李佩寧

在STEM領(lǐng)域，信息傳遞的基礎(chǔ)源于用各種方式模擬、編譯和反編譯現(xiàn)實(shí)中的語(yǔ)言。運(yùn)用數(shù)學(xué)手段指導(dǎo)這個(gè)過(guò)程，然后通過(guò)技術(shù)手段完成，這是信息技術(shù)的基礎(chǔ)。懂得基于密碼的信息傳遞的基本原理，是在現(xiàn)代社會(huì)理解與應(yīng)用信息技術(shù)的核心和基石。

一、課程重點(diǎn)

本課程通過(guò)讓學(xué)生了解密碼，進(jìn)而習(xí)得多種基于密碼的信息傳遞方式。

【涉及領(lǐng)域】工程、幾何學(xué)、數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、寫(xiě)作

【建議年級(jí)】小學(xué)高年級(jí)

【建議時(shí)間】密碼學(xué)Ⅰ120分鐘；密碼學(xué)Ⅱ125分鐘；密碼學(xué)Ⅲ130分鐘

【材料】筆、紙張、彩旗若干

二、課程任務(wù)

學(xué)習(xí)密碼學(xué)的思想，熟悉并實(shí)踐使用摩斯密碼，基于摩斯密碼的原理，創(chuàng)造自己的密碼；學(xué)習(xí)旗語(yǔ)，自行創(chuàng)造旗語(yǔ)并完成較有效率的信息傳遞。

三、課程步驟

（一）密碼學(xué)Ⅰ

1.導(dǎo)入（15分鐘）

第一步，簡(jiǎn)述現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)情景，讓學(xué)生思考以下問(wèn)題。

（1）現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)和古代戰(zhàn)爭(zhēng)的區(qū)別在哪里？

（2）信息在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用是什么？在日常生活中又起到什么關(guān)鍵作用？

（3）如果敵人摧毀了我方的現(xiàn)代信息通信系統(tǒng)，我方首先要用什么方式傳遞信息？

第二步，介紹信息傳遞和密碼的概念。信息傳遞是通過(guò)各種手段傳遞雙方都能達(dá)成共識(shí)的有意義內(nèi)容的過(guò)程。密碼則是在信息傳遞中用于達(dá)成共識(shí)并做到保密的一種信息處理手段，重點(diǎn)在于編譯和反編譯。

第三步，確保學(xué)生理解密碼的概念，向?qū)W生提出以下問(wèn)題。

（1）語(yǔ)言是不是密碼？為什么？

（2）現(xiàn)實(shí)生活中哪些地方用到了密碼？

2.宣布任務(wù)一及評(píng)價(jià)量規(guī)（10分鐘）

【宣布任務(wù)】依照摩斯密碼表，仔細(xì)研究之后，試著傳遞一條純英文的密文信息，要求各組設(shè)置一個(gè)觀察者。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表1）。

3.任務(wù)一的執(zhí)行（10分鐘）

正式執(zhí)行任務(wù)。開(kāi)始后，教師計(jì)時(shí)。要求學(xué)生依照評(píng)價(jià)量規(guī)，并考慮以下問(wèn)題。

（1）信息內(nèi)容分為幾類？（如大寫(xiě)字母、小寫(xiě)字母、空格）

（2）信息如何加密、傳遞以及解密？分工如何？（需要以下角色：制定內(nèi)容分類和區(qū)分的規(guī)劃者，明文向密文翻譯工作者，傳遞者，密文向明文翻譯工作者，加密和解密的審查者，觀察記錄者）

4.總結(jié)和反思（25分鐘）

當(dāng)有小組完成任務(wù)后，教師記錄該組用時(shí)，并檢查比對(duì)初始的明文和最終通過(guò)加密解密過(guò)程得出的明文有無(wú)區(qū)別。全部小組完成后，討論以下問(wèn)題。

（1）小組應(yīng)怎樣分工？

（2）加密和解密是否出現(xiàn)問(wèn)題？原因是什么？

（3）怎樣處理不同類別的信息內(nèi)容？

（4）觀察者觀察到了什么？

（5）【拓展問(wèn)題】小組討論畫(huà)出思考和執(zhí)行任務(wù)的流程圖。

5.宣布任務(wù)二及評(píng)價(jià)量規(guī)（15分鐘）

【宣布任務(wù)】依照摩斯密碼表，仔細(xì)研究之后，試著再傳遞一次信息，要求各組設(shè)置一個(gè)觀察者。各組通過(guò)討論，改進(jìn)原來(lái)的分工和設(shè)計(jì)。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表2）。

6.任務(wù)二的執(zhí)行（25分鐘）

正式執(zhí)行任務(wù)。開(kāi)始后，教師計(jì)時(shí)。要求學(xué)生依照評(píng)價(jià)量規(guī)，并考慮以下問(wèn)題。

（1）信息內(nèi)容分為幾類？（如中文、數(shù)字、大寫(xiě)字母、小寫(xiě)字母、空格、標(biāo)點(diǎn)）

（2）信息如何加密和傳遞以及解密？分工如何？（需要以下角色：制定內(nèi)容分類和區(qū)分的規(guī)劃者，明文向密文翻譯工作者，傳遞者，密文向明文翻譯工作者，加密和解密的審查者，觀察記錄者）

7.全班討論（20分鐘）

所有小組完成后，挑選第一名的小組進(jìn)行匯報(bào)總結(jié)。若時(shí)間允許，讓盡可能多的組員發(fā)言。發(fā)言內(nèi)容基于以下問(wèn)題。

（1）第二次密碼傳遞，小組如何分工？

（2）相比第一次，做出了哪些改進(jìn)？

（3）是否預(yù)料到明文內(nèi)容的復(fù)雜性？如何應(yīng)對(duì)？

（4）怎樣改進(jìn)以使完成的任務(wù)效率更高？

挑選其他組各個(gè)分工位置上的學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，問(wèn)題如下。若時(shí)間允許，請(qǐng)各組的觀察者做觀察報(bào)告。

（1）你在從事分工任務(wù)時(shí)，是否比發(fā)言小組對(duì)應(yīng)分工人員做的好？若是，好在哪里？若不是，怎樣改進(jìn)？

（2）整個(gè)信息傳遞過(guò)程中最容易出錯(cuò)的是哪個(gè)環(huán)節(jié)？如何避免出錯(cuò)？

（二）密碼學(xué)Ⅱ

1.導(dǎo)入（15分鐘）

第一步，簡(jiǎn)述旗語(yǔ)和旗語(yǔ)的由來(lái)，讓學(xué)生思考以下問(wèn)題。

（1）旗語(yǔ)的特點(diǎn)是什么？

（2）相比摩斯密碼，旗語(yǔ)適合傳遞密碼信息嗎？

第二步，頭腦風(fēng)暴。內(nèi)容涉及以下問(wèn)題：如果用旗語(yǔ)傳遞密碼，應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)計(jì)旗語(yǔ)？有什么可利用的優(yōu)勢(shì)？有什么應(yīng)當(dāng)規(guī)避的劣勢(shì)？

2.宣布任務(wù)一及評(píng)價(jià)量規(guī)（10分鐘）

【宣布任務(wù)】依照摩斯密碼表，仔細(xì)研究之后，試著用旗語(yǔ)的方式傳遞一條純英文的密文信息，要求各組設(shè)置一個(gè)觀察者。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表3）。

3.任務(wù)一的執(zhí)行（10分鐘）

正式執(zhí)行任務(wù)。開(kāi)始后，教師計(jì)時(shí)。要求學(xué)生依照評(píng)價(jià)量規(guī)，并考慮以下問(wèn)題。

（1）信息內(nèi)容分為幾類？（如大寫(xiě)字母、小寫(xiě)字母、空格）

（2）使用旗語(yǔ)時(shí)，信息如何加密、傳遞以及解密？分工如何？（需要以下角色：制定內(nèi)容分類和區(qū)分的規(guī)劃者，明文向密文翻譯工作者，打旗人，將旗語(yǔ)轉(zhuǎn)化為有聲語(yǔ)言工作者，將有聲語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為書(shū)面語(yǔ)工作者，加密和解密的審查者，觀察記錄者）

4.總結(jié)和反思（25分鐘）

當(dāng)有小組完成任務(wù)后，教師記錄該組用時(shí)，并檢查比對(duì)初始的明文和最終通過(guò)加密解密過(guò)程得出的明文有無(wú)區(qū)別。全部小組完成后，討論以下問(wèn)題。

（1）小組應(yīng)怎樣分工？

（2）加密和解密是否出現(xiàn)了問(wèn)題？原因是什么？

（3）是否預(yù)先考慮了旗語(yǔ)的特點(diǎn)？

（4）空格如何用旗語(yǔ)表達(dá)？

（5）觀察者觀察到了什么？

（6）【拓展問(wèn)題】小組討論畫(huà)出思考和執(zhí)行任務(wù)的流程圖。

5.宣布任務(wù)二及評(píng)價(jià)量規(guī)（25分鐘）

【宣布任務(wù)】自創(chuàng)旗語(yǔ)，并用該旗語(yǔ)試著再傳遞一次信息，要求各組設(shè)置一個(gè)觀察者。各組通過(guò)討論，改進(jìn)原來(lái)的分工和設(shè)計(jì)。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表4）。

6.任務(wù)二的執(zhí)行（25分鐘）

正式執(zhí)行任務(wù)。開(kāi)始后，教師計(jì)時(shí)。要求學(xué)生依照評(píng)價(jià)量規(guī)，并考慮以下問(wèn)題。

（1）信息內(nèi)容分為幾類？（如中文、數(shù)字、大寫(xiě)字母、小寫(xiě)字母、空格、標(biāo)點(diǎn)）

（2）如何區(qū)分拼音形成的漢字和英文字母形成的單詞（無(wú)意義音節(jié)）？

（3）如何避免旗語(yǔ)的動(dòng)作發(fā)生混淆？什么樣的動(dòng)作會(huì)造成接收者誤解？怎樣避免？

（4）如何用更簡(jiǎn)單、更少的動(dòng)作組合傳達(dá)更復(fù)雜、更多樣化的信息？

（5）【拓展思考】用旗子在空中畫(huà)出漢字傳遞是否可行？

7.寫(xiě)作（15分鐘）

如果向他人介紹自己創(chuàng)造的旗語(yǔ)，要怎樣寫(xiě)一份說(shuō)明書(shū)？試著寫(xiě)出來(lái)。

（三）密碼學(xué)Ⅲ

1.導(dǎo)入（15分鐘）

第一步，簡(jiǎn)述明文和密文類型相同的密碼，讓學(xué)生思考以下問(wèn)題。

（1）如果要求明文和密文都使用英文字母，如何加密？有幾種方式？（如前后綴式、插入式、擴(kuò)充式、空間顛倒式、錯(cuò)位式）

（2）【拓展思考】如果要求以英文為明文、數(shù)字為密文，有怎樣的加密方法？

第二步，介紹古羅馬軍事運(yùn)用的密碼棒，讓學(xué)生討論密碼棒的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.宣布任務(wù)一及評(píng)價(jià)量規(guī)（10分鐘）

【宣布任務(wù)】自定義一種明文和密文類型相同的密碼，仔細(xì)研究之后，按要求試著傳遞一條密文信息，要求各組設(shè)置一個(gè)觀察者。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表5）。

3.任務(wù)一的執(zhí)行（10分鐘）

正式執(zhí)行任務(wù)。開(kāi)始后，教師計(jì)時(shí)。要求學(xué)生依照評(píng)價(jià)量規(guī)，并考慮以下問(wèn)題。

（1）密碼的可操作性如何？是否出現(xiàn)編碼方式過(guò)難，組員難以掌握而出錯(cuò)頻繁的現(xiàn)象？

（2）可以提前做好哪些工作以避免出錯(cuò)？

4.總結(jié)和反思（25分鐘）

當(dāng)有小組完成任務(wù)后，教師記錄該組用時(shí)，并檢查比對(duì)初始的明文和最終通過(guò)加密解密過(guò)程得出的明文有無(wú)區(qū)別。全部小組完成后，討論以下問(wèn)題。

（1）小組應(yīng)怎樣分工？

（2）加密和解密是否出現(xiàn)了問(wèn)題？原因是什么？

（3）是否設(shè)計(jì)了難以掌握的編碼方式？編碼方式有無(wú)漏洞？

（4）觀察者觀察到了什么？

（5）【拓展問(wèn)題】小組討論畫(huà)出思考和執(zhí)行任務(wù)的流程圖。

5.宣布任務(wù)二及評(píng)價(jià)量規(guī)（25分鐘）

【宣布任務(wù)】制作密碼本和說(shuō)明書(shū)（要求給密碼命名并署名），之后交換小組的一半成員，學(xué)習(xí)各組的密碼，試著再各傳遞一次信息。要求各組設(shè)置一個(gè)觀察者。通過(guò)評(píng)價(jià)各組的學(xué)習(xí)情況和密碼傳遞情況，來(lái)評(píng)價(jià)原來(lái)各組的密碼說(shuō)明書(shū)寫(xiě)作。宣布任務(wù)后，呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表6）。

6.任務(wù)二的執(zhí)行（25分鐘）

正式執(zhí)行任務(wù)。教師記錄每組每次任務(wù)用時(shí)和正確率。

7.全班討論（20分鐘）

所有小組完成后，挑選第一名的小組進(jìn)行匯報(bào)總結(jié)。若時(shí)間允許，讓盡可能多的組員發(fā)言。發(fā)言內(nèi)容基于以下問(wèn)題。

（1）小組設(shè)計(jì)的密碼復(fù)雜性如何？

（2）小組設(shè)計(jì)的密碼新穎性如何？

（3）小組設(shè)計(jì)的密碼保密性如何？

（4）小組設(shè)計(jì)的密碼綜合的安全性如何？為什么這么看？

（5）綜合各組結(jié)果，整個(gè)信息傳遞過(guò)程中最容易出錯(cuò)的是哪個(gè)環(huán)節(jié)？如何避免？

（6）各組負(fù)責(zé)人怎樣看待他人給出的意見(jiàn)？

（責(zé)任編輯 張慧籽）