《信息系统的组成》教学案例

2024-06-28夏兴红

中国信息技术教育 2024年11期

关键词：信息系统系统设计

夏兴红

学科核心素养

①具备服务信息社会，为信息社会积极作贡献的意识；具备选用信息技术工具进行信息安全防范的意识。（信息意识）

②针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题，能把利用信息技术解决问题的过程迁移到学习和生活的其他相关问题的解决过程中。（计算思维）

③针对较复杂的学习任务，使用网络工具快速搜索、获取和甄别学习资源，在有效管理的基础上，创造性地解决问题，形成个性化的作品，在网络学习空间中开展协作学习，建构知识。（数字化学习与创新）

④认识信息技术发展对社会进步和人们生活带来的影响，在信息活动中，认识到信息技术具有两面性，在带来积极作用的同时，也会带来一些负面影响。（信息社会责任）

课程标准要求

探讨信息技术对社会发展、科技进步以及人们生活、工作与学习的影响，描述信息社会的特征，了解信息技术的发展趋势。

学业要求

能描述信息社会的特征，了解信息技术对社会发展、科技进步以及个人生活与学习的影响；在信息系统应用过程中，能预判可能存在的信息泄露等安全风险，掌握信息系统安全防范的常用技术方法；认识信息系统在社会应用中的优势及局限性，能够自觉遵守相关法律法规与伦理道德规范。

教学内容分析

本节选自教育科学出版社出版的高中信息技术必修2《信息系统与社会》第1单元第1节“信息系统的组成”，教学内容围绕“探究信息系统的组成”项目展开。具体内容为：认识信息系统的基本组成；初步体验信息系统对社会的影响；通过典型信息系统分析知晓信息系统是人造系统，功能多样，可以根据复杂程序分为简单系统、复杂系统和随机系统。本节课内容理论性知识点较多，实践操作的内容较少，所以在处理教学内容的过程中，利用“后门”程序以及中国在世界上影响较大的两个信息系统，引出信息系统安全问题以及后门的概念，帮助学生理解信息局限性，体会如何合理选择信息系统，感知科技进步对社会带来的创新和改变。

学情分析

高一学生的自我意识明显增强，独立思考和处理事务能力显著发展，他们对生活中经常使用的信息系统有充分的了解，有相应的使用技巧，但不清楚信息系统的组成，也不知道如何突破信息系统局限性。

教学目标

①通过分析监控系统和体验student系统操作过程，认识信息系统的组成。

②通过观察北斗和鸿蒙信息系统应用场景，了解信息系统中的子系统，体会信息系统组成大小的相对性与各部分相互协调工作的整体性，并分析信息系统的局限性。

③通过正确地选择、使用、设计、评估信息系统，认识信息系统是一个整体，正确认识信息系统对社会的影响力。

教学重难点

重点：了解信息系统的组成。

难点：正确评估选择信息系统。

教学策略分析

整个教学流程以分析典型信息系统（教室监控系统）的组成作为导入，让学生体验使用Python编写的带“后门”的student系统，结合全球发生的重大后门安全事件，让学生感受信息系统对社会的影响，同时认识到信息系统的局限性，学会评估信息系统、合理选择信息系统；结合以上几个方面综合因素，鼓励学生根据自己的需求设计一个信息系统功能模型（以思维导图形式呈现），以培养学生发散性思维。教学流程示意图如图1所示。

教学过程

1.引入新课，实践研讨（13分钟）

师：作为智慧校园，咱们学校的信息化系统是比较完善的，系统中最重要的是安防系统，而监控设备在安防中必不可少，我们教室里就有两个摄像头，请同学们在视频监控窗口中找一找自己，并思考当前监控系统由哪些部分组成。

生：摄像头、网络、计算机、浏览器、视频、互联网、用户……

师：（教师把学生的回答归类为五个基本组成部分）以人为主导，处理的是数据，且以计算机技术和网络技术为基础的系统，即为信息系统。

请同学们登录student信息系统程序，按学习任务单上的步骤进行操作，体验这个小型信息系统的使用，同时思考：student系统的五个基本组成部分具体是什么（如图2）。

（学生按如图3所示的流程体验student系统）

学生活动1：

师：如果你需要设计一个信息系统，会选择哪种途径？（①自己设计；②找别人设计）请不同选择的同学分别说一说理由。

生：（选择①的理由）我的系统任我控，我想设计什么功能什么样式都可以，自己设计安全性更可靠；（选择②的理由）由于技术问题，觉得专业的人开发出的系统更专业、更完善。

师：student信息系统的五大组成部分分别是哪些？

生：硬件有计算机；软件有Python、浏览器、word；通信方式是局域网；数据有链接视频、文本、姓名及身份证密码信息等。

设计意图：学生比较熟悉监控视频，在视频窗口中能找到自己，可体验到监控系统对安防工作的重要作用；通过对两个简单信息系统的组成的分析，能让学生充分感知信息系统对生活产生的积极影响，从而激发学生对信息系统研发设计的兴趣。

2.案例分析，理解教材（17分钟）

师：请大家观察users文件里的身份证以及密码，与你们刚刚输入的内容是否一致？

生：完全一致！

师：为什么我能轻松地获取大家输入的所有信息呢？（学生推测有漏洞）student程序里有一段代码，因此能导出同学们登录的数据，这就是后门，是设计者故意留的bug，平常大家说的漏洞是设计者无意留下的bug。接下来，请同学们了解一下影响全球的棱镜门事件，并思考为什么美国能监听全球的互联网，由此你想到了什么。

生：因为美国掌握了全球互联网的核心技术；想到了信息系统安全问题。

师：怎样才能挑选到安全可靠的信息系统呢？

生：自己开发。

师：我们必须选择能够自主可控的信息系统，中国研发的自主可控的信息系统在全球影响非常大的有哪些呢？

生：鸿蒙、北斗。

师：（播放视频）刚刚我们分析了四个信息系统，分别是北斗导航系统、华为鸿蒙系统、监控系统以及student系统，接下来请同学们结合课本内容，以组成结构复杂度为分类标准，对以上四个信息系统进行分类。

学生自学课本相关内容，并给出总结：student系统是简单系统，其他三个是复杂系统。

师：（总结学生回答情况）根据信息系统组成结构复杂度，可以将信息系统分为三种类型，即简单系统、复杂系统和随机系统。复杂系统和简单系统之间最大的区别就是复杂系统有子系统。请同学们说一说生活中用到的信息系统分别属于哪一种。

生：（例1）淘宝属于复杂系统；（例2）上课用的随机点名系统属于简单系统；（例3）小黄车、微信属于复杂系统；（例4）遥控窗帘属于简单系统。

师：通过以上对信息系统的分析，我们知道了信息系统是人造的系统，功能非常丰富，服务于各行各业。由此可见，信息系统对人类的发展有非常关键的影响，请结合自己的生活经验，从国家层面和个人层面回答，信息系统有哪些影响。

生：（国家层面）①信息系统促进了人类进步，推动了国家经济发展；②对信息系统的依赖程度越来越大；③安全问题成为突出的核心问题。（个人层面）①改变了生活节奏和生活方式，节约了很多时间和经济成本，如远程学习，远程视频等；②大数据造成信息安全问题，同样威胁着个人安全。

师：目前的信息系统对人类发展总体来说是利大于弊，从信息系统组成上分析，信息系统存在一些安全方面的局限性，硬件和软件都可能存在“后门”，研发人员是否可信，这些都会导致研发成本的增加，所以，想研发自主可控的信息系统不仅要有时间还要有经济支撑，需要大量的技术人才、投入大量的经费。例如，华为公司虽然在芯片上取得了非常不错的成绩，但是高端芯片的制造问题仍是中国芯片的短板，所以华为现在卡脖子的问题就是高端芯片，因为高端芯片生产是一系列的产业，而这些产业与基础学科有很大关联，作为中学生，我们应该做什么呢？听听任正非给我们的建议。（播放视频）

生：（看完视频总结）①学好数理化，走遍天下都不怕；

②有一技之长非常重要。

设计意图：本环节利用后门程序窃取到学生信息，引发学生关注信息系统的安全问题；举例全球影响非常大的棱镜门事件，帮助学生意识到必须要自主研发自主可控的信息系统；通过展示华为的鸿蒙系统和中国北斗导航系统在不同场景的应用，引导学生产生民族自豪感。

3.思维拓展，知识迁移（12分钟）

师：大家有没有在网上下载过破解版的软件？为什么要破解？

生：有，因为软件存在漏洞。

师：并非所有的后门都是恶意的，有些公司为了留住边缘客户，他们会故意把破解文件发到网上供这些客户群体下载，使其以此获得软件的好的体验。接下来，请同学们安装软件xmind并破解，破解成功以后请使用xmind绘制一个思维导图：设计一个你需要的信息系统，画出功能模块，完成后导出文件保存并提交给老师。

学生活动2：

下载并破解软件，绘制思维导图，如图4所示。

设计意图：通过破解程序体验“善意的后门”，让学生深刻理解信息系统的局限性。要求学生设计一个为自己服务的信息系统，可以是构思也可以是作品，让学生从自身需要出发更能激发学生的设计兴趣，开拓创作思路。

4.评价总结，鼓励创新（3分钟）

教师展示学生作品，并给予评价。学生根据自己的想法大胆尝试，同时评价同桌的作品。