《航天大探秘》单元的第四课时《加密解密》教学设计

教学目标：
1.识别明文与密文，认识加密对数据保护的意义。

2.利用数字化学习工具，体验数据加密和解密的过程，理解加密的基本思想。

3.通过小组协作，参照已学的加密思想和原理，自主设计一种加密算法。

认识自主可控技术对数据安全的影响。

教学重点：
认识加密对数据保护的意义，理解其基本思想。

教学难点：
能自主设计一种加密算法。

教学过程：
在情境创设上，以时下热门的航空航天为情节的串联，吉祥物童童和心心作为学生伴随式的学习伙伴，承接上节课《设置密码》中成功设置童心号飞船的发射密码，完成发射并和空间站对接成功，空间站有一批最新的实验数据要传输到地面，从而引出本节课要研究和解决的关键问题：数据在传输的过程中，可以通过什么方法来保证它的安全？为解决这个问题，教师设计了三个子问题，分别是“数据为什么要加密？数据怎么加密和解密？以及什么样的加密算法才能实现真正的安全？”，通过问题链的逐层递进，引导学生积极思考和探索，带着问题学习，让学生对本课的关键问题能逐步深入地分析，并最终形成自己的解决方案。

为了实现问题的解决，本节课设计了四个小活动，可以分别各用一个字来概括——猜、学、用、创。

第一个活动——猜
“童童和心心准备带我们去哪个空间站呢？他们发来了一串奇怪的字母，请同学们猜一猜，它是什么意思，答案就在这串字母里。

”这里学习的是一个简单的倒序加密算法，学生很快就能从这串字母中，猜出是“zhongguo”空间站，只要把字母倒过来进行排列即可。

通过这个活动，可以明确概念，什么是明文，什么是密文，什么是加密算法，并初步认识加密的作用。

学习了倒序加密之后，数据更安全。

本课的关键问题“数据在传输的过程中，我们用倒序加密来保证它的安全好不好？”引发学生思考，学生很快回答出“不够安全”，因为倒序加密太简单了，很容易被猜到。

继续提问“还有其他的加密算法吗？”引出凯撒加密。

第二个活动——学
学习凯撒加密，不是简单地跟着教师学，而是小组借助学校自主开发的数字化学习工具“加密解密”APP探究学习。

学生使用此APP加密后得到密文，通过对比明文和密文，或者自由输入字母加密后得到密文来对比观察，尝试发现凯撒加密规律。

凯撒加密是把明文的字母在字母表中进行偏移后替换得到密文。

在此活动中，学生利用数字化学习工具去体验加密的过程，发现规律，理解加密的基本思想，进一步认识加密的作用。

第三个活动——用
对前面所学的两种加密算法活学活用。

“学习了数据的加密，那怎么解密呢？一小时后，空间站将经过我国某个城市上空，到底是哪个城市呢？”学生活动单中，随机准备了之前所学两种算法加密后的任意一种密文，学生小组讨论，选择一个合适的算法，利用“加密解密”APP来解密。

通过这个活动，可以认识到解密是加密的逆过程。

活动二和活动三中，“加密解密”APP的使用，给学生问题解决搭设了支架。

区别于教师传统的讲授和提供活动小贴士、分步骤学习这样线性的思维模式，使用APP自主体验，学生的思维可以更发散更自由。

APP的体验让学生能在学习过程中验证自己的设想，主动发现问题、总结问题，并最终去解决问题。

第四个活动——创
学生通过前三个活动的体验和学习，已经对数据的加密和解密有了一定的认识，此时再进行追问“用所学的这两个算法来加密实验数据真的安全吗？”引发学生进一步思考，这些加密算法不仅简单，而且都是大家知道的加密算法，在找到算法规律之后，数据是很容易被破解的。

“那你有什么好办法呢？”学生们纷纷表示可以自主设计一种加密算法。

活动四需要学生小组讨论，发挥想象力，自主设计一种加密算法，把下一站的目的地火星MARS发送给地面指挥中心，并给这个算法起一个名称。

这是一个非常开放的任务，学生们自主创作，有的在原有加密算法基础上改编，也有的使用两种加密算法的混合，更有小组设计的是全新的加密算法。

最后，再一次回到本节课最初的问题。

“数据在传输的过程中，我们可以通过什么方法来保证它的安全？”本课前后三次针对关键问题反复提问，“用倒序加密加密实验数据安全吗？用凯撒加密加密实验数据安全吗？不安全怎么办？”
在课堂教学的不同节点上，每一次提问都会引发学生新的认知冲突，进而带来新的思考与启迪，让学生切身体会到为了保证数据安全，加密算法是非常重要的，提高数据安全意识。

用问题引导学生积极思考，用任务指引学生，做中学、用中学、创中学，通过亲身体验实现知识建构、思维发展和提升能力。

以航空航天为主题，一方面是让学生能初步认识到自主可控技术对国家发展的重要性。

另一方面也是在学生心中播种航天的梦想，激发探索浩瀚宇宙的志趣。