古诗中的信息加密——传统文化与信息科技跨学科融合案例

李猛 山东师范大学

武小芬 山东省淄博高新区华侨城小学

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出，“信息科技是现代科学技术领域的重要部分，主要研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。信息科技课程旨在培养科学精神和科技伦理，提升自主可控意识，培育社会主义核心价值观，树立总体国家安全观，提升数字素养与技能”。同时，《义务教育课程方案（2022年版）》提出，“课程教材要体现中国和中华民族风格……将中华传统文化有机融入课程，增强课程思想性”。信息科技课程作为一门探索科学原理、培养计算思维的课程，如何与传统文化进行有机融合，笔者以“古诗中的信息加密”为例对其进行了探索。

●教学背景

在信息科技教学中，谈到“信息加密”，一般都是以经典的“恺撒密码”作为教学内容。“恺撒密码”是一种替换加密的技术，明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。例如，当偏移量是3的时候，所有的字母A将被替换成D，B变成E，以此类推。我国是世界文明古国之一，在漫长的历史进程中有着很多对信息加密的智慧。我们能不能把古人的智慧在信息科技课堂中呈现出来，与学生一起用算法思维研究古人的智慧，并用程序再现呢？

笔者与学生以“中国古代加密技术”为关键字进行搜索，发现我国是世界上最早使用密码的国家之一，有文字考证的历史可以追溯到3000年前的周代，先后出现过“阴书”“牙璋、虎符”“五言律诗秘钥加密法”“戚继光声韵加密法”“袖里吞金”等加密技术。结合以上几种加密技术的特点，笔者选择了将“五言律诗秘钥加密法”“戚继光声韵加密法”整合为“古诗中的信息加密”单元进行算法研究。

●教学实施

1.单元学习目标

①了解我国古代利用古诗进行信息加密的原理。

②能分别用自然语言与N-S图叙述古诗信息加密的算法。

③能通过列表、循环、分支、字符与字符串进行编程验证。

④能拓展迁移思考恺撒加密的算法。

2.项目一：探秘“五言律诗秘钥加密法”

环节一：了解“五言律诗秘钥加密法”

教师介绍现代军事中的加密方法，并提出问题：古人是如何对重要信息进行加密的？

学生通过上网搜索，了解古人的加密技术，并对“五言律诗秘钥加密法”进行重点研究。

教师讲解：“五言律诗秘钥加密法”见于我国北宋时期的军事著作《武经总要》。该法首先对40个常用军事短语进行顺序编码：一、请弓；二、请箭；三、请刀；四、请甲；五、请枪旗；六、请锅幕；七、请马；八、请衣赐；九、请粮料……四十、战小胜。在军队出征前，指挥机关将用上述短语编码的密码本发给将领，并约定用一首不含重复文字的40字五言律诗与密码相对应。假设双方以唐代杜甫的《春望》作为解码密钥：“国破山河在，城春草木深。感时花溅泪，恨别鸟惊心。烽火连三月，家书抵万金。白头搔更短，浑欲不胜簪。”如果军队需要补充粮食，前方将领就从密码本中查出“请粮料”的编码(第九)，《春望》中的第九字是“木”，将领便把“木”字写到一件普通公文中，并在字上加盖印章。指挥机关接到这件公文后，查出盖印章的“木”字，在约好的诗中列第九，再对照密码本上的顺序，就知道前方缺粮草。

环节二：解密过程分解（如表1）

表1

①建立“密码本”。

②建立“解码密钥”。

③收到“密码”后在“解码密钥”中搜索找到对应“密钥”。

④根据“密钥”找到“密码本”中对应信息并输出。

环节三：编程验证

①前期知识储备：建立变量、变量赋值、建立列表、循环结构、列表的“项”。

②程序编写（如图1）。

图1

③验证调试：输入密码为“月”，程序输出“贼移营”。

环节四：应用迁移

①根据前三个环节，教师与学生一起讨论得到信息加密与解密的核心是制订规则，根据规则进行加密与解密。

②教师提出思考问题：本案例中选择可以作为“解码密钥”的古诗的标准是什么？如果所选古诗不符合这个规则，将会产生什么后果？能不能通过修改程序的参数，即“解码密钥”的古诗，验证自己的想法。

③教师针对此案例与学生一起查找符合“解码密钥”规则的古诗，并根据此案例进一步完善，设计加密部分程序，使该案例成为既能进行加密又能进行解密的完整程序。

3.项目二：进阶“戚继光声韵加密法”

环节一：初探“戚继光声韵加密法”

教师分析：“戚继光声韵加密法”又称“戚继光反切法加密”，是由我国明代抗倭名将戚继光发明。戚继光借助我国自东汉末年产生的“反切注音法”，即一个汉字的读音可以由两个汉字相切得到，声母由第一个汉字提供，韵母由第二个汉字提供，再加上当时的八种音调，编出完整的反切密码，如“粮”字可由“来江切”而得，即“来”提供声母“l”，“江”提供韵母“iang”，这样的信息加密安全性更高。戚继光为此还专门创造了两首诗作为密钥：“柳边求气低，波他争日时。莺蒙语出喜，打掌与君知。”“春花香，秋山开，嘉宾欢歌须金杯，孤灯光辉烧银缸。之东郊，过西桥，鸡声 催初天，奇梅歪遮沟。”第一首诗的20个字提供声母，编号为1～20。第二首诗36个字提供韵母，编号为1～36。例如，“12～23”中的“12”对应第一首诗的“蒙”，提供声母“m”；“23”对应第二首诗的“郊”，提供韵母“iao”。相切后为“miao”，根据当时的音调标注法可进一步确定为“瞄”字。

环节二：任务分解（如表2）

表2

①建立“声母密钥”“韵母密钥”。

②输入“密码”。

③分割“密码”中的数字。

④根据分割后的数字分别找到对应的“声母”和“韵母”。

⑤相切后得到解密后的信息。

⑥建立N-S图。

环节三：编程验证

①难点分析：编程的难点在于如何把输入的密码如“2-24”进行数字分割。此时教师引导学生建立四个变量“数字”“数字1”“数字2”“指针”，并把前三个变量分别赋初值为空，“指针”变量初值为“1”。分割数字分为两部分进行，在“回答”字符串的第“指针”项等于“-”前，利用变量“数字”取出“回答”的第“指针”项数字并通过字符串相加赋值给变量“数字1”从而取出声母所对应的数字值。“-”之后利用变量“指针”大于“回答”字符串长度这一条件，重复执行“数字”取“回答”字符串第“指针”项数字并以字符串形式累积到“数字2”得到韵母所对应的数字值。利用“数字1”和“数字2”得到对应的“声母”“韵母”并拼出拼音，此时可根据语境推断出相应的信息。

②搭建程序（如图2）。

图2

环节四：应用迁移

探索以“2-11，4-23，6-16”这种形式输入密码时如何分割数字。

4.项目三：探索“恺撒密码”的算法原理并编程验证

此项目根据前面两个项目，以小组合作形式，学生自主完成并制作PPT进行展示。

●教学思考

通过此单元教学，学生经历了发现问题、分析问题、任务分解、构建算法、编程验证、迁移运用的思维过程。此过程中需要学生语文素养的支持，如古诗的积累、声母韵母等语音学的知识储备。合适的选题使语文学科与信息科技学科自然融合，文理相得益彰，传统文化的魅力尽显，取得了较好的教学效果。