核心素養下的“數據加密與安全”教學策略研究

葉敏紅

【摘 要】全面提升學生的信息素養是普通高中信息技術課程的根本任務，學科核心素養是信息素養的具體表現。為了將學科核心素養落實在課堂教學中，實現課程的根本任務，學科教師不僅要理解信息素養包括信息的獲取、加工、傳遞、管理等基本技能，更重要的還在于提高學生利用數字化工具改善學習的意識和能力，安全負責任地使用數據。

【關鍵詞】學科核心素養；加密；安全

一、學科核心素養

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

2.能夠依據計算機解決問題的方法，將問題形式化；抽象問題特征，建立結構模型，對數據進行分析和組織。

二、課程標準要求

1.認識到信息系統應用過程中存在的風險，熟悉信息系統安全防范的常用技術方法，養成規范的信息系統操作習慣，樹立信息安全意識。

2.通過解決實際問題，掌握一種程序設計語言的基本知識，體驗程序設計的基本流程。

三、學業要求

1.初步了解在進行信息系統應用過程中，數據面臨著一系列安全問題，能描述數據存在的安全問題。

2.通過加、解密實踐與體驗，初步學會用學過的程序設計語言進行數據加、解密程序的設計。

3.通過對數據的安全防范技術的學習，提升信息安全意識，能主動保護自身數據的安全和尊重他人的數據安全。

四、教學對象分析與教學設計

本案例適用對象為高中一年級學生，這一階段的學生正處在抽象邏輯思維逐步形成的過程中。任務的設計應針對他們的特點，形象性與抽象性結合，任務難度不宜過大。高一學生在之前的學習和生活階段已經積累了一定的信息安全意識，初步了解數據安全的重要性，但對比較高級的常用數據加密技術不甚清楚。

五、教學需要分析與教學設計

信息素養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生利用數字化工具改善學習的意識和能力，安全負責任地使用數據，體現學科核心素養。

通過網上問卷調查發現，高一學生有76.2%的學生不了解強密碼的設置要求，多數學生會在微博、微信、Email、QQ等涉及個人信息安全的服務上使用相同的密碼，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。

怎樣讓學生認識到“數據安全的重要性”呢？筆者設計了“對比了解網頁后臺數據庫Access明文和密文管理注冊用戶的口令”這一任務，提高學生數據安全意識。同時，引導學生掌握加密的基本步驟和常用技術，通過自主上機探究體驗，用學過的程序語言（如Python）實現簡單的加密算法，促進學科內容的學習，提升在應用信息系統過程中保護數據的意識和能力。

六、教學策略設計

1.教學方法設計

在教學中選用了學生感興趣的“Access密文管理注冊用戶口令”和“凱撒密碼”的例子，引導學生總結出密碼、密鑰和對稱與非對稱密碼體制的概念，學生根據自己的能力水平，有選擇地選取上機探究任務，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，學有余力的學生還可嘗試探究書上其它密碼程序的編寫。

在教學設計中安排大量的嘗試性、探索性的活動，引導學生積極主動地完成學習任務。逐步建立起自主性和研究性的學習模式，突出學生在教學過程中的主體地位。教學中安排大量的實踐性、操作性的內容，使學生在具體活動中理解加密和解密的基礎知識，掌握數據安全防范的基本技能，并能夠靈活應用到學習和生活中。

2.關于教-學流程和教-學活動的設計思路

3.學生上機操作安排

學生上機操作的任務和目標；教師應注意哪些方面的巡視指導？由于學生已有信息技術水平參差不齊，上機練習采用分層的任務和目標。

A類：模仿書上程序進行凱撒加密算法設計，運行程序，看運行結果，親身感受用計算機程序解決加密問題的過程，懂得計算機程序設計的基本流程。

B類：在A類的基礎上，能修改源程序完成其他兩種加密算法。

教師應注意學生是否正確的運行了程序，看到了運行結果；學生在修改源程序時，問題是否能解決。

七、教與學的實際過程描述

1.情境導入

教師引導學生針對以下問題進行思考、討論回答。

導入1：探究任務：學生在網頁端注冊用戶，教師展示后臺數據庫如何管理注冊用戶的口令，讓學生體驗明文和密文兩種數據形式。

設計意圖：引起學生興趣，讓學生體驗明文與密文兩種數據存儲形式，培養一定的信息安全意識。

導入2：提出問題，數據庫一旦被竊取，明文和密文保存數據哪種更安全？

設計意圖：通過學生的回答，了解學生對數據加密方法和步驟的掌握情況，在與學生互動的過程中觀察學生能否跟上教師的思維，幫助學生掌握數據加密的常用方法，引出本節課教學主題--數據加密與安全；

2.知識講解

結合案例，講解密碼、密匙和密碼體制概念；剖析數據加密的常用方法。

設計意圖：在與學生互動的過程中觀察學生能否跟上教師的思維，幫助學生掌握數據加密的常用方法。

3.自主學習

給出任務二：要求用學過的程序設計語言（如Python），參考教材中的“凱撒加密算法的程序實現”的例子，學生根據自身能力選擇1～3個加密方法（置換密碼、換位密碼和簡單異或）進行上機編程實踐。

學有余力的學生嘗試修改源程序參數，觀看不同的運行結果。教師輔導學生上機練習，觀察學生誰做出了好的作品和修改源程序時出現的錯誤。

設計意圖：充分尊重學生的興趣點和關注點，讓學生自主選擇需編程實現的加密算法，引導學生親身感受計算機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

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

設計意圖：作品評價，促進學生的交流與互相學習，實現知識“共享”共同提高，有助于教師及時發現教學中知識目標達成度以及核心素養落實程度。

5.歸納總結

教師和學生一起總結數據加密的方法和過程，可由學生先自行總結，教師再進行補充。

設計意圖：知識總結，幫助系統地鞏固知識。

6.教學提升

（1）讓學生感悟加解密的過程和數據安全的重要性，關注學生能感悟出什么。

設計意圖：落實信息社會責任意識的培養

（2）學生運行教師準備好的加、解密程序。

拓展任務：要求學生上網查閱數據安全的其他防范技術。