【核心素养目标】第3单元 第3课《密码攻防--认识图灵机》课件+素材-【清华大学版2024】《信息科技》四上

(课件网) 第3单元 第3课 密码攻防—认识图灵机 （清华大学版）四年级 上 1 核心素养目标 3 新知讲解 5 拓展延伸 7 板书设计 2 新知导入 4 课堂练习 6 课堂总结 课后作业 8 01 核心素养目标 信息意识 计算思维 数字化学习与创新 信息社会责任 了解密码技术在现代社会中的广泛应用及潜在风险，遵守信息安全法律法规，培养保护个人隐私和社会安全的责任感。 掌握图灵机在密码破译中的应用，激发对数字化工具和技术的好奇心和探索欲，培养在密码学领域的创新思维和实践能力。 学习图灵机的工作原理和计算模型，能够运用逻辑思维和抽象能力，理解密码攻防中的数学运算和逻辑推理过程。 了解恩尼格密码与图灵机的相关知识，能够意识到密码在信息保护中的关键作用，并具备对信息安全的基本认识。 02 新知导入 密码学已成为与数学、通信、电子、计算机、物理等领域相互联系、相互渗透的交叉学科。密码学的发展经历了从简单到复杂，从不完善到较为完善，从具有单一功能到具有多种功能的发展过程。这节课我们就探索一下，密码攻防是如何促进了计算机的发展的，思考通用计算何以能实现，领悟“算力”这一信息时代要素的重要作用，并通过讨论“图灵机可以解决什么问题”，体验“图灵机的魅力。 02 新知导入 越来越多的人知道了解密技术，那我们的信息是不是很容易就会被破解呀 别担心，随着信息技术的更新换代，密码学也在加速发展，我们一起来了解一下吧! 思考 计算机为什么是机器？计算机作为“机器”，和其他类型的机器有何不同 02 新知导入 1.内部运作逻辑：计算机能通过硬件组件，利用二进制代码进行数据处理和逻辑运算，能够执行复杂的计算任务。 2.处理能力：计算机具有强大的数据处理能力，能够迅速处理大量信息，并进行高速运算。 3.功能多样性：计算机可以运行各种软件程序，实现多种功能如文字处理、图像处理、网络通信等。 4.可编程性：用户可以根据需要编写程序，让计算机执行特定的任务。 02 新知导入 03 新知讲解 知识大讲堂 自从无线电和莫尔斯电码问世后，人类通信进入了一个崭新的时代—无线电时代。但是无线电通信完全是一个开放的广播系统，在己方接收电文的同时，对方也可“一览无遗”。因此密码学也就立即与无线电结合，出现了无线电加密解密技术。 03 新知讲解 一、密码攻防—机器对决 在长期的密码攻防中，加密一方曾经通过提高加密算法的复杂度长期占据主动地位；但字母概率统计（见图3.3.1）的奥秘被发现之后解密一方最终找到了破译“一对一”替换加密的通用法则，传统加密方法也随之走到了历史的尽头。 图3.3.1 英文字母概率统计图 03 新知讲解 传统加密术所遇到的瓶颈，也事关无线通信的应用前景。无线通信若真正走向实际应用，急需一种安全可靠，而又简便有效的加密、解密方法。 为此，亚瑟·谢尔比乌斯（Arthur Scherbius）设计发明了恩尼格玛密码机（德语：Enigma，又译哑谜机，或“谜”式密码机），实现了高效、复杂加密的无线通信。 03 新知讲解 恩尼格玛密码机由键盘、编码器、显示板构成，如图 3.3.2 所示。恩尼格玛密码机的编码转轮结构相当复杂和精密;键盘一共有26个键，排列方式和广为使用的计算机键盘基本一样;显示板是在键盘上方标示了 26个字母的小灯泡，当键盘上的某个键被按下时，和这个字母被加密后的密文字母所对应的小灯泡就会亮起来。 恩尼格玛密码机原理 图3.3.2 恩尼格玛密码机的构成 03 新知讲解 无线电发报员在键盘上敲下一个明文字母，就会自动发送对应的密文并点亮相应的密码字母，大大节省了人工编码的时间。恩尼格玛密码机复杂的替换过程完全由机械自动完成，加密人员只需要设定好转子的初始位置，连接好接线板，然后像 ... ...