3.4 加密与解密教学设计-2025-2026学年教科版高中信息技术必修一

该高中信息技术教学设计聚焦“加密与解密”核心内容，涵盖凯撒密码、维吉尼亚密码原理及AI辅助编程。通过“加密官”与“破译专家”游戏导入，承接算法基础与程序设计知识，为理解加密逻辑搭建学习支架。 特色在于游戏化教学激发兴趣，任务驱动（数据加密发展探究、AI读/编程序）引导深度学习，AI工具（豆包编程）辅助代码理解与优化，培养计算思维与数字化学习能力。融入王小云院士事迹渗透信息社会责任，助力学生提升信息安全意识，为教师提供可操作的教学流程与资源。

《3.4 加密与解密——用AI锻造我们的信息铠甲》 教学设计 【课标要求】 学生能够熟练应用流程图描述算法，用程序设计语言实现简单算法；能采用合理的算法来解决实际问题，能运用数字化工具表达思想、构建知识，养成数字化学习与创新的习惯（信息意识、数字化学习与创新）。在实践过程中体验利用数字化工具处理数据和发现信息的过程，提高使用计算机解决实际问题的能力（计算思维）。 【教材分析】 本节课是必修1《数据与计算》第3单元《数据处理与应用》第4节《加密与解密》的内容，承接算法基础与程序设计知识，聚焦加密技术这一数字时代的核心应用。加密技术是保障信息安全的关键手段，从传统密码到现代加密算法，其发展历程体现了算法思想的演进与技术的创新。本节课通过经典加密算法（凯撒密码、维吉尼亚密码）的实践探究，帮助学生理解加密解密的核心逻辑（明文-密钥-密文的转换关系），学会分析问题，运用加密算法保护信息安全。 【学情分析】 高一学生具备基础的计算机操作能力和简单的程序设计知识（如变量、循环、条件判断等），对密码学相关的游戏化学习形式兴趣浓厚。但学生对加密算法的原理理解较为抽象，缺乏实际应用经验，且知识迁移能力有待提升。部分学生对AI工具辅助编程的使用不够熟练，需要教师进行针对性指导。教学中需通过游戏互动、任务驱动、AI辅助等方式降低学习难度，激发学习兴趣。 【学科核心素养】 1. 信息意识：能够认识到加密技术在数字时代的重要性，主动了解加密技术的发展历程与应用场景，形成信息安全保护意识。 2. 计算思维：能够分析加密解密问题的核心逻辑，抽象出明文、密钥、密文的映射关系，设计简单的加密解密算法，并用程序实现。 3. 数字化学习与创新：能够熟练使用AI编程平台（豆包编程）、代码编辑器等数字化工具，辅助理解程序、编写代码、优化功能，提升数字化学习能力。 4. 信息社会责任：理解加密技术对个人信息保护、国家信息安全的重要意义，树立正确的信息安全观，自觉遵守信息安全相关规范。 【教学重难点】 教学重点： 1. 加密、解密、明文、密文、密钥的核心概念 2. 凯撒密码的加密解密原理（字母移位映射） 3. 维吉尼亚密码的程序逻辑与密钥作用 教学难点： 1. 维吉尼亚密码的算法理解与实现 2. 运用AI工具辅助理解和优化维吉尼亚密码程序 【教学策略】 本节课围绕“加密与解密”核心主题，采用“游戏导入-概念建构-任务探究-拓展提升”的教学流程，结合游戏法、任务驱动法、AI辅助教学法等多种教学方法。通过引课游戏激发学生兴趣，借助凯撒密码建立基础概念，通过三个递进式任务（数据加密发展探究、维吉尼亚密码程序解读、程序功能优化）引导学生自主探究，最终实现知识的内化与能力的提升。让学生在“做中学、学中创”，成为学习的主体。 【教学过程】 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 同学们！大家好，我是来自97中的龚老师，上课前我们一起玩一个游戏，游戏规则 第一阶段：加密阶段 需要选出三位同学担任“加密官”。三位加密官需要到老师那里的“密码箱”领取各自的加密方法。 第二阶段：解密阶段 每个大组需要派出两位同学担任“破译专家”。破译专家需要到老师那里的“解密箱”领取破解密码的钥匙。 最终，最先破解密文的就是第一名。 游戏结束后，引导学生思考：加密和解密需要哪些要素？为什么“FOR”会变成“IRU”？引出凯撒加密。 参与游戏 思考游戏中的关键要素，尝试总结加密解密的基本逻辑 引入新课 采用游戏法引入"凯撒密码" 讲授新课 1. 核心概念讲解： - 明文：原始未加密的信息（如“FOR”） - 密文：加密后不可直接读取的信息（如“IRU”） - 密钥：加密解密的关键参数（如凯撒密码中的“3”） - 加密：明文→密文的转换过程 - 解密：密文→明文的还原过程 2. 凯撒密码原理解析： - 展示字母表移位映射表，讲解“字母后移/前移固定位数”的加密解密逻辑 - 举例验证：F（明文）→I（密文）、O→R、R→U，IRU（密文）→FOR（明文） 任务一：数据加密技术发展 从宫廷密令到战场指挥，从商贸往来至国家治理，可靠的信息传递一直是维系社会运转的命脉。加密技术，正是保障这些信息安全的基石。现在，请各位同学担当探索者，打开“学生活动”文件夹中的 “数据加密发展脉络图” ，系统了解这门古老技艺的演进历程，并独立完成随堂测试，检验你的学习成果。 1. 布置任务：引导学生打开“学生活动”文件夹中的“数据加密发展脉络图”，系统学习加密技术的演进历程（从宫廷密令到现代加密） 2. 组织随堂测试，检验学习成果，针对共性问题进行讲解 任务二：AI助我读程序（维吉尼亚密码） 学生文件夹里有一个维吉尼亚程序，请同学们用海归编辑器打开，运行，借助豆包编程平台，读懂这段维吉尼亚密码程序。找到密钥是什么？并修改密钥为KEY。 1. 布置任务：用海归编辑器打开“维吉尼亚密码”程序，借助豆包编程平台读懂代码 2. 指导操作步骤： - 步骤1：用海归编辑器打开程序文件 - 步骤2：打开豆包编程功能 - 步骤3：复制代码到豆包对话框，添加“每一句添加注释”指令 - 步骤4：从注释代码中找到密钥 - 步骤5：修改密钥为“HELLO” 3. 巡视指导，协助学生解决AI工具使用和代码理解问题 任务三：AI助我编程序（维吉尼亚密码优化） 1. 布置任务：借助豆包编程平台，为维吉尼亚密码程序增加功能： - 功能1：加解密模式选择提示 - 功能2：可视化操作界面 - 功能3：自定义拓展功能（如输入验证、结果保存等） 2. 指导操作步骤：复制代码到豆包，要求“完善程序，增加指定功能”，调试运行至满意 学生认真聆听 跟随教师分析凯撒密码的移位逻辑，验证游戏中的加密解密结果 任务一： 1. 阅读“数据加密发展脉络图”，了解加密技术的历史与现状 2. 完成随堂测试，巩固知识 任务二： 1. 按步骤操作编辑器和AI工具，获取带注释的代码 2. 分析代码找到原始密钥，修改密钥为“HELLO” 任务三： 1. 借助AI工具完善程序功能 2. 调试运行程序，验证功能有效性 3. 尝试添加自定义拓展功能 明确核心概念，解析经典凯撒加密算法原理，将游戏体验上升为理论认知，为后续任务探究奠定知识基础 通过递进式任务，引导学生从“了解”到“理解”再到“创新”： 拓展提升 1. 介绍“国之盾”王小云院士的事迹，强调加密技术对国家信息安全的重要意义 2. 提出思考问题：“AI已经能帮我们编写程序，我们还有必要学习编程吗？” 3. 引导学生讨论，总结核心观点：学习编程是为了“指挥”AI，而非被AI替代，成为技术的创造者和驾驭者 1. 聆听王小云院士的事迹，感受科技工作者的担当 2. 参与讨论，思考编程学习的意义 3. 树立“技术使用者+创造者+驾驭者”的理念 渗透信息社会责任教育，激发学生的家国情怀和学习动力。 思考 AI已经可以帮我们编写程序，我们还有必要学习编程吗？ 参与讨论，思考编程学习的意义 引导学生正确认识AI与编程学习的关系 课堂小结 总结提升：总结本节课的核心知识点，强调加密技术作为"信息铠甲"的重要性 。鼓励学生像王小云院士一样探索真理、守护家国 【知识点拨】 及时梳理总结知识，可以让我们进步更快！ 分层作业 基础作业： 1. 整理课堂笔记，绘制凯撒密码和维吉尼亚密码的加密解密流程图。 2. 使用维吉尼亚密码程序，分别用密钥"KEY"和"HELLO"加密自己的姓名。 提高作业： 1.研究维吉尼亚密码程序，尝试添加新的功能（如文件加密、批量处理等） 2.设计一个简单的替换密码，并用程序实现 教学反思 本节课以“加密与解密”为核心内容，以“用AI锻造信息铠甲”为主线，通过游戏化教学和任务驱动的方式展开，整体取得了较好的教学效果，但也存在一些值得深入思考和改进的地方。 成功之处： 1. 游戏化导入激发学习兴趣：“加密官”与“破译专家”的角色扮演游戏成功点燃了课堂氛围，学生参与度极高。这种寓教于乐的方式有效降低了密码学知识的抽象性，为后续的概念学习奠定了良好的情感基础。 2. AI工具辅助学习：将豆包编程工具引入学生学习任务。学生通过“AI助我读程序”和“AI助我编程序”两个递进任务，掌握维吉尼亚密码原理。 3. 思政目标：通过介绍王小云院士的事迹和“AI时代为何我们高中生为什么还要学编程”的深度讨论，激励学生掌握技术，有效使用几技术。 不足之处： 1. 时间分配不合理：游戏引课占用时间较多，导致部分学生对维吉尼亚密码原理理解不到位，后续任务进度慢。 改进策略： 1. 优化时间：将游戏环节适当精简，增加概念的讲解和示范时间。 2. 拓展应用：可以增减更多贴近生活实例的加密解密案例。 本节课在结合课程凯撒加密和维吉尼亚密码的知识点与现代生成式人工智能豆包编程课程设置的尝试，为学生提供了一种新的学习方式。今后我将继续探索如何更加更好的数字赋能教学。 学科网（北京）股份有限公司 $