3.4 加密与解密（教学设计）-2025-2026学年教科版高一信息技术必修一

附件： 教学设计 课程基本信息 课题 加密与解密 课型 新授课 学科 信息技术 年级 高一 学段 高中 版本章节 教育科学出版社必修一《数据与计算》第三单元第四节第二课时 教学目标 1. 信息意识：理解保护数据中数据加密和解密的概念及原理，能够用编程语言实现简单的加密算法。 2. 学科思维：形成抽象思维（将凯撒密码抽象为字符串的替换操作）、建模思维（把明文、密文当做字符串处理，字符串即为一种模型）。 3. 社会责任：分析生活中由密码引起的数据安全问题，理解数据保护的意义，树立数据安全意识和相应的责任感、价值观。 教学重难点 教学重点：凯撒密码的加密与解密算法。 教学难点：凯撒密码的加密与解密算法的程序实现。 学情分析 本课授课对象为高一年级学生，他们思维活跃，具备一定逻辑思维和概括能力，参与实践活动的意识强，乐于探求新知识。在上一节课中，学生已学会分析生活中由密码引发的数据安全性问题，理解数据保护的意义，为本节课的学习奠定了基础。学生对 “加密” 一词有初步认知，能较快掌握凯撒密码的基本规律，但由于 Python 相关知识储备较少，将凯撒密码规律转化为程序实现存在一定困难。同时，学生密码安全意识薄弱，需加强相关教育。 教学准备 1. 硬件环境：微格教室、计算机（安装python编辑器）。 2. 教师资源：课件、翻页笔、相关 Python 程序（数据安全性测试程序.py、凯撒密码加密程序.py、凯撒密码解密程序.py）。 3. 学生资源：导学案。 教学过程 教学任务 教学内容 设计意图 创新设计（含AI应用） 一、情境引入 1. 人物设定：罗杰教授、刑警江坤、侦探罗林、间谍杰克。2. 剧情简介：罗杰教授家中失窃，受伤昏迷，密码箱被打开，箱中物品失踪，刑警江坤与侦探罗林联手调查，追捕间谍杰克。 通过 “《重生之门》剧本杀” 式剧情创设情境，激发学生的学习兴趣和探究欲望，自然引入数据安全与加密解密的主题。 利用 AI 剧情生成工具，根据学生兴趣实时调整剧情细节，增强情境的代入感和互动性； 二、密码破解之谜 1. 知识讲解：介绍密码破解的常见方式（肩窥、字典破解、暴力破解），重点讲解暴力破解的枚举法原理。2. 思考提问：假设密码为 3 位数字，计算可能的组合数（1000 种），引导学生理解暴力破解的效率。3. 实践操作：学生运行 “数据安全性测试程序.py”，测试 5 位、7 位、9 位数字密码的破解时间，填写表格并完成 3 个结论题。4. 师生总结：提炼设置安全密码的方法（长度不少于 8 位、混合字母 / 数字 / 特殊字符、不使用个人信息、巧用谐音 / 造句技巧）。 让学生通过实际操作体验不同长度密码的破解时间，直观认识密码安全的重要性，自主探究安全密码的设置方法，强化数据安全意识。 利用AI制作密码强度检测网页，掌握设置安全密码的方法。 三、数据 “隐身术”—— 凯撒密码加密 1. 概念讲解：展示加密解密原理图，明确明文、密文、密钥的定义。2. 凯撒密码介绍：讲解凯撒密码的对称加密思想（字母表向后固定偏移），结合图片分析偏移量 3 的加密规则（如 A→D、X→A），给出加密公式（密文 = 明文 + 3）和示例（Jack→Mdfn）。3. 算法抽象：引导学生观察字母加密的数值变化规律，建立明文、密文、密钥的数学关系（A-W：ord (密文)=ord (明文)+3；X-Z：ord (密文)=ord (明文)-23）。4. 函数讲解：介绍 Python 的 ord () 函数（字符转整数）和 chr () 函数（整数转字符）。5. 流程图设计：学生分组完成单个大写字母加密的流程图补全，一名学生上台展示。6. 程序实现：引导学生根据流程图和数学关系，分析并完善单个大写字母加密的 Python 程序，讲解代码逻辑。7. 实践操作：学生运行 “凯撒密码加密程序.py”，尝试加密简单线索信息。 从概念到原理，再到算法抽象和程序实现，层层递进，符合学生的认知规律。通过流程图设计和程序编写，培养学生的抽象思维和编程能力，让学生理解加密的核心原理。 借助 AI 编程助手，为学生提供个性化的程序代码提示和错误排查指导，帮助基础薄弱的学生完成程序实现。 四、揭秘隐身术 —— 凯撒密码解密 1. 方法指导：明确解密是加密的逆运算，加密向后偏移 3 位，解密则向前偏移 3 位。2. 程序完善：学生根据加密算法，修改 Python 程序，完善单个字符的解密算法（D-Z：mingwen=chr (ord (miwen)-3)；A-C：mingwen=chr (ord (miwen)+23)）。3. 实践操作：学生运行 “凯撒密码解密程序.py”，破译密文 “Mdfn Prqgdb Khlvkl”，得到明文 “Jack Monday Heishi”。4. 剧情推进：告知学生破解结果，明确间谍交易信息，推进剧情发展。 让学生通过类比和推导，自主完成解密算法的设计和程序修改，深化对加密解密逆运算关系的理解，提升编程应用能力和问题解决能力。 使用 AI 密文生成工具，随机生成不同偏移量的凯撒密码密文，供学生进行解密练习，增加练习的多样性； 利用 AI 程序调试工具，实时检测学生修改后的解密程序，快速定位并提示错误原因。 五、密码学与网络安全 1.了解法律条文：《中华人民共和国密码法》，《中华人民共和国网络安全法》 2. 思考：1.凯撒密码是否安全？ 2. 如何提高凯撒密码的安全性？）。 通过课后思考拓展学生的思维深度，引导学生进一步探究加密算法的安全性；课堂总结帮助学生梳理知识体系，巩固学习成果。 利用 AI 讨论平台，组织学生课后进行线上讨论，AI 实时汇总讨论观点，生成讨论报告；通过 AI 思维导图工具，根据课堂内容自动生成知识框架图，帮助学生梳理知识点。 六、总结 2课堂总结：回顾本节课重点内容（密码安全设置方法、凯撒密码的加密解密原理与程序实现、数据保护的意义）。 作业设计 1. 基础作业：完善课堂上的凯撒密码程序，实现字符串（含大小写字母）的加密与解密功能，并添加详细注释。 2. 拓展作业：查阅资料，了解至少两种其他加密算法（如维吉尼亚密码、DES 加密），对比其与凯撒密码的异同，撰写简短的分析报告（200 字左右）。 3. 实践作业：检查并优化自己常用账号的密码，按照本节课所学方法设置更安全的密码，并记录密码设置思路。 板书设计/课堂小结 一、密码安全 1. 破解方式：暴力破解（枚举法）2. 安全密码设置：长、杂、避隐私、巧技巧 二、凯撒密码 1. 核心概念：明文、密文、密钥（偏移量） 2. 加密：A-W→+3；X-Z→-23（chr (ord (明文)±n)） 3. 解密：D-Z→-3；A-C→+23（逆运算） 三、核心函数：ord ()（字符→整数）、chr ()（整数→字符） 教学反思 1. 优点：情境驱动教学效果显著，学生参与度高；通过 “实践 - 探究 - 总结” 的模式，符合高一学生的认知特点，有效突破了教学重难点；注重知识与生活的联系，强化了学生的社会责任意识。 2. 不足：部分基础薄弱的学生在 Python 程序编写环节仍存在困难，需要更多个性化指导；凯撒密码的字符串加密解密拓展不足，未能充分满足学有余力学生的需求。 3. 改进方向：设计分层任务，为不同水平的学生提供差异化的程序示例和指导；增加字符串加密解密的小组合作探究环节，拓展教学深度；进一步优化 AI 工具的应用，提升教学的个性化和高效性。 学科网（北京）股份有限公司 $