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密码中的穷举算法
密码中的穷举算法
年级 五年级 章节 第四单元活动一
课时安排 1课时
执教教师 学校
一、教学内容分析
本节课是五年级上册单元主题四“信息安全小卫士”的第1课时。教学内容是初步理解穷举算法的基本思想，了解提高密码安全性的基本方法，为后面学习手机安全防护的方法奠定知识基础。本节课以常见的密码锁为例，分析信息系统密码的基本原理。通过创设开锁这一情境，阐述了穷举算法的基本思想，总结出提高密码安全性的基本方法。最后列举生活中实例，要求学生使用穷举算法解决实际问题，并用编程进行验证，培养学生解决问题能力和计算思维。
二、教学对象分析
通过前面的学习，学生已经对算法有了一定的认识。在数学课上，学生使用简单的穷举找规律并解决鸡兔同笼的问题，但学生对计算机中常见的算法（如穷举法）缺少认识，通过密码锁这一案例，一方面激发了学生的学习兴趣，另一方面学习穷举算法解决问题的思路和方法，通过迁移，解决生活中其他问题。该阶段学生容易忽略数据安全问题，通过密码的认识，引导学生结合生活经验，总结提高密码安全性的方法，提高数据安全意识。
三、教学目标
1.初步理解穷举算法的基本思想和应用。 2.了解提高密码安全性的基本方法。3.培养学生的数据安全意识。
四、教学重点与难点
教学重点：初步理解穷举算法的基本思想；了解提高密码安全性的基本方法。教学难点：初步理解穷举算法的基本思想。
五、教学环境（软、硬件）
能提供上网环境的机房、编程软件scratch、课件、学习单
六、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
单元主题情境 人类社会进入信息时代，信息安全受到越来越广泛的重视。人们采用多种方法来保护信息安全，例如通过设置密码来保护账号，通过运用防护技术来保护信息设备，通过对信息加密来防止信息泄露等。那么，如何设置安全的密码？如何保护信息设备的安全？信息又是如何被加密的？让我们一起来探究其中的奥秘，成为信息安全小卫士。 学生结合生活实际，思考保护信息安全的方法。 单元情境的创设能够激发学生的学习兴趣和探究欲望，引起学生对信息安全的重视。
情境导入 创设情境：播放动画视频《密码安全》在生活中我们会设置各种各样的密码，例如社交软件密码、学生卡密码、银行账户密码等，密码守护着我们的信息安全。那么，密码是怎样保护信息安全的呢？怎样设置更安全的密码呢？我们一起来探究。 学生观看动画，思考问题：密码是怎样保护信息安全的呢？怎样设置更安全的密码呢？ 视频形象地展示出了信息安全的重要性，通过提问，激发学生对设置安全密码的探究欲。
学习新知一、认识密码和穷举算法 设置密码（口令）是信息系统最常用的安全保护方式。◆密码基本原理抛出问题：想一想，密码锁的基本原理是什么？引导小结：锁设有 3 个转盘，每个转盘分别有 0 ～ 9 共 10个数标识位置。预先设置的密码：“123”。分别转动 3 个 转 盘， 让“1”“2”“3”对准三角形标志，密码锁就会被打开。否则打不开锁。3.学习新知：信息系统密码与密码锁的原理相似，需要在信息系统中预先注册账号并设置密码。用户登录信息系统时，系统通过计算来比对用户输入的密码与预先设置的密码，如果二者相同，则允许用户访问，否则拒绝用户访问。◆穷举算法与密码的安全性安装在行李箱上的密码锁可以保护行李箱不被随意打开，提高了使用的安全性。但一旦忘记了密码锁的密码，也会带来麻烦。探究实践：小明在旅行途中忘记了行李箱的开锁密码，请开展小组讨论，找到打开行李箱的方法。2.学习新知通过分析，可以明确：（1）密码锁有 3 个转盘，密码肯定是一个 3 位数字。（2）密码一定是“000”到“999”这 1000 个数字中的某一个。（3）可以从某个数开始，不重复地逐一尝试，直到开锁为止。这种开锁方法是穷举算法的典型应用，其基本思想是“在一个确定的范围内，有序地去尝试每一种可能”。例如，在开锁过程中，其基本要素有：·穷举对象（3个数字的组合）、·穷举范围（000～999）、·穷举方案（从 000 开始逐次加 1，或从 999 开始逐次减 1）、·检验正确条件（能打开密码锁）。穷举范围越大，穷举算法执行比较的次数就越多，耗费的时间就会越长，密码就越难被破解。如果用穷举对象的个数来表示穷举范围的大小，不同的密码设置方式，对应着不同的穷举范围，见下表。通过观察可以得出结论：增加密码的长度，或在密码中加入字母（分大小写）和符号，可以扩大穷举的范围，这样就需要更多次的尝试才能破解密码，从而提高密码的安全性。3.引导小结：在设置密码时，为提高密码的安全性，我们需要注意什么？◆避免设置简单密码为了便于记忆，人们常常会设置一些简单的密码。如生日密码、6666、1234等，这些密码容易被猜出来，安全性不高。◆合理设置密码长度一般说来，密码长度越长越安全，但记忆也越困难。因此需要设置合理的密码长度。目前安全密码长度一般在 8 位以上。◆在密码中加入字母和符号在密码中加入字母（分大小写）和符号，可以扩大穷举的范围，提高密码的安全性。如设置密码：Wo（12）=&。 联系生活实际，思考密码锁的基本原理。在老师的引导下，形成对信息系统密码原理的完整的认识。学生结合信息系统密码原理示意图更进一步理解其原理。学生进行小组探究，分享找到开锁密码的方法，完善学习任务单。在老师的引导下，梳理思路，用流程图表达。在老师引导下，总结穷举算法的基本要素及其关系。思考：如果用穷举对象的个数来表示穷举范围的大小，不同的密码设置方式，它们的穷举范围是多少？总结扩大穷举范围的方式。学生梳理总结合理设置密码以提高安全性的方法。 从密码锁的基本原理迁移至信息系统密码的基本原理，符合学生的认知规律，便于学生理解。通过梳理密码锁的基本原理，为后面破解密码奠定知识基础。将原理用图示的方式呈现，有利于学生进一步理解。设计以“解密密码锁”为主题的活动，很好地保持了学生的学习兴趣。任务单的设计将问题进行分解，循序渐进，帮助学生理解问题。用流程图描述算法。帮助学生梳理解决问题的思路。总结穷举算法解决问题的思路和方法，便于学生经验迁移，解决其他问题。表格数据对比的方式让学生直观感受到增加密码的长度，或在密码中加入字母（分大小写）和符号，可以扩大穷举的范围，从而提升密码的安全性，为后面掌握合理设置密码的方法奠定知识基础。
学习新知二、穷举算法的应用 穷举算法在生活中的应用也比较常见。1.开动脑筋：尝试使用穷举算法解决以下问题： （1）数一数，如果要从大熊猫馆到百鸟林，共有多少条路线可供选择。（2）饮品和主食只能各选 1 样，早餐有多少种搭配方式？鸡兔同笼问题也可以使用穷举算法（列表法）来求解。根据给出的头和脚的数量，列出所有可能的鸡和兔子的数量组合。假设笼子里共有8个头，20 只脚，用穷举算法列出所有 9 种组合，从中找到正确的解。2.探究实践：（1）编程实现鸡兔同笼问题求解。（2）输入不同的头数和脚数，观察运行结果。 学生利用穷举算法解决生活中的问题及经典数学问题。学生根据鸡数，列出相对应兔子数和总脚数，找出正确的解。学生阅读鸡兔同笼问题求解程序，分析程序的关键部分，修改数据并进行测试，验证其正确性。 结合生活中实际应用，通过经验迁移，一方面巩固穷举算法基本思想，另一方面培养学生真实解决问题的能力。让学生在穷举过程中把握问题关键，梳理解决办法。在实际教学过程中，学生在简单地学习后能看懂鸡兔同笼问题求解的程序，验证其正确性，提高问题解决的效率，培养其计算思维能力。
课堂总结 分享表达：同学们，这节课我们认识了密码和穷举算法，你们学到了什么知识？学习了穷举算法的基本思想和应用。了解了提高密码安全性的基本方法。 学生回顾所学知识，进行知识总结，同学间互相补充。 通过学生的回答评价学生是否掌握了穷举算法的基本思想，提升学生的信息安全意识。
练习提升 1. 在用穷举算法解决鸡兔同笼问题时，如何缩小穷举范围？ 2. 使用人工智能大语言模型应用工具，询问是否可以用穷举算法求解 “韩信点兵”问题。
七、板书设计
八、教学反思
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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