核心素养下的“数据加密与安全”教学策略研究

叶敏红

【摘 要】全面提升学生的信息素养是普通高中信息技术课程的根本任务，学科核心素养是信息素养的具体表现。为了将学科核心素养落实在课堂教学中，实现课程的根本任务，学科教师不仅要理解信息素养包括信息的获取、加工、传递、管理等基本技能，更重要的还在于提高学生利用数字化工具改善学习的意识和能力，安全负责任地使用数据。

【关键词】学科核心素养；加密；安全

一、学科核心素养

1.能够遵守信息社会的法律法规，安全地使用信息技术，既能有效维护信息活动中个体的合法权益，又能积极维护他人合法权益和公共信息安全。

2.能够依据计算机解决问题的方法，将问题形式化；抽象问题特征，建立结构模型，对数据进行分析和组织。

二、课程标准要求

1.认识到信息系统应用过程中存在的风险，熟悉信息系统安全防范的常用技术方法，养成规范的信息系统操作习惯，树立信息安全意识。

2.通过解决实际问题，掌握一种程序设计语言的基本知识，体验程序设计的基本流程。

三、学业要求

1.初步了解在进行信息系统应用过程中，数据面临着一系列安全问题，能描述数据存在的安全问题。

2.通过加、解密实践与体验，初步学会用学过的程序设计语言进行数据加、解密程序的设计。

3.通过对数据的安全防范技术的学习，提升信息安全意识，能主动保护自身数据的安全和尊重他人的数据安全。

四、教学对象分析与教学设计

本案例适用对象为高中一年级学生，这一阶段的学生正处在抽象逻辑思维逐步形成的过程中。任务的设计应针对他们的特点，形象性与抽象性结合，任务难度不宜过大。高一学生在之前的学习和生活阶段已经积累了一定的信息安全意识，初步了解数据安全的重要性，但对比较高级的常用数据加密技术不甚清楚。

五、教学需要分析与教学设计

信息素养不仅包括信息的获取、加工、传递、管理等基本技能，更重要的还在于提高学生利用数字化工具改善学习的意识和能力，安全负责任地使用数据，体现学科核心素养。

通过网上问卷调查发现，高一学生有76.2%的学生不了解强密码的设置要求，多数学生会在微博、微信、Email、QQ等涉及个人信息安全的服务上使用相同的密码，还会把重要的信息记录在记事本中，且不加任何加密，甚至把重要的密码以明文的形式记录在电脑中；这说明他们的信息安全意识较匮乏。

怎样让学生认识到“数据安全的重要性”呢？笔者设计了“对比了解网页后台数据库Access明文和密文管理注册用户的口令”这一任务，提高学生数据安全意识。同时，引导学生掌握加密的基本步骤和常用技术，通过自主上机探究体验，用学过的程序语言（如Python）实现简单的加密算法，促进学科内容的学习，提升在应用信息系统过程中保护数据的意识和能力。

六、教学策略设计

1.教学方法设计

在教学中选用了学生感兴趣的“Access密文管理注册用户口令”和“凯撒密码”的例子，引导学生总结出密码、密钥和对称与非对称密码体制的概念，学生根据自己的能力水平，有选择地选取上机探究任务，完成“置换密码”“换位密码”“简单异或”一种或更多种的程序体验，学有余力的学生还可尝试探究书上其它密码程序的编写。

在教学设计中安排大量的尝试性、探索性的活动，引导学生积极主动地完成学习任务。逐步建立起自主性和研究性的学习模式，突出学生在教学过程中的主体地位。教学中安排大量的实践性、操作性的内容，使学生在具体活动中理解加密和解密的基础知识，掌握数据安全防范的基本技能，并能够灵活应用到学习和生活中。

2.关于教-学流程和教-学活动的设计思路

3.学生上机操作安排

学生上机操作的任务和目标；教师应注意哪些方面的巡视指导？由于学生已有信息技术水平参差不齐，上机练习采用分层的任務和目标。

A类：模仿书上程序进行凯撒加密算法设计，运行程序，看运行结果，亲身感受用计算机程序解决加密问题的过程，懂得计算机程序设计的基本流程。

B类：在A类的基础上，能修改源程序完成其他两种加密算法。

教师应注意学生是否正确的运行了程序，看到了运行结果；学生在修改源程序时，问题是否能解决。

七、教与学的实际过程描述

1.情境导入

教师引导学生针对以下问题进行思考、讨论回答。

导入1：探究任务：学生在网页端注册用户，教师展示后台数据库如何管理注册用户的口令，让学生体验明文和密文两种数据形式。

设计意图：引起学生兴趣，让学生体验明文与密文两种数据存储形式，培养一定的信息安全意识。

导入2：提出问题，数据库一旦被窃取，明文和密文保存数据哪种更安全？

设计意图：通过学生的回答，了解学生对数据加密方法和步骤的掌握情况，在与学生互动的过程中观察学生能否跟上教师的思维，帮助学生掌握数据加密的常用方法，引出本节课教学主题--数据加密与安全；

2.知识讲解

结合案例，讲解密码、密匙和密码体制概念；剖析数据加密的常用方法。

设计意图：在与学生互动的过程中观察学生能否跟上教师的思维，帮助学生掌握数据加密的常用方法。

3.自主学习

给出任务二：要求用学过的程序设计语言（如Python），参考教材中的“凯撒加密算法的程序实现”的例子，学生根据自身能力选择1～3个加密方法（置换密码、换位密码和简单异或）进行上机编程实践。

学有余力的学生尝试修改源程序参数，观看不同的运行结果。教师辅导学生上机练习，观察学生谁做出了好的作品和修改源程序时出现的错误。

设计意图：充分尊重学生的兴趣点和关注点，让学生自主选择需编程实现的加密算法，引导学生亲身感受计算机程序解决加密问题的过程，加深对加密方法的理解。

4.评价交流

学生展示作品、相互交流。教师对好的作品进行评价，对出现错误进行分析。教师可观察学生对其的作业是否满意，是否有成就感，及时给与鼓励。

设计意图：作品评价，促进学生的交流与互相学习，实现知识“共享”共同提高，有助于教师及时发现教学中知识目标达成度以及核心素养落实程度。

5.归纳总结

教师和学生一起总结数据加密的方法和过程，可由学生先自行总结，教师再进行补充。

设计意图：知识总结，帮助系统地巩固知识。

6.教学提升

（1）让学生感悟加解密的过程和数据安全的重要性，关注学生能感悟出什么。

设计意图：落实信息社会责任意识的培养

（2）学生运行教师准备好的加、解密程序。

拓展任务：要求学生上网查阅数据安全的其他防范技术。