《信息系統(tǒng)的組成》教學案例

學科核心素養(yǎng)①具備服務信息社會，為信息社會積極作貢獻的意識；具備選用信息技術工具進行信息安全防范的意識。（信息意識）②針對給定的任務進行需求分析，明確需要解決的關鍵問題，能把利用信息技術解決問題的過程遷移到學習和生活的其他相關問題的解決過程中。（計算思維）③針對較復雜的學習任務，使用網(wǎng)絡工具快速搜索、獲取和甄別學習資源，在有效管理的基礎上，創(chuàng)造性地解決問題，形成個性化的作品，在網(wǎng)絡學習空間中開展協(xié)作學習，建構(gòu)知識。（數(shù)字化學習與創(chuàng)新）④認識信息技術發(fā)展對社會進步和人們生活帶來的影響，在信息活動中，認識到信息技術具有兩面性，在帶來積極作用的同時，也會帶來一些負面影響。（信息社會責任）課程標準要求探討信息技術對社會發(fā)展、科技進步以及人們生活、工作與學習的影響，描述信息社會的特征，了解信息技術的發(fā)展趨勢。學業(yè)要求能描述信息社會的特征，了解信息技術對社會發(fā)展、科技進步以及個人生活與學習的影響；在信息系統(tǒng)應用過程中，能預判可能存在的信息泄露等安全風險，掌握信息系統(tǒng)安全防范的常用技術方法；認識信息系統(tǒng)在社會應用中的優(yōu)勢及局限性，能夠自覺遵守相關法律法規(guī)與倫理道德規(guī)范。教學內(nèi)容分析本節(jié)選自教育科學出版社出版的高中信息技術必修2《信息系統(tǒng)與社會》第1單元第1節(jié)“信息系統(tǒng)的組成”，教學內(nèi)容圍繞“探究信息系統(tǒng)的組成”項目展開。具體內(nèi)容為：認識信息系統(tǒng)的基本組成；初步體驗信息系統(tǒng)對社會的影響；通過典型信息系統(tǒng)分析知曉信息系統(tǒng)是人造系統(tǒng)，功能多樣，可以根據(jù)復雜程序分為簡單系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)和隨機系統(tǒng)。本節(jié)課內(nèi)容理論性知識點較多，實踐操作的內(nèi)容較少，所以在處理教學內(nèi)容的過程中，利用“后門”程序以及中國在世界上影響較大的兩個信息系統(tǒng)，引出信息系統(tǒng)安全問題以及后門的概念，幫助學生理解信息局限性，體會如何合理選擇信息系統(tǒng)，感知科技進步對社會帶來的創(chuàng)新和改變。學情分析高一學生的自我意識明顯增強，獨立思考和處理事務能力顯著發(fā)展，他們對生活中經(jīng)常使用的信息系統(tǒng)有充分的了解，有相應的使用技巧，但不清楚信息系統(tǒng)的組成，也不知道如何突破信息系統(tǒng)局限性。教學目標①通過分析監(jiān)控系統(tǒng)和體驗student系統(tǒng)操作過程，認識信息系統(tǒng)的組成。②通過觀察北斗和鴻蒙信息系統(tǒng)應用場景，了解信息系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，體會信息系統(tǒng)組成大小的相對性與各部分相互協(xié)調(diào)工作的整體性，并分析信息系統(tǒng)的局限性。③通過正確地選擇、使用、設計、評估信息系統(tǒng)，認識信息系統(tǒng)是一個整體，正確認識信息系統(tǒng)對社會的影響力。教學重難點重點：了解信息系統(tǒng)的組成。難點：正確評估選擇信息系統(tǒng)。教學策略分析整個教學流程以分析典型信息系統(tǒng)（教室監(jiān)控系統(tǒng)）的組成作為導入，讓學生體驗使用Python編寫的帶“后門”的student系統(tǒng)，結(jié)合全球發(fā)生的重大后門安全事件，讓學生感受信息系統(tǒng)對社會的影響，同時認識到信息系統(tǒng)的局限性，學會評估信息系統(tǒng)、合理選擇信息系統(tǒng)；結(jié)合以上幾個方面綜合因素，鼓勵學生根據(jù)自己的需求設計一個信息系統(tǒng)功能模型（以思維導圖形式呈現(xiàn)），以培養(yǎng)學生發(fā)散性思維。教學流程示意圖如圖1所示。教學過程1.引入新課，實踐研討（13分鐘）師：作為智慧校園，咱們學校的信息化系統(tǒng)是比較完善的，系統(tǒng)中最重要的是安防系統(tǒng)，而監(jiān)控設備在安防中必不可少，我們教室里就有兩個攝像頭，請同學們在視頻監(jiān)控窗口中找一找自己，并思考當前監(jiān)控系統(tǒng)由哪些部分組成。生：攝像頭、網(wǎng)絡、計算機、瀏覽器、視頻、互聯(lián)網(wǎng)、用戶……師：（教師把學生的回答歸類為五個基本組成部分）以人為主導，處理的是數(shù)據(jù)，且以計算機技術和網(wǎng)絡技術為基礎的系統(tǒng)，即為信息系統(tǒng)。請同學們登錄student信息系統(tǒng)程序，按學習任務單上的步驟進行操作，體驗這個小型信息系統(tǒng)的使用，同時思考：student系統(tǒng)的五個基本組成部分具體是什么（如圖2）。（學生按如圖3所示的流程體驗student系統(tǒng)）學生活動1：師：如果你需要設計一個信息系統(tǒng)，會選擇哪種途徑？（①自己設計；②找別人設計）請不同選擇的同學分別說一說理由。生：（選擇①的理由）我的系統(tǒng)任我控，我想設計什么功能什么樣式都可以，自己設計安全性更可靠；（選擇②的理由）由于技術問題，覺得專業(yè)的人開發(fā)出的系統(tǒng)更專業(yè)、更完善。師：student信息系統(tǒng)的五大組成部分分別是哪些？生：硬件有計算機；軟件有Python、瀏覽器、word；通信方式是局域網(wǎng)；數(shù)據(jù)有鏈接視頻、文本、姓名及身份證密碼信息等。設計意圖：學生比較熟悉監(jiān)控視頻，在視頻窗口中能找到自己，可體驗到監(jiān)控系統(tǒng)對安防工作的重要作用；通過對兩個簡單信息系統(tǒng)的組成的分析，能讓學生充分感知信息系統(tǒng)對生活產(chǎn)生的積極影響，從而激發(fā)學生對信息系統(tǒng)研發(fā)設計的興趣。2.案例分析，理解教材（17分鐘）師：請大家觀察users文件里的身份證以及密碼，與你們剛剛輸入的內(nèi)容是否一致？生：完全一致！師：為什么我能輕松地獲取大家輸入的所有信息呢？（學生推測有漏洞）student程序里有一段代碼，因此能導出同學們登錄的數(shù)據(jù)，這就是后門，是設計者故意留的bug，平常大家說的漏洞是設計者無意留下的bug。接下來，請同學們了解一下影響全球的棱鏡門事件，并思考為什么美國能監(jiān)聽全球的互聯(lián)網(wǎng)，由此你想到了什么。生：因為美國掌握了全球互聯(lián)網(wǎng)的核心技術；想到了信息系統(tǒng)安全問題。師：怎樣才能挑選到安全可靠的信息系統(tǒng)呢？生：自己開發(fā)。師：我們必須選擇能夠自主可控的信息系統(tǒng)，中國研發(fā)的自主可控的信息系統(tǒng)在全球影響非常大的有哪些呢？生：鴻蒙、北斗。師：（播放視頻）剛剛我們分析了四個信息系統(tǒng)，分別是北斗導航系統(tǒng)、華為鴻蒙系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及student系統(tǒng)，接下來請同學們結(jié)合課本內(nèi)容，以組成結(jié)構(gòu)復雜度為分類標準，對以上四個信息系統(tǒng)進行分類。學生自學課本相關內(nèi)容，并給出總結(jié)：student系統(tǒng)是簡單系統(tǒng)，其他三個是復雜系統(tǒng)。師：（總結(jié)學生回答情況）根據(jù)信息系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)復雜度，可以將信息系統(tǒng)分為三種類型，即簡單系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)和隨機系統(tǒng)。復雜系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)之間最大的區(qū)別就是復雜系統(tǒng)有子系統(tǒng)。請同學們說一說生活中用到的信息系統(tǒng)分別屬于哪一種。生：（例1）淘寶屬于復雜系統(tǒng)；（例2）上課用的隨機點名系統(tǒng)屬于簡單系統(tǒng)；（例3）小黃車、微信屬于復雜系統(tǒng)；（例4）遙控窗簾屬于簡單系統(tǒng)。師：通過以上對信息系統(tǒng)的分析，我們知道了信息系統(tǒng)是人造的系統(tǒng)，功能非常豐富，服務于各行各業(yè)。由此可見，信息系統(tǒng)對人類的發(fā)展有非常關鍵的影響，請結(jié)合自己的生活經(jīng)驗，從國家層面和個人層面回答，信息系統(tǒng)有哪些影響。生：（國家層面）①信息系統(tǒng)促進了人類進步，推動了國家經(jīng)濟發(fā)展；②對信息系統(tǒng)的依賴程度越來越大；③安全問題成為突出的核心問題。（個人層面）①改變了生活節(jié)奏和生活方式，節(jié)約了很多時間和經(jīng)濟成本，如遠程學習，遠程視頻等；②大數(shù)據(jù)造成信息安全問題，同樣威脅著個人安全。師：目前的信息系統(tǒng)對人類發(fā)展總體來說是利大于弊，從信息系統(tǒng)組成上分析，信息系統(tǒng)存在一些安全方面的局限性，硬件和軟件都可能存在“后門”，研發(fā)人員是否可信，這些都會導致研發(fā)成本的增加，所以，想研發(fā)自主可控的信息系統(tǒng)不僅要有時間還要有經(jīng)濟支撐，需要大量的技術人才、投入大量的經(jīng)費。例如，華為公司雖然在芯片上取得了非常不錯的成績，但是高端芯片的制造問題仍是中國芯片的短板，所以華為現(xiàn)在卡脖子的問題就是高端芯片，因為高端芯片生產(chǎn)是一系列的產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)與基礎學科有很大關聯(lián)，作為中學生，我們應該做什么呢？聽聽任正非給我們的建議。（播放視頻）生：（看完視頻總結(jié)）①學好數(shù)理化，走遍天下都不怕；②有一技之長非常重要。設計意圖：本環(huán)節(jié)利用后門程序竊取到學生信息，引發(fā)學生關注信息系統(tǒng)的安全問題；舉例全球影響非常大的棱鏡門事件，幫助學生意識到必須要自主研發(fā)自主可控的信息系統(tǒng)；通過展示華為的鴻蒙系統(tǒng)和中國北斗導航系統(tǒng)在不同場景的應用，引導學生產(chǎn)生民族自豪感。3.思維拓展，知識遷移（12分鐘）師：大家有沒有在網(wǎng)上下載過破解版的軟件？為什么要破解？生：有，因為軟件存在漏洞。師：并非所有的后門都是惡意的，有些公司為了留住邊緣客戶，他們會故意把破解文件發(fā)到網(wǎng)上供這些客戶群體下載，使其以此獲得軟件的好的體驗。接下來，請同學們安裝軟件xmind并破解，破解成功以后請使用xmind繪制一個思維導圖：設計一個你需要的信息系統(tǒng)，畫出功能模塊，完成后導出文件保存并提交給老師。學生活動2：下載并破解軟件，繪制思維導圖，如圖4所示。設計意圖：通過破解程序體驗“善意的后門”，讓學生深刻理解信息系統(tǒng)的局限性。要求學生設計一個為自己服務的信息系統(tǒng)，可以是構(gòu)思也可以是作品，讓學生從自身需要出發(fā)更能激發(fā)學生的設計興趣，開拓創(chuàng)作思路。4.評價總結(jié)，鼓勵創(chuàng)新（3分鐘）教師展示學生作品，并給予評價。學生根據(jù)自己的想法大膽嘗