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第3.5课《系统安全需升级》教学设计
课题 系统安全需升级 单元 第三单元 学科 信息科技 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：理解生物特征认证（如眨眼检测）的技术逻辑，关注在线支付中身份认证的应用风险与数据安全重要性。计算思维：用流程图设计人脸识别机制，将活体检测条件转化为程序判断语句，通过MQTT配置实现软硬件协同验证。数字化学习与创新：在合作中运用mPython完成活体检测与双因素认证功能，尝试调用加密模块探索数据传输保护方案。信息社会责任：认识明文传输和重复密码的风险，理解安全升级对隐私保护的意义，形成技术应用中的责任意识。
教学重点 掌握活体检测（眨眼、张嘴动作识别）与双因素认证（人脸+账户比对）的技术实现逻辑及编程方法。
教学难点 准确编写条件判断语句实现软硬件协同验证，并理解加密算法在数据传输中的实际应用原理。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第3.5课 系统安全需升级经过学习和实践，壮壮已经初步完成了在线支付模拟系统的搭建。在深入学习了物联网安全知识之后，壮壮意识到自己设计的刷脸支付功能存在被图片欺骗的漏洞。该如何解决这个问题，进一步提升在线支付系统的安全性呢？想一想：为什么用照片对准摄像头，提示验证失败？因为系统需要检测动态的面部动作，比如眨眼或张嘴，而照片是静态的，无法模拟真人动作，活体检测会直接判定为伪造。思考：为什么有些平台登录时既需要密码，又要刷脸？这是双因素认证，密码属于‘你知道的东西’，人脸属于‘你拥有的特征’，两种验证结合能大幅降低账户被盗的风险。在线支付系统通过检测眨眼、张嘴等动态面部动作，判断摄像头前是真人还是照片或视频，防止静态图像伪造攻击。每个人的面部特征、指纹都是独一无二的，系统利用这些特征验证身份，就像用身体当密码一样可靠。播放视频《人脸识别用照片可以识别吗？》 课程新知导入完成思考题。观看教学视频。 帮助学生理解智能设备。通过问题导入引发学生思考，引导学生了解双因素认证。通过视频吸引学生的注意力。
讲授新课 新知讲解：一、讨论身份认证技术是一种确保用户身份真实性和实效性的重要手段。在日常生活中，有哪些常见的身份认证技术？结合自己的生活经验在组内进行交流，并将交流的结果填入表3-5-1中。二、小贴士身份认证技术是在计算机网络中确认操作者身份的过程，确保只有授权的个体才可以访问系统或网络资源，是网络安全的第一道防线。常见的身份认证技术如下：1.用户名/密码认证：用户在登录时输入用户名和密码，系统查询数据库进行验证。如果输入的信息与存储的用户信息匹配，则允许访问。2.智能卡认证：系统通过与智能卡中的内置信息进行交互比对，验证用户身份。3.生物识别技术：根据用户独特的生理或行为特征(如面部、指纹、虹膜等)进行身份认证。4.一次性密码：用户进行登录或支付时，系统会随机生成新的密码并通过短信、电子邮件或专用应用程序发送给用户，用户输入这段密码进行验证。5.双因素认证：结合两种不同类型的认证方式验证用户身份。三、思考用户在进行人脸识别时，常使用张嘴、眨眼等面部动作。后台系统是如何通过面部动作来判断用户真实身份的呢？后台系统会先通过摄像头捕捉你的面部特征（比如眼睛、鼻子、嘴巴的位置），确认是否和数据库中的照片匹配。接着，它会要求你完成眨眼、张嘴等动作，并实时分析这些动作是否自然连贯（比如眨眼速度、嘴唇张合幅度）。如果是真人，动作会符合生物规律；而照片或视频无法做出真实反应，系统就会拒绝验证。这样一来，既确认了“你是你”，又防止了他人用伪造手段冒充。四、马上行动请帮助壮壮设计在线支付模拟系统的人脸识别机制，填写图3-5-1中的空缺部分，并将流程图绘制完整。五、小贴士人脸识别系统在工作过程中会自动识别人脸数据和面部动作，判断人脸识别结果，并记录在一定时间内的眨眼、张嘴次数。六、做中学以小组合作探究的方式，完成“升级在线支付模拟系统 活体检测”任务。1.硬件清单：主控板x1，Type-C数据线x1，USB 摄像头x1，带有热点功能的计算机x1。2.软件清单：mPython0.8.4、MQTT在线服务器、人脸识别系统。3.连接设备。将主控板通过Type-C数据线接入计算机，将USB摄像头接入计算机，并启用摄像功能。4.程序编写（1）打开mPython0.8.4软件，打开资源包中的“面容识别开锁”案例程序（见图 3-5-2）。（2）将主控板和计算机接入互联网，初始化 MOTT服务器参数，设置项目名称为“活体检测”并配置设备。（3）创建变量 status、blink、mouth，分别代表面部识别结果、眨眼次数、张嘴次数，并进行赋值，代码如图3-5-3所示。（4）添加判断语句，对面部识别结果及眨眼次数、张嘴次数进行判断，完成活体检测。（5）再次检查整体程序，并刷入主控板中。完整代码如图 3-5-4所示。5.程序测试运行程序，摄像头识别人脸并记录面部动作，系统进行判断，查看结果（见图3-5-5）。七、思考壮壮想在识别人脸后，使用双因素认证机制验证用户的账户信息，比对成功后才可成功支付。如何在在线支付模拟系统中加入比对账户信息的功能呢？第一步：提前在系统中存好用户的正确账户名和密码。第二步：人脸识别成功后，让用户再输入一次账户名和密码。第三步：系统自动比对输入的信息和存储的是否一致，两者都正确才允许支付。八、小贴士使用“列表”模块来增加数据存储，能够有效地存储用户账户信息，从而支持双因素认证机制。在编写程序的过程中，可通过分割列表数据，并将其赋值给变量，从而获取用户的账户信息。九、做中学以小组合作探究的方式，完成“升级在线支付模拟系统·账户验证”任务。设备、软件清单及连接情况如前，程序编写及测试操作步骤如下：1.启动 mPython 0.8.4软件，打开资源包中的“面容识别开锁”案例程序。2.完成网络配置和MOTT服务器配置。设置项目名称为“账户验证”，并进行设备配置。3.创建变量userlist、msg2、user、password，分别用于存储用户账户信息、用户输入信息输入用户名、输入密码；输入 MQTT服务器中主题名称，并对用户输入信息进行分割，对变量进行赋值（见图3-56）：(1)userlist定义为列表，并添加用户名、密码信息。(2)msg2赋值为 MQTT服务器中的用户输入信息。(3)user赋值为用户输入的用户名。(4)password 赋值为用户输入的密码。4.添加判断语句，判断面部识别结果及比对用户账户信息。5.再次检查整体程序，并刷入主控板中。完整代码如图3-5-7所示。6.运行程序，摄像头识别人脸，获取人脸识别结果。进入MOTT服务器中的项目详情页面(见图 3-5-8)，在消息发送框中模拟输入信息，系统比对用户账户信息，获取比对结果。7.查看主控板执行结果，如图3-5-9所示。十、讨论在帮助壮壮升级在线支付模拟系统的实践中，你遇到了哪些问题 又是如何解决它们的？把你的体验和收获记录在表3-5-2中，和小伙伴们一起交流分享。系统安全升级具有必要性，它能够及时修补漏洞，增强设备的防御能力，确保我们的智能生活不受干扰。同时，多因素身份认证技术的引入，为我们提供了更加坚实的身份保护屏障，使得恶意攻击者难以窃取我们的个人信息。在未来的物联网时代，安全和隐私将成为不可忽视的议题。只有不断学习和进步，我们才能跟上技术发展的步伐，确保自己的数据安全与隐私权益。让我们共同努力，构建一个更加安全、可信的物联网环境！十一、任务拓展在日常生活中，许多用户倾向于在不同的系统中使用相同密码。然而，这种做法存在安全隐患，尤其使用明文传输数据时，数据泄露的风险会大大增加。此外，如果某个系统的密码泄露，用户在其他平台上的数据安全也会受到影响。为有效解决数据传输中的泄露问题可以对传输的数据进行加密。请你选择一种适宜的加密算法，尝试将其应用于在线支付模拟系统中，并对系统程序进行修改，从而实现数据的加密传输。十二、小结扩展延伸：未来身份认证技术发展趋势行为特征识别：无感验证：通过打字节奏、行走姿态等日常行为特征自动识别身份，无需主动操作。脑波密码：思维即密钥：利用脑电波独特模式验证身份，“想一想”就能解锁设备或账户。量子加密认证：破解不可能：用量子纠缠原理生成动态密钥，彻底杜绝密码被窃取或复制。数字身份护照：一证通全网：区块链技术打造统一数字身份，跨平台登录无需重复注册。环境感知认证：场景化安全：结合地理位置、设备状态等环境数据动态调整验证强度。AI动态防护：实时反欺诈：人工智能持续分析用户行为，异常操作瞬间拦截并预警。 讨论生活中常见的身份认证技术。说一说你还见过什么身份认证技术。思考并讨论后台系统是如何通过面部动作来判断用户真实身份的呢？完善流程图。小组合作完成任务。说一说双因素认证机制的意义。小组合作探究完成“升级在线支付模拟系统·账户验证”任务。和同学分享问题与解决方法。完成拓展任务。了解未来身份认证技术发展趋势。 帮助学生了解身份认证技术与身边事物的联系。引导学生应用所学知识观察身边事物的能力。引导学生理解后台系统判断用户真实身份的流程。加强学生对知识点的掌握。培养学生的协作动手能力。帮助学生理解加强身份认证的重要性。培养学生的动手能力与协作能力。培养学生的表达能力、分享能力。提高学生解决问题的能力。扩展学生知识点。
课堂小结 系统安全需升级1.进行新知引入2.了解身份认证技术3.掌握人脸认证方法4.完成课堂练习5.进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 根据本课内容，讨论不同的身份验证技术。学完本节课，完成模拟支付实验。完成PPT47-48页的练习题。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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