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信息科技 单元1 第4课 跨学科活动：利用编码设计解密游戏
课题 跨学科活动：利用编码设计解密游戏 单元 单元一 学科 信息科技 年级 四年级
教材分析 本课是第一单元《历史上的编码》跨学科实践课，是单元知识的综合应用与拓展。教材以“编码解密游戏”为核心任务，整合前序加密知识、语文文字、数学逻辑、美术设计等内容。要求学生从“游戏主题确定一编码规则设计一游戏道具制作一游戏互动体验一优化改进”完整流程，将编码知识从“理论认知”转化为“实践应用”。既巩固加密、解密技能，又培养跨学科综合能力、创新思维与合作精神，落实新课标“跨学科实践”要求。
教学目标 1.信息意识:能结合游戏场景，感知编码在趣味活动中的应用价值，进一步强化编码规则意识与信息安全意识。2.计算思维:综合运用置换、替换加密方法，设计合理、可操作的解密游戏规则，提升问题分析、逻辑设计与规则优化能力。3.数字化学习与创新:跨学科整合语文、数学、美术知识，自主设计解密游戏道具与流程，培养数字化创新实践与作品创作能力。4.信息社会责任:在小组合作中遵守规则、分工协作，文明开展游戏，尊重他人设计成果，培养团队协作与责任意识。
重点 教学重点:综合运用两种加密方法，设计完整的解密游戏规则与流程。
难点 跨学科整合知识，设计出规则清晰、趣味性强、可操作的解密游戏，合理优化游戏细节。
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4课 跨学科活动：利用编码设计解密游戏播放视频。小清和朋友准备设计班级展演活动的节目，他制定了一份计划文档，小清给这份文档设置了密码。有没有一种方式，可以使小清和朋友在学校见面时完成密码的传递，且不被别人解读呢？出示图片学生A：手势暗号：约定手势对应数字或字母，当面用手势传递。表情符号加密：用约定好的表情对应字符，传递一串表情。位置编码：约定教室位置对应数字， 用眼神或动作示意位置。藏字对话：用日常对话中特定位置的字组成密码传递。本课中你将学习：了解历史上的加密和解密方法使用不同的编码技术进行信息加密和解密设计个性化的解密游戏 明确本课学习目标，更清晰所学习的主要内容。 以贴近学生生活的情境激发兴趣，自然引入 “加密解密” 主题，明确学习目标。
讲授新课 一 、新知讲解1、想一想你和朋友之间有没有“秘密暗号”？如果你想和朋友聊天又不想被别人听懂，你会怎么做 我会和朋友用特定的手势、表情符号传递信息，别人看不懂这些符号的含义。我会用简单的编码方式把每个字换成拼音首字母，再打乱顺序，朋友按规则就能还原内容。2、查一查信息有多种传输方式。1.在古代战场上，将军需要根据战场情况随时发布进攻、撤退、改变行进方式等指令。军队一般都会采取 来传递指令信息，不同颜色的 旗语（令旗）就代表不同的指令，当需要发出某种指令时，指挥官会举起相应颜色的旗帜，并向下挥动，部队会根据看到的颜色旗帜来判断指令并执行。探索知识链接古代常见颜色旗语的含义红色旗：代表进攻、冲锋、开战信号。实战中挥旗即 “全军出击”，士兵看到红旗便向前冲锋。黄色旗：代表指挥、中军令旗、调整阵型。主帅用黄旗指挥军队变阵，是战场的 “指挥中心”。白色旗：代表收兵、撤退、暂停进攻。挥动白旗表示 “鸣金收兵”，士兵停止战斗并向后撤离。黑色旗：代表特殊任务、夜战、决死冲锋。常用于指挥敢死队，或夜间行动时作为识别信号。绿色旗：代表预警、防御、原地待命。表示 “加强防守”“原地警戒”，防止敌军突袭。2.19世纪出现了一种新的信息传输方式—— 莫尔斯电码。人们将需要传递的文字按照一定的规则转换成电信号，通过发报机将电信号发送出去，经过电路传输，收报机收到电信号后再根据规则解析出文字信息。无论是何种传输方式，都是将原格式的信息编码成另一种格式的信息。信息在传输过程中被窃取后，只要窃取者掌握了编码规则，就能解码出原格式的信息。实践你还知道哪些信息传输的方式，请列举出来。学生A：古代有烽火台、驿马、信鸽、旗语、击鼓，靠自然信号或人力传递信息。近代则是以电报、电话、邮政、广播为主，通过电信号或邮递系统实现远距离传输。现代就是常见的手机通信、互联网、卫星通信、物联网，实现了全球即时、多媒体的信息传递。3、做一做（一）斯巴达密码棒在古希腊，斯巴达军方使用一种叫作密码棒的装置来加密信息，这种装置由一条皮带和一根木棍组成，在展开时，皮带似乎只是一串随机字符，但如果缠绕在一定大小的木棒上，字母就会有序地对接成单词。使用方法：把皮带缠绕在圆木棒上，然后在上面写字；解下皮带后，上面只有杂乱无章的字符，只有再次以同样的方法缠绕到同样粗细的木棒上，才能看出所写的内容。实践：组队游戏，两名同学为一组，其中一名同学为加密者，另一名同学为解密者。如下图所示，每组准备一根细长的纸条和若干不同形状的物品。第1步：加密者随机挑选一个物品，将纸条环绕在上面，如下图所示。然后在纸条上写下一条信息，写完信息后将纸条拆下，并将物品放回原位。此过程不可被解密者看到。第2步：解密者拿着纸条尝试解密，直至解出完整的信息。4、议一议解密者一般几次能完成这个游戏？这种加密方式的优缺点分别是什么？游戏次数：一般需要尝试 1-3 次，根据纸条长度和笔的粗细匹配情况，大多能较快找到正确的解密工具。优点：加密方式直观有趣，纸条本身看不出信息，安全性好；操作简单，适合课堂游戏。缺点：解密依赖固定粗细的 “工具”，如果笔的粗细不匹配就无法解密；纸条容易损坏，传递和保存不方便。（二）凯撒密码凯撒密码是历史上已知的最早的密码之一。凯撒密码中的每个字母在字母表中“移动”了一定的位置。例如，如果密钥为1，则A将替换为B，B将替换为C，依此类推。相传最早是恺撒大帝用来和将军进行秘密交流时所用的加密方法。为了更加直观地了解一下凯撒加密，如果密钥为3，则A被替换成D，B被替换成E，如图所示。实践 （1）如果密钥为1，那么密文“HAPPY”传递的明文应该是什么？如果以延后1个字母为密钥，那么明文和密文的对照表如下：（2）请你设计一个密码并将密钥告诉你的小伙伴看看他能不能正确解密。学生A：（1）密文 “HAPPY” 对应的明文是 GZOOX。（2）密钥：约定字母往后推 3 位（移位 3）明文：HELLO加密过程：H→K，E→H，L→O，L→O，O→R密文：KHOOR（三）书本式加密书本式加密是为秘密消息中的每个单词或文字根据特定书籍的页码、行号和文本来创建代码。必须保证密码发送者和接收者手中的书籍完全相同（如果是同一本书的不同版本，则有可能出现单词或文字在不同页面的情况），密码发送者写下位置代码以帮助接收者找到特定的词。实践与你的小伙伴一起找一本共有的书，传递一次消息，看看你的小伙伴能否正确解密。通过以上活动，请你利用编码游戏帮助小清设计一个密码。游戏名称：书本密码传递游戏参与人数：2 人（小清与伙伴）准备道具：两人共有的同一本课本、纸条、笔编码规则：用「页码 - 行数 - 第几个字」的格式表示密码信息。游戏过程：小清按规则写数字组合传递，伙伴按同一本书还原内容。结果预期：规则一致即可成功解密，旁人无法直接解读。（四）猪圈密码猪圈密码是一种以格子为基础的图形密码，已经使用了几百年，没有人知道它是什么时候发明的。猪圈密码的优点是简单、好记、容易书写，适合书面的密码通信。即使在密码中使用符号，也不会影响解密。猪圈密码将字母和格子组合起来，如下图所示。猪圈密码十分简单，用包围字母的格子表示这个字母。如HAPPY可写为 。实践（1）如何用猪圈密码表示字母F、Q、Y （2）请你用猪圈密码给同伴传递一段话，看看同伴能不能顺利解读你的消息。请你模仿猪圈密码，自制一个文字表并传递信息，在传递的过程中如果被其他同学发现，他能否破译你传递的消息 按上表把文字换成对应符号传递。同伴持有密码表，能正常解读。其他同学没有对照表，无法破译。5、议一议文字加密的方法多种多样，在《水浒传》里也有这样一则文字加密的故事——吴用智赚玉麒麟。智多星吴用利用卢俊义想要躲避血光之灾的惶恐心理，在其家中墙壁上写下四句诗：芦花丛里一扁舟，俊杰俄从此地游。义士若能知此理，反躬逃难可无忧。这其实是一首藏头诗，正是藏头的这四个字，使得卢俊义最终被逼上了梁山。6、评一评同学们在本课中实践了不同的解密游戏，请参考表1一7填写表1-8，并对利用编码设计解密游戏的过程进行评价，在反思中不断成长与进步吧!知识链接观看视频二、课堂练习1、斯巴达密码棒的加密原理是什么？解密密文时需要满足什么条件？答案：原理：把文字横向写在缠绕木棒的皮带上，展开后文字打乱。解密条件：使用粗细相同的木棒缠绕皮带，才能还原文字。凯撒密码的核心规则是什么？以密钥为 3 为例，字母 A 会被替换成哪个字母？答案：规则：将字母按固定位数整体移位替换。密钥为 3 时，A 向后移 3 位，替换成D。3、书本式加密的前提条件是什么？传递信息时，接收者需要哪些关键信息？ 答案：前提：双方拥有完全相同的一本书。接收者需知晓：页码、行数、第几个字的编码规则。三、拓展延伸1、观看视频（信息媒介的前世今生）2、 中国古代的 “藏头诗” 与拆字密码藏头诗：将关键信息藏在诗句的开头、中间或结尾。拆字法：把汉字拆解成偏旁部首传递信息，如 “十八子” 指代 “李” 姓，常用于古代起义传递秘密指令。反切法：用两个字的读音拼出一个字，如 “东德”（东的声母加上德的韵母）拼成 “登”是早期的语音加密方式。3、其他古代文明的加密智慧古希腊的 “隐写术”：除了斯巴达密码棒，还有 “蜡板写字法”—— 在蜡板上写字后用蜡覆盖，接收者刮去蜡层读取信息，是最早的 “信息隐藏” 技术。古埃及的象形文字密码：用特定符号替代普通文字，比如用鸟的图案代表 “神”，用权杖代表 “权力”，只有掌握符号规则的祭司才能解读。古罗马的 “移位密码升级版”：凯撒密码的延伸，用固定密钥循环移位，比如密钥 “3” 不仅字母移位，还加入符号干扰，破解难度大幅提升。4、加密与解密的 “永恒博弈”技术在进步，规则就会被打破：再复杂的加密方式，也可能随着数学理论或计算机技术的突破而失效。安全与实用的平衡：过于复杂的加密方式会降低效率，甚至无法使用，如一次性密码本虽然安全，但使用成本极高，难以大规模应用。人性是最大的漏洞：很多加密方式的破解，不是因为算法本身的问题，而是因为密钥泄露、弱密码、钓鱼攻击等人为因素，这也是博弈中最难以解决的环节。四、单元小结1、知识回顾历史上的编码利用编码加密信息解密信息的方法2、思维导图3、反思与评价1.烽火台使用特定的信号来代表不同的含义，木柴和草把有点燃和未点燃两种状态，未点燃用0表示，点燃用1表示：如果这个烽火台有一堆木柴和三个草把，如何使用0、1的形式表示它们的组合？你会为这些组合设定什么样的含义？木柴和草把一共4 个信号单元每个单元有 2 种状态所以可以用4 位二进制数表示所有组合，一共有 16种不同组合。2.我们可以利用莫尔斯电码表示中国的汉语拼音，进而发送中文。下列是一行加密后发送的莫尔斯电码：它表示的字母是：N I H A O破译密码为：NI HAO代表汉字：你好这个密码使用了 莫尔斯电码替换 加密方法。4、单元总结在本单元学习过程中，肯定少不了与他人进行互动交流、参与作品制作等活动。请就此进行总结与反思，以便更好地促进自身成长。1.从同伴那里学到了什么？2.向同伴分享过哪些观点？3.工具、方法的使用是否得当？4.实践活动中是否有值得推广的经验？ 了解旗语和电报机的工作原理再结合已有知识，列举其他信息传递方式思考方式的共同特点。分组完成斯巴达密码棒游戏，总结 “需相同木棒才能解密” 的特点； 独立完成凯撒密码解密任务，与同伴互设密码；与同伴合作，用共同书籍尝试书本式加密；对照猪圈密码表，写出指定字母的图形，传递文字并让同伴解读。自主设计简易密码表，用自制密码传递信息；讨论：没有密码表的人无法破译，因为不知道对应规则；思考并理解 “加密方式的安全性与实用性需要平衡”。自主设计简易密码表，用自制密码传递信息；讨论没有密码表的人无法破译，因为不知道对应规则；思考并理解 “加密方式的安全性与实用性需要平衡” 倾听故事，分析藏头诗的加密原理（将关键信息藏在诗句中），感受文字加密的智慧。对照评价表，回顾本课学习过程，反思自己的收获与不足，填写评价表。完成课堂练习题目。学习拓展知识。进行单元小结。 拓展学生对信息传递方式的认知，理解 “编码是信息传递的核心规则”，为后续加密解密实践铺垫。通过动手实践，让学生亲身体验四种传统加密方式的原理和操作，理解不同加密方式的优缺点，培养动手能力和合作探究能力。 引导学生从 “使用者” 转变为 “设计者”，理解加密的核心逻辑，建立信息安全意识，体会加密与解密的博弈关系。引导学生从 “使用者” 转变为 “设计者”，理解加密的核心逻辑，建立信息安全意识，体会加密与解密的博弈关系。结合文学故事拓展加密方式，让学生感受跨学科融合的魅力，加深对 “信息加密” 的理解。引导学生进行过程性反思，培养自我评价和总结能力，巩固本课知识与技能。考察学生对本课内容的掌握情况。 在原有的基础知识上为学生进一步拓展相关知识。梳理知识体系，强化学生的信息安全意识，将课堂所学与生活联系起来。
布置作业 1、回到家中设定密钥为 2，先把英文单词 STUDY 加密成密文；再请家人随机写一组凯撒密文，你来解密。2、观察生活里 3 种带 “密码 / 加密”的场景，简单写下：它用了什么加密形式、作用是什么。 完成作业。 培养学生主动思考的能力，分析解决问题的能力。
课堂小结 《跨学科活动：利用编码设计解密游戏》课程小结：1、回顾：梳理了古代旗语、电报通信、斯巴达密码棒、凯撒密码、书本式、猪圈密码等多种加密方式，理解了信息编码与加密的核心规则。2、提升：通过动手操作，体验了替换加密、换位加密等不同方法，掌握了简单的加密与解密流程。 回顾知识点。 梳理知识，强化记忆。
板书 学习、记忆及勾画知识点。 明确教学内容及重点和难点。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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