué)生對其的作業(yè)是否滿意，是否有成就感，及時給與鼓勵。

設(shè)計意圖：作品評價，促進(jìn)學(xué)生的交流與互相學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識“共享”共同提高，有助于教師及時發(fā)現(xiàn)教學(xué)中知識目標(biāo)達(dá)成度以及核心素養(yǎng)落實(shí)程度。

5.歸納總結(jié)

教師和學(xué)生一起總結(jié)數(shù)據(jù)加密的方法和過程，可由學(xué)生先自行總結(jié)，教師再進(jìn)行補(bǔ)充。

設(shè)計意圖：知識總結(jié)，幫助系統(tǒng)地鞏固知識。

6.教學(xué)提升

（1）讓學(xué)生感悟加解密的過程和數(shù)據(jù)安全的重要性，關(guān)注學(xué)生能感悟出什么。

設(shè)計意圖：落實(shí)信息社會責(zé)任意識的培養(yǎng)

（2）學(xué)生運(yùn)行教師準(zhǔn)備好的加、解密程序。

拓展任務(wù)：要求學(xué)生上網(wǎng)查閱數(shù)據(jù)安全的其他防范技術(shù)。