中学生研究性学习课题的设计与实现

布森

摘要：高中生具有一定的认真和分析思考能力，随着全国各地教育综合改革的持续推进，高中学生的学习方式正在悄悄改变，许多高中的学生不再是“埋头刷题”的“机器”，而是根据兴趣爱好自主开展研究性学习。高一暑假期间通过参加“你说的是什么——关于密码的研究”课题活动，对研究性学习过程中“分析确定选题、制定研究计划、设计行动方案、开展调查研究、进行结论探究”五步流程有了进一步的了解，掌握了每个流程的实现步骤。通过分析课题研究过程中遇到的具体问题和解决思路，探讨如何提高中学生研究性课题的新颖性和实用性，给中学生开展研究性学习提供参考和借鉴。

关键词：研究性学习；课题设计；密码学；调查研究

中图分类号： G632 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）01（a）-0000-00

引言

研究性学习是国家教育部2000年1月颁布的《全日制普通高级中学课程计划（试验修订稿）》中综合实践活动板块的一项内容[1]。它是指学生在教师指导下，从学习生活和社会生活中选择和确定研究专题，主动地获取知识、应用知识、解决问题的活动[2]。《河南省普通高中学生综合素质评价实施办法（试行）》（豫教基〔2016〕123号）明确提出，把思想品德、学业水平、身心健康、艺术素养、社会实践5个方面纳入评价范围。其中“社会实践”方面重点记录学生参加研究性学习、社会调查、科技活动、创造发明等情况，要求采用写实的办法客观记录集中反映综合素质主要内容的具体活动。研究性学习课题的开展，不仅使同学们拓展了视野，也对生活、对社会多了一份思考，这份收获是无法通过“刷题”获得的。

2015年高一暑假期间，在郑州十一中王晓旭老师的指导下，本人和同学们一起完成了“你说的是什么——关于密码的研究”研究性学习课题，受到了有关专家的好评，被郑州市教育局评为“2014-2015学年郑州市中小学社会实践活动优秀学员。”以此课题为例，对中学生研究性学习课题完成过程中遇到的具体问题和解决思路进行分析。

1 中学生研究性学习的定义和流程

1.1 中学生研究性学习的定义

研究性学习，广义的理解是泛指学生探究问题的学习， 狭义的理解是指课堂教学中， 学生在教师指导下，用类似科学研究的方式获取知识、应用知识、解决问题的学习方式[3]。

中学生研究性学习主要指狭义的理解，也就是以学生动手、动脑、主动探究实践和相互交流为主要学习方式的研究活动， 它能给学生提供自主探索、合作学习， 独立获取知识的机会。学生在探究学习中，不是面对现成的陈述知识或程式化的练习题， 而是面对具有一定挑战性的问题或任务。他们需要通过自主的、多样的探究活动来回答问题或完成任务，并在此过程中获得知识与技能， 培养创新精神和实践能力。

中学生研究性学习具有开放性、探究性和实践性等基本特点，它是以科学研究为主的课题研究活动，是以研究性学习为主要学习方式的课程[4]。

1.2 中学生研究性学习的流程

根据老师指导和探索实践，中学生研究性学习一般包括“分析确定选题、制定研究计划、设计行动方案、开展调查研究、进行结论探究”五步流程（图1）。按照上述流程，对“你说的是什么——关于密码的研究”研究性课题的设计思路和实现过程进行分析和探讨。

2 分析确定选题

2.1 确定选题的方法

选题是开展研究性学习的基础，是完成研究性学习活动的前提。高一暑假期间接到研究性学习任务时，对选择什么样的课题进行研究，同学们想法五花八门，没有一个统一的标准。后来在老师的指导下，遵循选题是否有意义、是否适合中学生水平、探究步骤是否合理、研究结论是否清晰等标准，保证了我们选题的科学性。

2.2 确定选题的实例

以上四条原则，不是相互独立的，而是紧密联系在一起的。如我们小组最终确定的选题是“你说的是什么——关于密码的研究”，就符合锻炼实践能力和创新能力的要求，课题内容贴近日常学习中的数学知识和逻辑推理知识，同学们通过查阅相关资料，进行破译传统加密技术的小试验，验证了相关结论，锻炼了同学们的社会实践能力，增强了同学们的科技创新能力。

3 制定研究计划

3.1 制定计划的方法

与大家熟悉的学习方式相比，研究性学习对同学们提出了完全不同的要求：在研究性學习中“学什么”要由你自己选择，在研究性学习中“怎么学”要由同学们自己设计，在研究性学习中“学到什么程度”要由同学们自己作出预测和规定。

因此，确定研究性学习的选题之后，我们首先要制定研究计划，也就是确定重点要解决的问题，并针对问题提出解决的想法或思路。一般来讲，同学们可以根据以下几个问题来制订研究计划：“问题是什么？”、“你对这个问题已经了解多少？”、“为了解决这个问题你还需要了解什么？”、“为了得到你所需要的信息，你将要做什么？”等等。当然，这个研究还会随着后来新想法、新信息的出现，而加以适时调整与修订。

3.2 制定计划的实例

确定了“你说的是什么——关于密码的研究”的研究性学习选题后，同学们经过分析，感觉密码学作为一门科学性较强的学科，按照中学生目前水平，深入研究得出创新的结论比较困难，所以，我们把自己的研究性学习工作计划进行了定位，主要是学习密码学的古今发展历程，了解一些简单的密码学构型原理，对简单密码进行制作破解等。

4 设计行动方案

4.1 设计方案的方法

通过分析研究计划的内容，确定整个行动方案的框架，再根据目前所具备的条件和小组成员情况，设计调查研究方法和具体行动方案。

4.2 设计方案的实例

（1）采用文献法，查阅相关文献，了解密码的发展历程和分类，并对最新的成就进行研究，展开学习。分析古典加密（机械阶段）和近代加密技术（计算机技术与编程）的异同点，

（2）采用实践法，通过有趣的密码破译游戏，让大家认识到密码的魅力所在。了解密码的基本原理，使研究更具说服力和真实性。实践内容包括简单的替换加密法、换位加密法、进行密码加密法，以及利用米汤密写、利用化学方法进行密码加密等。

（3）采用实践法，了解计算机时代加密矩阵法、替换加密法、换位加密法、多码加密法等加密技术的原理，通过小组实践演示进行密码破译。

（4）采用问卷调查的方法，以问卷的方式获得不同年龄和职位人群的信息数据，调查人们对密码的了解情况和兴趣，对结果进行分析与研究，得出结论。

（5）汇总研究性学习成果，由指导老师对小组的研究提出建议，小组成员进一步改进，对研究成果进一步分析和整理，汇总成文。

5 开展调查研究

5.1调查研究的方法

按照设计的行动方案，通过诸如问卷、观察、访谈、查阅文献资料、搜集事物作品等形式，去获取解决问题所需要的资料信息。

5.2调查研究的实例

我们小组首先利用化学方法进行密码加密。在这个环节中用了两种办法进行密写，分别是米汤密写和柠檬汁密写。米汤密写就是利用米汤的主要成分是淀粉，在纸上书写不会留痕迹，干燥后与普通白纸并无差别所进行的，就是将平常家中蒸米饭时的米汤降至室温，用毛笔蘸取米汤在纸上写字，晾干后用碘酒来显示，字体呈蓝色 。而柠檬汁密写则更具有一定的趣味性，它需要将柠檬榨汁，再用毛笔蘸柠檬汁在纸上写字，晾干后将白纸与热源保持20cm距离烘烤，受热后变棕色，字迹就会像变魔术一样渐渐显现出来。而原理呢，则是因为柠檬汁中含有赛璐玢，晾干后纸上不会留下痕迹，柠檬汁着火点低于纸，在火上灼烧，密写后的地方会变焦面显出棕色字迹 。

接下来我们小组成员们对密码的产生与发展进行了深入的研究，查阅了许多资料，并对从书上找来的密码进行了分类研究。大致可以分为加密矩阵法（二分密码：二维的，用5×5的矩阵加密）、替换加密法（仿射密码：替换密码，一个字母对一个字母。凯撒密码：即将密文的每个字母向后推三位即得到原文希尔密码：运用基本矩阵论原理的替换密码。摩尔斯电码：由一些表示数字的点和划组成，数字对应单词，需要查找一本代码表才能知道每个词对应的数），以及更深一层次的换位加密法、多码加密法等 。又通过学习丹·布朗的小说《达芬奇密码》，根据书中主角索菲·奈芙的密码破译工作，把一个个奇形怪状的文字符号中蕴藏的深深的玄机来进行检验，别有一番乐趣。

最后，小组成员做了一些简单的小密码，并发放了一些调查问卷，针对不同的年龄、身份人群进行了简单的调查，包括密码的运用以及对密码的了解等，了解了一些当代不同职业人员的对于密码的看法。

6 进行结论探究

6.1结论探究的方法

对搜集到的资料信息进行组织和加工处理，或者对原有假设进行检验、得出结论；或者提出解决问题的初步方案；或者对各种可能的问题解决方案进行比较，选择一个最佳的答案。

6.2结论探究的实例

第一，由于时间的仓促以及准备的不够充分，对于构成当今社会的安保基础——电子密码系统的了解不深，可以说只是懂了一点皮毛。

第二，在进行具体的实验操作时，因为没有老师现场辅导，再加上本身的思考不够全面，走了不少弯路，虽然最后完成了实验，但也给大家以后的生活和工作提了一个醒，遇事要多问，并且要细心考虑周全。

第三，当自己制作简单密码的時候，并没有完全掌握密码的精髓，有一部分是比葫芦画瓢做出来的，主要是因为研究不够深入。

7 结束语

当今经济、科技迅速发展的社会，密码学已越来越重要，本小组研究的“你说的是什么——关于密码的研究”课题是一个实践技术较强的探究，涉及到历史，化学以及数学相关学科的知识，经过大家一个暑假的辛勤探究，初步有了一些成果，对密码问题有了一定的看法。

在课题研究过程中，同学们对“分析确定选题→制定研究计划→设计行动方案→开展调查研究→进行结论探究”五个阶段有了明确理解，并掌握了具体步骤；通过自主完成有关密码验证的小试验，对培养自身的科学探究动手能力有很大的帮助；在小组协作的过程中，既开阔了视野，又提高了大家的表达和交流能力，更重要的是大家在活动中领会到了小组协作的重要性。这些都是我们在平时很难学到的，在未来生活中难得的宝贵财富。

参考文献：

[1] 叶秀丹.我国“研究性学习”的研究综述[J].历史教学问题，2006，（4）：103-105.

[2] 卫金磊，徐菊红，陈迪.基于网络的研究性学习要素及其实现过程[J].高等函授学报，2004，（6）：49 ～51.