我是一名有2年教龄的小学信息科技教师，现在需要针对五年级《互传密信有诀窍》进行备课，请帮我结合教材图中的内容及以下要求设计一份教案，要求如下：
教案格式需求：要有课题分析、学情分析和学科核心素养分析，要有时政热点融入、教学目标、教学重难点、教学方法、教学过程，并分段落整理成文档。其中学科素养分析要结合《义务教育信息科技课程标准（2022年版》；教学过程要包括激趣导入、教学内容、教学活动（分为教师活动和学生活动)、课后作业；教学活动要以学生为中心进行设计，并确保循序渐进，有梯度。
需要注意的细节：要有引导学生学习的课堂互动环节设计、教师提问话术、学生回答预设及预设对应处理办法。---**Title:**
第9课 互传密信有诀窍
**学习目标 (Learning Objectives):**
1. 初步了解移位密码的基本规则，看懂用流程图描述的移位加密算法，知道明文与密文的关系。
2. 了解加密算法在保护信息安全方面的意义，增强信息安全意识。
**Introductory Text:**
这一课通过简单且广为人知的凯撒密码，初步了解移位加密算法。
**学习活动 1 (Learning Activity 1):**
**Subtitle:** 认识简单的移位密码
凯撒密码采用的是一种简单的移位加密算法。规则是把明文中的每个字母按照一定的规则移动，从而生成密文。
明文中的所有字母在字母表中向右移动指定位后被替换成密文。例如，当字母表中的字母向右移动三位时，A替换成D，B替换成E，以此类推。如果移动后的字母超过了字母表最后的字母Z，则需要回到字母表的开头，继续向右移动。
**Diagram:**
* **Type:** Illustration showing letter mapping based on a shift cipher.
* **Main Elements:**
* A sequence of English letters A, B, C, D, E, F, G, ....., X, Y, Z are displayed in cells within a rectangle.
* Arrows indicate mappings from one letter to another.
* Arrows originate from A, B, C in the top row and point to D, E, F respectively in the top row.
* Arrows originate from X, Y, Z in the top row and point to A, B, C respectively in the top row, wrapping around from the end to the beginning.
* Each arrow indicates a shift of three positions to the right (e.g., A -> D, B -> E, C -> F, X -> A, Y -> B, Z -> C).
**Diagram Title:**
字母向右移动三位示意图
**教学重难点 (Key Teaching Points):**
1. 信息加密传输的过程，明文与密文的关系；
2. 加密算法在保护信息安全方面的意义。
**Additional Text:**
可以先以讲故事的方式，简单介绍凯撒密码，让学生知道加密的重要性和了解移位密码的历史意义。
凯撒密码是历史上真实存在的一个经典加密方法。在罗马共和时期的战争中，军事指挥官为了预防情报所表达的信息在传递过程中被敌军截获，往往会依据指定的规则对情报进行加密，只有知道规则的人才能解密。据说当时发明的这套加密方法，保护了重要军情信息。
到了现代，凯撒密码已经无法完全保证人们的信息安全，很少被直接应用，但常常作为一个一部分被用于其他的加密方法之中。
**Footer:**
第三单元 用算法解决问题 54
**Textual Information:**
明文 A B C D E ...... T U V W X Y Z
密文 D E F G H ...... W X Y Z A B C
明文 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
密文 D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
移动三位时明文与密文的对应关系
解密是加密的反向操作。
例如，将加密时的向右移动三位改为向左移动三位，就可以解密。如果移动后的字母超过了字母表的最前面一个字母A，则需要回到字母表的最后，继续向左移动。
密文 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
明文 X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W
密文与明文的对应关系
上述移动三位的加密算法，可以用自然语言描述如下。
第1步：输入要传送的明文。
第2步：查看第一个字母，将字母向右移动三位并输出对应的字母。
第3步：重复第2步操作，分别判断并输出第二个字母、第三个字母、第四个字母……直到处理完成原文中的所有字母。
可以看出，以上构成了一个循环结构的算法。
可以结合流程图进行讲解，分析每个步骤或环节，让学生知道自然语言描述与流程图的对应关系，进一步加深用流程图描述算法的意识。
算法的流程图
教学时，可以带领学生做移位密码游戏。教师出示密文，让学生解密。例如，出示“jrrg pruglqj”，答案是“good morning”。用这种方式多猜几组，让学生熟悉移位密码的规则。
第三单元 用算法解决问题 55
**Chart/Diagram Description:**
* **Type:** Flowchart.
* **Main Elements:**
* **Shapes:**
* One rounded rectangle labeled "开始" (Start) at the top.
* One parallelogram labeled "输入明文" (Input Plaintext) below "开始".
* One diamond shape labeled "明文中有还有字母未处理吗?" (Are there still letters in the plaintext to be processed?) below "输入明文".
* One rectangle labeled "向右移三位替换" (Substitute by shifting right three positions) below the diamond, connected to the "是" (Yes) branch.
* One rectangle labeled "输出密文字母" (Output ciphertext letter) below "向右移三位替换".
* One rectangle labeled "取下一个字母" (Get the next letter) below "输出密文字母".
* One rounded rectangle labeled "结束" (End) at the bottom.
* **Lines:** Straight lines with arrows indicate the flow of execution.
* An arrow goes from "开始" to "输入明文".
* An arrow goes from "输入明文" to the diamond shape.
* An arrow labeled "是" (Yes) goes from the right side of the diamond shape to "向右移三位替换".
* An arrow goes from "向右移三位替换" to "输出密文字母".
* An arrow goes from "输出密文字母" to "取下一个字母".
* An arrow goes from "取下一个字母" and loops back up to the top of the diamond shape.
* An arrow labeled "否" (No) goes from the right side of the diamond shape downwards to "结束".
* There is a box around the diamond shape and the nodes below it ("向右移三位替换", "输出密文字母", "取下一个字母"), indicating a loop structure.
**学习活动 2**
**与同学互传中文密信**
**要求:** 两个同学一组, 利用移位加密的规则, 给对方写一封简单的中文密信, 然后解密并相互验证。
**具体的操作过程:**
**第 1 步:** 根据自己所写密信的字数, 确定一个多行多列的方格, 把明文依次放入方格中。设定的行数、列数成为密钥的第一部分。
例如, 把原文“计算机的能力主要依赖极高的算力、巨量的数据以及人类积累起来的丰富算法。”放入 6 行 6 列的方格中。
*Chart Description (Diagram 1):*
Type: Grid representation with arrow.
Elements:
- Left: An empty 6x6 grid.
- Arrow: Points from the empty grid to the filled grid.
- Right: A 6x6 grid filled with characters arranged row by row.
Text labels:
- Below diagram: 把原文放入方格中 (Put the original text into the grid).
- Characters in the grid (top-left to bottom-right): 计算机的能力主要依赖极高的算力、巨量的数据以及人类积累起来的丰富算法。
**第 2 步:** 选定要移位的列和移位的方式, 如奇数列、下移 3 行。这是密钥的第二部分。
**第 3 步:** 把奇数列的文字依次下移 3 行, 找到对应的方格填入, 下移超过最后一行的文字, 回到第一行继续移位替换, 构成密文。
*Chart Description (Diagram 2):*
Type: Grid representation with arrow.
Elements:
- Left: A 6x6 grid filled with characters (same as the filled grid in Diagram 1).
- Arrow: Points from the first filled grid to the second filled grid.
- Right: A 6x6 grid with characters rearranged based on the shifting rule (odd columns shifted down by 3 rows, wrapping around).
Text labels:
- Below diagram: 把奇数列的文字下移、替换 (Shift and replace the characters in the odd columns).
- Characters in the left grid (top-left to bottom-right): 计算机的能力主要依赖极高的算力、巨量的数据以及人类积累起来的丰富算法。
- Characters in the right grid (resulting ciphertext arrangement):
行 数 据 及 人
类 积 累 起 来
的 丰 富 算 法 。
计 算 机 的 能
力 主 要 依 赖
极 高 的 算 力 、
巨 量 的 数 据
**Supplementary Information (Blue Box):**
接下来, 组织学生两人互相传送中文密信。这个学习活动是在学生知道移位密码算法之后的一步巩固, 从移位算法角度进行的知识迁移。目的是让学生们在加密与解密的游玩中体会加密算法的规则和过程。
学习活动 2 背后隐藏的算法也需要使用循环结构, 逐个对指定的文字进行移位替换操作, 从而达到加密的目的。对文字加密时, 如果移位超出了最后一行, 就要回到第一行继续移位替换, 所以需要设置判断条件。
密钥由方格数和移位规则两部分组成。在相同移位规则下, 不同行数和列数的方格, 加密得到的密文是不同的。因此解密时, 不仅要推算移位规则, 还要了解方格的行数和列数。
需要提醒学生的是, 方格数可以依据要传送的文字数量确定。把密文传给同学后, 要给对方关于密钥的提示, 必要时向对方讲解自己加密的方法。
**Footer:**
第三单元 用算法解决问题 56
**Section: Step 4 Instructions**
第4步: 两位同学互传加密后的密信, 并尝试解密。
解密时, 按照加密的规则反向操作。例如, 将加密时向下移动改为向上移动。可以给对方一些提示, 如自己所用的方格数, 移位的行数等, 也可以双方共享密钥。
**Section: Teaching Notes (Basic Process)**
教学时注意关注算法的基本流程。
加密时, 明文是输入, 移位操作就是处理, 密文是输出。解密时则反之。
实际应用中, 只能发送方和接收方知道密钥, 不能被其他人知道或猜出。
**Section: Learning Activity 3 - Discussion**
学习活动 3
讨论交流: 信息加密与信息安全
在信息传输过程中, 为确保信息安全, 发送方往往需要把原文信息进行加密后再传输, 接收方收到信息后通过解密, 获得原文信息。
**Diagram: Information Transmission Process with Encryption and Decryption**
Type: Flowchart
Main Elements:
* Boxes representing documents/states: "明文" (Plaintext), "加密文档" (Encrypted Document), "解密文档" (Decrypted Document which is also "明文").
* Arrows indicating process flow:
* "明文" -> (Arrow labeled "加密") -> "密文"
* "发送方" (Sender) is positioned between "明文" and "加密文档", linked by an arrow pointing from "明文" to "加密文档". A padlock icon is shown next to "加密文档".
* "加密文档" -> (Arrow labeled "解密") -> "明文"
* "接收方" (Receiver) is positioned between "加密文档" and "解密文档", linked by an arrow pointing from "加密文档" to "解密文档". An unlocked padlock icon is shown next to "解密文档".
* Labels below boxes: "原始文档" (Original Document), "加密文档" (Encrypted Document), "解密文档" (Decrypted Document).
Title below diagram: "信息传输过程的加密与解密" (Encryption and Decryption in the Information Transmission Process)
**Section: Discussion Questions**
以小组讨论方式进行交流。
1. 为信息加密时, 在字母表中改变移动的位数, 如果不是移动三位, 而是移动五位、七位等, 是不是更安全?
2. 如果不知道移动的位数, 如何破解移位密码?
3. 加密时, 把英文字母替换成指定中文段落中的汉字, 或者把中文替换成字母表中的指定的字母, 是不是更安全?
**Section: Teaching Notes (Cracking Ciphers)**
如果不知道移动位数, 或者移动位数较多, 通常不容易解密。
但如果发送方和接收方事先约定好, 接收方就很容易解密。
此外, 可以利用循环遍历所有移位次数进行“暴力破解”。比如, 在26个英文字母中, 把所有可能的情况全部尝试一遍。这里可以引导学生数一数不同的循环次数, 了解利用计算机的快速运算能力, 将“笨办法”变得简单实用。
现实应用中, 还可以利用频率分析, 找到密文中出现次数最多的字母, 然后推测出移位的次数。
发送方和接收方事先约定好所有文章段落和移动方式 (向前或向后、移动几位等), 在双方保守秘密的情况下, 这种方式的安全性高于只用字母或只用中文的方式。
**Section: Page Footer**
第三单元 用算法解决问题 57
**进一步思考**
学习了移位加密算法后,有同学说,以后给自己或家长设置密码时,也要运用所学的算法规则。先想一个自己很容易记住的密码,然后利用移位、替换等方式,变成不容易被别人猜到的密码。
你认为这个做法好吗?与小组同学交流看法。
**拓展与提升**
1. 尝试用所学加密算法,设计一个自己的密码本,并用这个密码本的加密方式,加密一则信息并传送给同学或家长,看看他们能否顺利解读出来。
2. 尝试通过网络搜索,查询还有哪些常用的加密算法以及这些算法的关键因素。
**(Grey Box Text)**
这里引导学生进一步思考,把想法大胆说出来,有助于学生巩固所学知识并迁移应用,教学时要鼓励学生发散性地独立思考、积极表达观点。
1. 要适当给出加密的方法提示,以便对方解读信息内容,降低解密的难度。
2. 教师可以给学生一些搜索的关键词,或者提供一些课外阅读资料,引导学生明确地去查询和阅读。
**(Bottom Right Text)**
第三单元 用算法解决问题 58