第六单元第30课 系统安全需升级 教案 2024—2025学年人教版（2024）初中信息技术八年级全一册

《系统安全需升级》教案 一、教学目标 1. 知识与技能目标 学生能够了解提升数据采集安全的方法，包括摄像头活体检测的原理及实现方式，如通过识别张嘴、眨眼等面部动作防止照片欺骗，以及利用深度摄像头采集脸部三维特征配合复杂算法提升安全性。 理解身份认证技术在物联系统安全中的重要性，掌握在物联门锁系统中增加身份认证功能的方法，如通过 MQTT 服务器发送带用户名和密码的开门消息，并进行数据比对实现认证。 了解数据加密传输的必要性，知道常见的加密算法，能够选择一种加密算法对物联门锁系统中传输的数据进行加密。 2. 过程与方法目标 通过参与物联门锁系统改进的学习活动，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，提高学生的实践操作能力和创新思维。 在探究身份认证技术和数据加密传输的过程中，发展学生的分析问题、解决问题的能力，以及团队协作能力和交流表达能力。 3. 情感态度与价值观目标 激发学生对物联网安全技术的兴趣，培养学生在物联门锁系统等物联网应用中注重安全的意识，提高学生对信息技术安全性的重视程度。 通过小组合作学习活动，增强学生的团队合作精神和集体荣誉感，让学生在合作中体验成功的喜悦。 二、教学重难点 1. 教学重点 摄像头活体检测技术的原理及在物联门锁系统中的应用，包括面部动作识别和深度摄像头采集三维特征的方法。 物联门锁系统中身份认证功能的实现方式，如通过用户名和密码的验证进行开锁操作。 数据加密传输的重要性及常见的加密算法。 2. 教学难点 如何在物联门锁系统中有效地实现活体检测功能，确保系统能够准确地区分真人和照片、视频等欺骗手段。 设计合理的身份认证方案，并能够将其在物联门锁系统中进行模拟实现，包括数据存储、解析和比对等环节。 选择合适的加密算法，并对物联门锁系统中的传输数据进行加密操作，确保数据的安全性。 三、教学方法 讲授法、演示法、实践法、小组合作法、讨论法 四、教学过程 （一）导入新课（5 分钟） 1. 回顾前面学习的物联门锁系统的设计和实现，引出今天的课程主题 —— 系统安全需升级。 2. 提出问题：“同学们，在我们的物联门锁系统中，如何提高其安全性呢？” 引发学生思考，并让学生带着问题进入新课的学习。 （二）讲授新课（15 分钟） 1. 提升数据采集安全的方法 以照片欺骗摄像头的案例为切入点，讲解物联门锁系统的刷脸开锁功能存在的安全隐患。 介绍为防止照片欺骗，可以在物联门锁系统中增加张嘴、眨眼等面部动作的识别功能，并解释其工作原理：摄像头在识别人脸的同时，要求用户做张嘴、眨眼等动作，只有成功识别出这些面部动作才会被认为是真人。 进一步指出，仅通过面部动作识别仍可能存在被视频欺骗的问题，提出更好的解决方案是使用深度摄像头采集脸部的三维特征，并配合更复杂的算法提升物联门锁系统的安全性。简单介绍深度摄像头的工作原理和三维特征采集的优势。 2. 身份认证技术 以物联门锁系统中的远程控制开锁功能为例，分析其存在的安全风险：任何人只要接入 MQTT 服务器，都可以向门锁发送 “open” 指令打开门锁。 强调身份认证技术的重要性，讲解在物联门锁系统中增加身份认证功能的方法：通过 MQTT 服务器向门锁发送开门消息时附带上用户名和密码，门锁主控板接收到开锁消息后，将用户名和密码与存储的用户数据进行比对，比对成功才执行开锁动作。 （三）学习活动（20 分钟） 1. 对物联门锁系统进行改进，增加张嘴、眨眼等面部动作的识别功能 展示主要代码（如图 30.1 所示），让学生仔细阅读并理解代码的含义和功能。 组织学生分组讨论，在组内交流对代码的理解和实现活体检测功能的想法。 让学生尝试在自己的物联门锁系统中添加相应的代码，实现面部动作识别功能，并进行测试，观察系统是否能够准确地识别出张嘴、眨眼等动作，从而有效防止照片欺骗。 2. 在物联门锁系统中增加身份认证功能 任务 1：设计身份认证方案 将学生分成小组，以小组为单位提出一个物联门锁系统身份认证设计方案，填写表 30.1。例如，可以将用户名和密码数据加入消息中，设置如 “user1,psd123,open” 的消息格式。巡视各小组的讨论情况，及时给予指导和建议。 任务 2：模拟实现用户身份认证功能 增加数据存储：指导学生采用列表等方式存储用户名、密码等数据。 进行身份认证：讲解利用 split() 函数解析数据的方法，引导学生通过数据比对来决定是否执行开锁动作，并展示主要代码（如图 30.3 所示）。 开展测试：让学生模拟非授权用户发送开锁消息，检查舵机是否转动，观察系统是否能够正确地拒绝非授权用户的开锁请求。同时，让学生观察和分析测试结果，总结在身份认证过程中可能出现的问题及解决方法。 （四）拓展提升（10 分钟） 1. 讲解 split() 函数的作用：可以实现将一个字符串按照指定的分隔符切分成多个子串，这些子串会被保存到列表中（不包含分隔符），作为方法的返回值反馈回来。通过实例演示 split() 函数的使用方法，让学生加深对其的理解。 2. 指出在实际应用中，为了避免物联设备对指令的错误解析，可以在消息头部设立另一个指令标记字段。只有当收到的消息出现该特定的指令标记时，才进行相关的解析操作。强调这种做法的重要性，并引导学生思考在物联门锁系统中如何具体实施。 3. 巧用数据加密传输 提出问题：“在生活中，很多用户习惯在不同的系统中使用相同的用户名和密码。一旦某个系统的数据泄露，用户在其他平台上的数据安全也会受到威胁。那么，在物联门锁系统中，我们如何保护用户名、密码等数据在传输过程中的安全性呢？” 引导学生思考数据加密传输的必要性，并介绍常见的加密算法，如对称加密算法（如 AES）和非对称加密算法（如 RSA）。 选择一种加密算法（例如 AES），讲解其基本原理和操作步骤，指导学生修改物联门锁系统的程序，实现数据加密传输功能。通过实际操作演示，让学生了解如何在系统中应用加密算法来保护数据安全。 （五）总结与评价（5 分钟） 1. 与学生一起回顾本节课所学的内容，包括提升数据采集安全的方法（摄像头活体检测和深度摄像头采集三维特征）、身份认证技术（通过用户名和密码进行验证）以及数据加密传输的重要性及实现方式。 2. 组织学生对本节课的学习活动进行自我评价和小组评价。评价内容包括：对物联门锁系统改进的参与度、代码实现的正确性、身份认证方案的设计合理性、团队协作能力、问题解决能力等方面。让每个小组派代表分享他们在学习过程中的收获和体会，以及其他小组成员的评价意见。 3. 根据学生的学习表现和评价结果，对学生进行总结性的评价。肯定学生在本节课中的积极表现和取得的成绩，同时指出存在的不足之处，并提出改进的建议和期望，鼓励学生在今后的学习中继续努力，不断提高自己的信息技术能力和素养。 五、教学资源 多媒体教学设备、网络环境、物联门锁系统相关的硬件设备（如摄像头、门锁主控板、舵机等）、编程软件（如 Python 编程环境）、教学课件（PPT）。 六、教学反思 在教学过程中，注重培养学生的实践操作能力和创新思维，通过学习活动让学生亲身体验物联门锁系统的改进过程，加深了学生对所学知识的理解和掌握。同时，采用小组合作学习的方式，提高了学生的团队协作能力和交流表达能力。但在教学过程中也发现部分学生对一些复杂的技术概念（如加密算法）理解不够深入，在今后的教学中应更加关注学生的个体差异，加强对学习困难学生的辅导，优化教学方法和手段，使每个学生都能在课堂上有所收获，提高教学效果。 学科网（北京）股份有限公司 $$