《信息系統(tǒng)的組成》教學案例

夏興紅

學科核心素養(yǎng)

①具備服務(wù)信息社會，為信息社會積極作貢獻的意識；具備選用信息技術(shù)工具進行信息安全防范的意識。（信息意識）

②針對給定的任務(wù)進行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問題，能把利用信息技術(shù)解決問題的過程遷移到學習和生活的其他相關(guān)問題的解決過程中。（計算思維）

③針對較復(fù)雜的學習任務(wù)，使用網(wǎng)絡(luò)工具快速搜索、獲取和甄別學習資源，在有效管理的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地解決問題，形成個性化的作品，在網(wǎng)絡(luò)學習空間中開展協(xié)作學習，建構(gòu)知識。（數(shù)字化學習與創(chuàng)新）

④認識信息技術(shù)發(fā)展對社會進步和人們生活帶來的影響，在信息活動中，認識到信息技術(shù)具有兩面性，在帶來積極作用的同時，也會帶來一些負面影響。（信息社會責任）

課程標準要求

探討信息技術(shù)對社會發(fā)展、科技進步以及人們生活、工作與學習的影響，描述信息社會的特征，了解信息技術(shù)的發(fā)展趨勢。

學業(yè)要求

能描述信息社會的特征，了解信息技術(shù)對社會發(fā)展、科技進步以及個人生活與學習的影響；在信息系統(tǒng)應(yīng)用過程中，能預(yù)判可能存在的信息泄露等安全風險，掌握信息系統(tǒng)安全防范的常用技術(shù)方法；認識信息系統(tǒng)在社會應(yīng)用中的優(yōu)勢及局限性，能夠自覺遵守相關(guān)法律法規(guī)與倫理道德規(guī)范。

教學內(nèi)容分析

本節(jié)選自教育科學出版社出版的高中信息技術(shù)必修2《信息系統(tǒng)與社會》第1單元第1節(jié)“信息系統(tǒng)的組成”，教學內(nèi)容圍繞“探究信息系統(tǒng)的組成”項目展開。具體內(nèi)容為：認識信息系統(tǒng)的基本組成；初步體驗信息系統(tǒng)對社會的影響；通過典型信息系統(tǒng)分析知曉信息系統(tǒng)是人造系統(tǒng)，功能多樣，可以根據(jù)復(fù)雜程序分為簡單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)和隨機系統(tǒng)。本節(jié)課內(nèi)容理論性知識點較多，實踐操作的內(nèi)容較少，所以在處理教學內(nèi)容的過程中，利用“后門”程序以及中國在世界上影響較大的兩個信息系統(tǒng)，引出信息系統(tǒng)安全問題以及后門的概念，幫助學生理解信息局限性，體會如何合理選擇信息系統(tǒng)，感知科技進步對社會帶來的創(chuàng)新和改變。

學情分析

高一學生的自我意識明顯增強，獨立思考和處理事務(wù)能力顯著發(fā)展，他們對生活中經(jīng)常使用的信息系統(tǒng)有充分的了解，有相應(yīng)的使用技巧，但不清楚信息系統(tǒng)的組成，也不知道如何突破信息系統(tǒng)局限性。

教學目標

①通過分析監(jiān)控系統(tǒng)和體驗student系統(tǒng)操作過程，認識信息系統(tǒng)的組成。

②通過觀察北斗和鴻蒙信息系統(tǒng)應(yīng)用場景，了解信息系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，體會信息系統(tǒng)組成大小的相對性與各部分相互協(xié)調(diào)工作的整體性，并分析信息系統(tǒng)的局限性。

③通過正確地選擇、使用、設(shè)計、評估信息系統(tǒng)，認識信息系統(tǒng)是一個整體，正確認識信息系統(tǒng)對社會的影響力。

教學重難點

重點：了解信息系統(tǒng)的組成。

難點：正確評估選擇信息系統(tǒng)。

教學策略分析

整個教學流程以分析典型信息系統(tǒng)（教室監(jiān)控系統(tǒng)）的組成作為導(dǎo)入，讓學生體驗使用Python編寫的帶“后門”的student系統(tǒng)，結(jié)合全球發(fā)生的重大后門安全事件，讓學生感受信息系統(tǒng)對社會的影響，同時認識到信息系統(tǒng)的局限性，學會評估信息系統(tǒng)、合理選擇信息系統(tǒng)；結(jié)合以上幾個方面綜合因素，鼓勵學生根據(jù)自己的需求設(shè)計一個信息系統(tǒng)功能模型（以思維導(dǎo)圖形式呈現(xiàn)），以培養(yǎng)學生發(fā)散性思維。教學流程示意圖如圖1所示。

教學過程

1.引入新課，實踐研討（13分鐘）

師：作為智慧校園，咱們學校的信息化系統(tǒng)是比較完善的，系統(tǒng)中最重要的是安防系統(tǒng)，而監(jiān)控設(shè)備在安防中必不可少，我們教室里就有兩個攝像頭，請同學們在視頻監(jiān)控窗口中找一找自己，并思考當前監(jiān)控系統(tǒng)由哪些部分組成。

生：攝像頭、網(wǎng)絡(luò)、計算機、瀏覽器、視頻、互聯(lián)網(wǎng)、用戶……

師：（教師把學生的回答歸類為五個基本組成部分）以人為主導(dǎo)，處理的是數(shù)據(jù)，且以計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，即為信息系統(tǒng)。

請同學們登錄student信息系統(tǒng)程序，按學習任務(wù)單上的步驟進行操作，體驗這個小型信息系統(tǒng)的使用，同時思考：student系統(tǒng)的五個基本組成部分具體是什么（如圖2）。

（學生按如圖3所示的流程體驗student系統(tǒng)）

學生活動1：

師：如果你需要設(shè)計一個信息系統(tǒng)，會選擇哪種途徑？（①自己設(shè)計；②找別人設(shè)計）請不同選擇的同學分別說一說理由。

生：（選擇①的理由）我的系統(tǒng)任我控，我想設(shè)計什么功能什么樣式都可以，自己設(shè)計安全性更可靠；（選擇②的理由）由于技術(shù)問題，覺得專業(yè)的人開發(fā)出的系統(tǒng)更專業(yè)、更完善。

師：student信息系統(tǒng)的五大組成部分分別是哪些？

生：硬件有計算機；軟件有Python、瀏覽器、word；通信方式是局域網(wǎng)；數(shù)據(jù)有鏈接視頻、文本、姓名及身份證密碼信息等。

設(shè)計意圖：學生比較熟悉監(jiān)控視頻，在視頻窗口中能找到自己，可體驗到監(jiān)控系統(tǒng)對安防工作的重要作用；通過對兩個簡單信息系統(tǒng)的組成的分析，能讓學生充分感知信息系統(tǒng)對生活產(chǎn)生的積極影響，從而激發(fā)學生對信息系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計的興趣。

2.案例分析，理解教材（17分鐘）

師：請大家觀察users文件里的身份證以及密碼，與你們剛剛輸入的內(nèi)容是否一致？

生：完全一致！

師：為什么我能輕松地獲取大家輸入的所有信息呢？（學生推測有漏洞）student程序里有一段代碼，因此能導(dǎo)出同學們登錄的數(shù)據(jù)，這就是后門，是設(shè)計者故意留的bug，平常大家說的漏洞是設(shè)計者無意留下的bug。接下來，請同學們了解一下影響全球的棱鏡門事件，并思考為什么美國能監(jiān)聽全球的互聯(lián)網(wǎng)，由此你想到了什么。

生：因為美國掌握了全球互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)；想到了信息系統(tǒng)安全問題。

師：怎樣才能挑選到安全可靠的信息系統(tǒng)呢？

生：自己開發(fā)。

師：我們必須選擇能夠自主可控的信息系統(tǒng)，中國研發(fā)的自主可控的信息系統(tǒng)在全球影響非常大的有哪些呢？

生：鴻蒙、北斗。

師：（播放視頻）剛剛我們分析了四個信息系統(tǒng)，分別是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、華為鴻蒙系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及student系統(tǒng)，接下來請同學們結(jié)合課本內(nèi)容，以組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜度為分類標準，對以上四個信息系統(tǒng)進行分類。

學生自學課本相關(guān)內(nèi)容，并給出總結(jié)：student系統(tǒng)是簡單系統(tǒng)，其他三個是復(fù)雜系統(tǒng)。

師：（總結(jié)學生回答情況）根據(jù)信息系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，可以將信息系統(tǒng)分為三種類型，即簡單系統(tǒng)、復(fù)雜系統(tǒng)和隨機系統(tǒng)。復(fù)雜系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)之間最大的區(qū)別就是復(fù)雜系統(tǒng)有子系統(tǒng)。請同學們說一說生活中用到的信息系統(tǒng)分別屬于哪一種。

生：（例1）淘寶屬于復(fù)雜系統(tǒng)；（例2）上課用的隨機點名系統(tǒng)屬于簡單系統(tǒng)；（例3）小黃車、微信屬于復(fù)雜系統(tǒng)；（例4）遙控窗簾屬于簡單系統(tǒng)。

師：通過以上對信息系統(tǒng)的分析，我們知道了信息系統(tǒng)是人造的系統(tǒng)，功能非常豐富，服務(wù)于各行各業(yè)。由此可見，信息系統(tǒng)對人類的發(fā)展有非常關(guān)鍵的影響，請結(jié)合自己的生活經(jīng)驗，從國家層面和個人層面回答，信息系統(tǒng)有哪些影響。

生：（國家層面）①信息系統(tǒng)促進了人類進步，推動了國家經(jīng)濟發(fā)展；②對信息系統(tǒng)的依賴程度越來越大；③安全問題成為突出的核心問題。（個人層面）①改變了生活節(jié)奏和生活方式，節(jié)約了很多時間和經(jīng)濟成本，如遠程學習，遠程視頻等；②大數(shù)據(jù)造成信息安全問題，同樣威脅著個人安全。

師：目前的信息系統(tǒng)對人類發(fā)展總體來說是利大于弊，從信息系統(tǒng)組成上分析，信息系統(tǒng)存在一些安全方面的局限性，硬件和軟件都可能存在“后門”，研發(fā)人員是否可信，這些都會導(dǎo)致研發(fā)成本的增加，所以，想研發(fā)自主可控的信息系統(tǒng)不僅要有時間還要有經(jīng)濟支撐，需要大量的技術(shù)人才、投入大量的經(jīng)費。例如，華為公司雖然在芯片上取得了非常不錯的成績，但是高端芯片的制造問題仍是中國芯片的短板，所以華為現(xiàn)在卡脖子的問題就是高端芯片，因為高端芯片生產(chǎn)是一系列的產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)與基礎(chǔ)學科有很大關(guān)聯(lián)，作為中學生，我們應(yīng)該做什么呢？聽聽任正非給我們的建議。（播放視頻）

生：（看完視頻總結(jié)）①學好數(shù)理化，走遍天下都不怕；

②有一技之長非常重要。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)利用后門程序竊取到學生信息，引發(fā)學生關(guān)注信息系統(tǒng)的安全問題；舉例全球影響非常大的棱鏡門事件，幫助學生意識到必須要自主研發(fā)自主可控的信息系統(tǒng)；通過展示華為的鴻蒙系統(tǒng)和中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在不同場景的應(yīng)用，引導(dǎo)學生產(chǎn)生民族自豪感。

3.思維拓展，知識遷移（12分鐘）

師：大家有沒有在網(wǎng)上下載過破解版的軟件？為什么要破解？

生：有，因為軟件存在漏洞。

師：并非所有的后門都是惡意的，有些公司為了留住邊緣客戶，他們會故意把破解文件發(fā)到網(wǎng)上供這些客戶群體下載，使其以此獲得軟件的好的體驗。接下來，請同學們安裝軟件xmind并破解，破解成功以后請使用xmind繪制一個思維導(dǎo)圖：設(shè)計一個你需要的信息系統(tǒng)，畫出功能模塊，完成后導(dǎo)出文件保存并提交給老師。

學生活動2：

下載并破解軟件，繪制思維導(dǎo)圖，如圖4所示。

設(shè)計意圖：通過破解程序體驗“善意的后門”，讓學生深刻理解信息系統(tǒng)的局限性。要求學生設(shè)計一個為自己服務(wù)的信息系統(tǒng)，可以是構(gòu)思也可以是作品，讓學生從自身需要出發(fā)更能激發(fā)學生的設(shè)計興趣，開拓創(chuàng)作思路。

4.評價總結(jié)，鼓勵創(chuàng)新（3分鐘）

教師展示學生作品，并給予評價。學生根據(jù)自己的想法大膽嘗試，同時評價同桌的作品。

設(shè)計意圖：學生作品是本節(jié)課所學知識的結(jié)晶，也是本節(jié)課所學知識的價值體現(xiàn)，通過評價推動學生的思維拓展。

教學反思

本節(jié)課引用的內(nèi)容學生比較熟悉，所以很容易掌握重難點。教學過程講練結(jié)合，有研討有思考，有實踐有拓展，整個教學過程學生注意力都被牢牢抓住，教學效果凸顯。不足之處：課堂45分鐘，學生動手操作應(yīng)是20分鐘，但實際操作超時，導(dǎo)致中間互動評價環(huán)節(jié)稍顯急促。