Главная Коллекция "Otherreferats" Педагогика Основы криптографии в школьном курсе информатики

Основы криптографии в школьном курсе информатики

Анализ учебной, учебно-методической литературы, затрагивающей вопросы криптографии в школьном курсе информатики. Использование кейс-технологий при изучении вопросов криптографии. Методические аспекты изучения основ криптографии во внеурочной деятельности.

Рубрика Педагогика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 17.06.2018
Размер файла 4,5 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСНОВЫ КРИПТОГРАФИИ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ

ОГЛАВЛЕНИЕ

криптография школьный информатика методический

Введение

Глава I. Теоретические основы изучения вопросов криптографии в основной школе.

§1. Анализ учебной, учебно-методической литературы, затрагивающей вопросы криптографии в школьном курсе информатики

УМК для основной школы

УМК для старшей школы

§2. Анализ нормативных документов

Глава 2. Изучение вопросов криптографии в школьном курсе информатики

§1. Использование кейс-технологий при изучении вопросов криптографии

Классификация кейсов

Составление кейсов и этапы работы с ними

§2. Методические аспекты изучения основ криптографии во внеурочной деятельности

КЕЙС 1:КАК ПЕРЕСТАВИТЬ «ШКАФ» ТАК, ЧТОБЫ НЕ НАШЛИ

КЕЙС 2: КТО ТАКОЙ ЩЗГКУЯ?

КЕЙС 3: СКОЛЬКО МОЖНО ШИФРОВАТЬ?

КЕЙС 4: А ВЫ ТОЧНО ЗА МНОЙ НЕ ПОДГЛЯДЫВАЕТЕ?

КЕЙС 5: КАК ШИФРОВАТЬ, ЕСЛИ ТВОЙ КЛЮЧ ОТКРЫТ?

КЕЙС 6: СДЕЛАЙ САМ

§3. Апробация предлагаемых материалов в школе

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Человек - существо социальное, вот уже много тысячелетий он живет в обществе себе подобных. И вполне естественно, что одной из важнейших его способностей является умение общаться с другими людьми - передавать им сведения о том, что происходит в окружающем их мире, и о фактах своей субъективной реальности. Однако, мы разговариваем с разными людьми совершенно по-разному, и то, что сообщаем одним, стараемся скрыть от других. Таким образом, с зарождением человеческой цивилизации возникло умение сообщать информацию одним людям так, чтобы она не становилась известной другим.

С возникновением письменности задача обеспечения секретности и подлинности передаваемых сообщений стала особенно актуальной. Записанное на бумаге сообщение существует в материальном мире гораздо более длительный промежуток времени, и у людей, желающих ознакомиться с его содержанием против воли отправителя и получателя, появляется гораздо больше шансов сделать это. Поэтому именно после возникновения письменности появилось искусство тайнописи - набор методов, предназначенных для секретной передачи записанных сообщений от одного человека другому.

В настоящее время информация стала настоящим товаром, который имеет собственную ценность. А то, что имеет ценность можно всегда подделать и своровать с целью получения выгоды. Встает вопрос о защите информации.

Сегодня криптография не является наукой только для избранных - с ней сталкивается каждый человек даже в обыденных ситуациях. Сейчас системе образования ставится следующая задача: подготовить учащихся к жизни в информационной среде, научить их защищать собственную информацию от посторонних глаз, используя возможности ИКТ.

Решение задач криптографии можно рассматривать не только как отдельный материал, но и как тему, интегрирующую информатику и математику, а также русский (или иностранный) язык. При решении задач от учащихся требуется повышенная концентрация, усидчивость, терпение, наблюдательность и желание добиться готового результата. Вместе с тем эта тема не скучна для учеников, так как привлекает их своей некой развлекательной направленностью, связью с жизнью.

Изучение криптографии учениками может способствовать:

ь Развитию логического мышления

ь Формирование межпредметных связей

ь Формирование способностей к анализу информации, выявление взаимосвязей

ь Развитие терпеливости, усидчивости и концентрации в учебе

ь Развитие творческих способностей

ь Мотивации при изучении информатики и математики

Однако в основной школе зачастую не уделяется достаточного внимания криптографии. В ситуации возрастающей значимости вопросов информационной безопасности в рамках содержания обучения информатике в школе отсутствуют вопросы, связанные с защитой информации.

Целью работы является разработка учебных материалов для изучения темы «Основы криптографии» в урочной и внеурочной деятельности.

Объектом исследования является процесс обучения информатике в основной школе, а предметом исследования - изучение вопросов криптографии в курсе информатики основной школы с целью укрепления межпредметных связей.

Задачи:

· Проанализировать учебную, учебно-методическую литературу для основной и старшей школы для выявления потребности включения вопросов криптографии в курс информатики;

· Проанализировать нормативные документы для основной школы, примерную основную образовательную программу с целью определения наилучшей формы изучения тем по криптографии.

· Изучить использование кейс-технологий в образовательном процессе, проанализировать их целесообразность при изучении вопросов криптографии.

· Предложить материалы для изучения вопросов криптографии, теоретическое объяснение основных понятий криптографии и практические задания для закрепления знаний.

· Описать результат апробации предлагаемых материалов в курсе информатики основной школы.

Выпускная квалификационная работа состоит из двух глав. В первой главе проведен анализ учебной и методической литературы, обоснована необходимость рассмотрения вопросов криптографии в школьном курсе информатики, изучены нормативные документы влияющие на изменения в разделе "информационных технологий" в части вопросов криптографи .

Во второй главе рассматриваются активные подходы к обучению, а именно применение кейс-технологий в образовательном процессе основного общего образования, предложен материал (кейсы) по освоению вопросов криптографии, и описана апробация в школе.

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ВОПРОСОВ КРИПТОГРАФИИ В ОСНОВНОЙ ШКОЛЕ

§1. Анализ учебной, учебно-методической литературы, затрагивающей вопросы криптографии в школьном курсе информатики

УМК для основной школы. В основной школе вопросы криптографии рассматриваются некоторыми авторами лишь косвенно, не определяя ни саму науку криптографии, ни ее базовые понятия. Например, в учебнике для 9 класса Л.Л.Босовой и А.Ю.Босовой затрагивается тема аутентификации в определении: «Пароль - это сочетание различных символов, подтверждающих, что логином намеревается воспользоваться именно владелец логина». Однако, ни определения, ни дальнейшего развития эта проблема не получает, вопросы криптографии больше не встречаются в данном учебно-методическом комплекте. Н.Д. Угринович в учебнике затрагивает вопросы криптографии в рамках линии «Социальная информатика». Рассматриваются различные угрозы для сохранности и конфиденциальности информации (несанкционированный доступ, нелегальное копирование и использование, хакерские атаки и т.п.). Приводятся примеры защиты информации в каждом из приведенных примеров. Определение криптографии, основных понятий и алгоритмы шифрования не освящаются, лишь присутствуют в виде заданий для дополнительного выполнения в лабораторном журнале 8 класса в рамках главы «Кодирование информации» (рис.1).

Рис. 1. Задание из лабораторного журнала Н.Д.Угриновича

Учебно-методический комплект И.Г.Семакина для основной школы обширнее всего освящает вопросы криптографии. В самом учебнике вопросы защиты информации рассматриваются в §27 «Информационная безопасность», где автор описывает основные формы компьютерных преступлений, меры борьбы с ними, и упоминает о криптографии как о науке, занимающейся методами шифрования.

Задания на алгоритмы шифрования и само определение шифрования можно найти в рабочей тетради для 7 класса и в практикуме (рис. 2), входящих в учебно-методический комплект. Задания предлагаются в рамках тем «Информационные процессы» и «Кодирование информации».

Недостатки представления криптографии в данном учебно-методическом комплекте заключаются в том, что из-за разброса вопросов по линиям изучения информатики (алгоритмы шифрования освещаются в рамках линии «Представление информации», определение криптографии - в линии «Социальная информатика»), не складывается единого представления о криптографии как о науке и предмете ее деятельности. В практикуме задачи на кодирование и шифрование информации идут вперемешку, что не дает четко отделить вопросы и цель шифрования от кодирования.

Рис. 2. Задания из практикума И.Г.Семакина

Представим анализ УМК для основной школы на предмет содержания вопросов криптографии в виде таблицы.

Таблица 1.

Анализ УМК для основной школы

Автор

Элемент УМК

Линия, в которой представлена тема

Освящаемые понятия криптографии

Л.Л.Босова

Вопросы криптографии не затрагиваются

Н.Д.Угринович

Лабораторный журнал 8 класс

Представление информации (кодирование)

Шифр Цезаря Шифр Виженера

Учебник 9 класс

Социальная информатика

Электронная подпись Защита информации Системы идентификации

И.Г.Семакин

Рабочая тетрадь 7 класс

Информационные процессы

Шифр Атбаш Шифр Гронсфельда Шифр Цезаря

Учебник 9 класс

Социальная информатика

Виды компьютерных преступлений

Определение криптографии

Практикум 7-9 класс

Представление информации

Шифрование

Шифры замены и перестановки

Шифр Цезаря и Виженера

УМК для старшей школы. В старшей школе вопросы криптографии освещаются достаточно широко: рассматриваются простые алгоритмы шифрования (шифр Цезаря, Виженера), симметричные системы и системы с открытым ключом (алгоритм RSA), стойкость шифра, атака на шифр, цифровая подпись.

В учебно-методическом комплекте базового уровня под авторством И.Г. Семакина вопросы криптографии изучаются в рамках линии «Представление информации», а именно в теме «Кодирование информации», т.к. криптография представляется как наука о способах шифрования, а само шифрование определяется как кодирование с целью защиты от несанкционированного доступа. В практикуме к учебнику предлагается практическая работа «Шифрование информации», где учащихся знакомят в шифром Цезаря, шифром Виженера, дают определение шифрам перестановки.

При наличии объемной практической базы, теоретическая составляющая отсутствует: определения основным понятиям криптографии не даются. Из-за того, что вопросы криптографии в рамках линии «Социальная информатика» практически не затрагиваются, не прослеживается связь криптографии с жизнью, ее значимость в современном мире.

Авторы УМК углубленного уровня (К.Ю.Поляков, Е.А. Еремин и И.А.Калинин, Н.Н.Самылкина) выделяют вопросам криптографии место в рамках линии «Социальная информатика», где дают определение основным понятиям криптографии (шифр, ключ, атака, стойкость шифра), рассматривают различия симметричных систем шифрования и систем с открытым ключом, электронную подпись. Отличие подходов заключается в глубине освещения алгоритмов шифрования: К.Ю.Поляков подробно рассказывает метод шифрования тем или иным способом, Н.Н. Самылкина больше опирается на технические средства, на сравнение шифров между собой.

Представим анализ УМК для старшей школы на предмет содержания вопросов криптографии в виде таблицы.

Таблица 2.

Анализ УМК для старшей школы

Автор

Элемент УМК

Линия, в которой представлена тема

Понятия криптографии, освящаемые данным УМК

И.Г.Семакин (базовый уровень)

Учебник 10 класс

Представление информации

Определение криптографии

Практикум

Представление информации

Шифрование информации Шифр Цезаря

Шифр Виженера Шифры перестановки

Учебник 11 класс

Социальная информатика

Электронная подпись

И.Г.Семакин (углубленный уровень)

Вопросы криптографии не затрагиваются

К.Ю.Поляков (углубленный уровень)

Учебник 10 класс

Представление информации (кодирование)

Шифрование

Социальная информатика

Шифрование

Определение криптографии Криптоанализ

Ключ

Симметричные шифры Системы с открытым ключом

Криптостойкость Шифр Цезаря Шифр Виженера Алгоритм RSA Цифровая подпись

Н.Н.Самылкина

Учебник 11

Информационные

Аутентификация

(углубленный

класса

технологии

Атака

уровень)

Шифрование

Стойкость шифра

Классификация шифров

Симметричные системы

Системы с открытым

ключом

Сертификаты

Электронная подпись

Выводы по первому параграфу:

Вопросы криптографии, несмотря на актуальность этой науки в современном обществе, широко и целостно освещаются только в старшей школе, в то время как в УМК для основной школы алгоритмы шифрования с целью защиты информации затрагиваются косвенно и их представление не имеет общей структуры. Современные алгоритмы не рассматриваются, что не доказывает учащимся актуальность криптографии и понимания алгоритма цифровой подписи, упоминание о которой все же находит место в теме правовых аспектов защиты информации.

§2. Анализ нормативных документов

В стратегии развития отрасли информационных технологий в Российской Федерации на 2014 - 2020 годы и на перспективу до 2025 года, утвержденную распоряжением Правительства Российской Федерации от 1 ноября 2013 г. № 2036-р ставится задача развития отрасли информационных технологий, как одной из самых влиятельных на общество и национальную экономику. Однако, обращается внимание на «острый кадровый дефицит», связанный с недостаточным уровнем квалификации специалистов в области информационных технологий.

Поэтому одними из основных направлений реализации Стратегии являются:

1. Развитие кадрового потенциала и образования отрасли информационных технологий

Для успешного развития отрасли необходимо поддерживать высокий уровень знаний по математике и информатике выпускников школ. Это предполагает совершенствование образования по физико-математическому профилю подготовки. Также необходимо увеличение общего числа заинтересованных в дальнейшем развитии карьеры в области информационных технологий выпускников.

Постоянное развитие сферы информационных технологий требует от кадров не только высокой профессиональной подготовки, но и навыков самообучения и самосовершенствования. Эти умения будут способствовать успешной деятельности специалиста в данной отрасли.

2. Стимулирование работы высококвалифицированных специалистов отрасли информационных технологий в России

3. Популяризация информационных технологий как сферы деятельности

Для выявления на школьном этапе образования тех, кто способен внести вклад в развитие отрасли, предлагается способствовать участию учащихся в олимпиадах по информатике, математике и программированию и в проектной деятельности в области информационных технологий. Стоит отметить, что в России с 1991 года проводится Межрегиональная олимпиада школьников по математике и криптографии, призеры которой могут поступить в Академию Федеральной службы безопасности Российской Федерации.

4. Приоритетные направления исследований и разработок в области информационных технологий

Правительство Российской Федерации одним из прорывных для мировой индустрии направлений в части фундаментальных и поисковых исследований видит безопасность в информационном обществе. По их мнению, развитие в данной области обеспечит конкурентоспособность России на рынке информационных технологий.

В части прикладных исследований одним из направлений является разработка технологий информационной безопасности: биометрические системы, системы идентификации, новые приложения для обеспечения безопасности в компьютерных сетях и т.п.

5. Обеспечение информационной безопасности

«Учитывая масштабы проникновения информационных технологий в повседневную жизнь граждан, организаций и органов власти всех уровней, а также высокий уровень зависимости создаваемых в стране информационных систем от импортной продукции, особенно актуальным становится вопрос обеспечения должного уровня информационной безопасности страны в современном глобальном информационном мире» (выдержка из Стратегии).

6.Повышение грамотности населения в области информационных технологий.

На сегодняшний момент для приема на большинство предлагаемых вакансий требуется компьютерная грамотность, т.к. информационные технологии составляют важную часть в экономике и в социальной сфере страны. Поэтому перед образованием стоит задача формирования компетенций при работе со средствами информационно-коммуникационных технологий, что ведет к внесению изменений в основные образовательные программы школ.

Говоря об актуальности рассмотрения криптографии в основной школе, стоит упомянуть вопросы законодательства РФ в рамках данной области.

Государство активно регулирует вопросы защиты информации. Стоит начать рассмотрение законов РФ с «Доктрины информационной безопасности Российской Федерации», утвержденной указом Президента Российской Федерации 5 декабря 2016 г. №646.

«Настоящая Доктрина является основой для формирования государственной политики и развития общественных отношений в области обеспечения информационной безопасности, а также для выработки мер по совершенствованию системы обеспечения информационной безопасности» (выдержка из Доктрины).

В Доктрине определены:

· основные понятия в сфере информационной безопасности: национальные интересы РФ в данном вопросе, информационная безопасность РФ, угроза информационной безопасности, силы, средства и системы обеспечения информационной безопасности и т.д.;

· национальные интересы в информационной сфере;

· основные информационные угрозы и состояние информационной безопасности;

· стратегические цели и основные направления обеспечения информационной безопасности с учетом стратегических национальных приоритетов Российской Федерации.

За последние годы в России принято немало мер по обеспечению информационной безопасности страны, о чем свидетельствуют следующие нормативно-правовые документы:

1. Федеральный закон от 27.07.2006 N 149-ФЗ (ред. от 19.12.2016) "Об информации, информационных технологиях и о защите информации". Статья 16 «Защита информации» настоящего закона определяются правовые, организационные и технические меры, направленные на защиту информации от неправомерных действий, и государственное регулирование в данной сфере.

2. Федеральный закон "О безопасности" от 28.12.2010 N 390-ФЗ. Настоящий Федеральный закон определяет основные принципы и содержание деятельности по обеспечению безопасности государства, общественной безопасности, безопасности личности, иных видов безопасности, предусмотренных законодательством Российской Федерации, полномочия и функции органов государственной власти на разных уровнях.

3. Закон Российской Федерации "О государственной тайне" от 21.07.1993 №5485-I. Настоящий Закон регулирует отношения, возникающие в связи с отнесением сведений к государственной тайне, их засекречиванием или рассекречиванием и защитой в интересах обеспечения безопасности Российской Федерации.

4. Федеральный закон от 07.07.2003 N 126-ФЗ (ред. от 06.07.2016) "О связи". В статье 63 «Тайна связи» настоящего закона гарантируется неприкосновенность передаваемой информации граждан, и требуется от операторов техническое оснащение для соблюдения тайны связи.

Заинтересованность государства в развитии информационных технологий и, в частности, информационной безопасности общества, создает запрос на изменение содержательной линии «Информационные технологии», а именно углубление изучения вопросов криптографии в основной школе.

Конкретизируем требования Федерального государственного образовательного стандарта к результатам освоения основной образовательной программы основного общего образования с учетом потребности изучения вопросов защиты информации.

Таблица 3.

Уточненные требования ФГОС

Заданные ФГОС ООО требования к образовательным результатам изучения

информатики

Уточненные планируемые образовательные результаты изучения информатики

Личностные результаты

Формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию, осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений

1. Развитие навыков к саморазвитию и самообразованию в сфере информационной безопасности;

2. Ориентация в специальностях, требуемых в сфере информационных технологий.

Формирование целостного мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки и общественной практики

1. Понимание процессов и алгоритмов защиты информации;

2. Знание мер, применяемых государством для регулирования вопросов информационной безопасности.

Формирование осознанного, уважительного и доброжелательного отношения к другому человеку, его мнению,…

1. Формирование уважительного отношения к личной информации других людей.

2. Формирование уважительного отношения к продуктам интеллектуальной деятельности других людей.

Метапредметные результаты

Умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач

1. Умение самостоятельно планировать пути решения задач по криптографии.

Умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе

1. Умение корректировать свою деятельность в решениях задач криптографии

достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией;

2. Умение соотносить свои действия с планируемыми результатами решения задач криптографии

3. Умение определять эффективные способы действия в рамках поставленной задачи

Умение работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учета интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать свое мнение;

1. Умение работать в коллективе или индивидуально при решении задач и обсуждении тем информационной безопасности;

2. Умение формулировать и аргументировано отстаивать свое мнение в вопросах защиты информации

Формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий

1. Формирование знаний об информационной безопасности

2. Умение грамотно использовать средства ИКТ для решения поставленных задач

3. Формирование навыков обеспечения защиты собственной информации.

Предметные результаты

Развитие умений применять изученные понятия, результаты, методы для решения задач практического характера и задач из смежных дисциплин с использованием при необходимости справочных материалов, компьютера, пользоваться оценкой и прикидкой при практических расчетах;

1. Умение применять теорию сравнений в задачах криптографии и криптоанализа

2. Умение самостоятельно осваивать информацию из учебной литературы, связанной с теорией сравнений и криптографией

3. Умение пользоваться средствами программного обеспечения для решения задач криптографии и криптоанализа

…Формирование представления о компьютере как универсальном устройстве обработки информации…

1. Формирование представления о роли компьютера в развитии криптографических алгоритмов

Формирование представления об основных изучаемых понятиях: информация, алгоритм, модель - и их свойствах;

1. Формирование представления о криптографии, как о науке, изучающей аспекты математических способов защиты информации;

шифровании, как о виде кодирования, с целью скрывания информации от посторонних глаз;

алгоритмах шифрования.

Формирование навыков и умений безопасного и целесообразного поведения при работе с компьютерными программами и в Интернете, умения соблюдать нормы информационной этики и права

1. Формирование представления о современных алгоритмах защиты информации

2. Формирование представления о принципах работы цифровой подписи, систем идентификации и т.д.

3. Умение обеспечить безопасность собственной информации в сети Интернет.

При изучении вопросов криптографии необходимо затронуть вопрос о месте и форме занятий по данной теме.

В примерной основной образовательной программе (ПООП) основного общего образования на изучение информатики в 7-9ых классах отводится всего 1 час в неделю. Однако, в рамках учебного плана есть обязательный компонент

- внеурочная деятельность. Предлагаемый нами материал по изучению вопросов криптографии можно реализовывать в рамках внеурочных занятий по информатике.

Выводы по первой главе

В таких документах как «Стратегия развития отрасли информационных технологий в Российской Федерации на 2014 - 2020 годы и на перспективу до 2025 года», утвержденную распоряжением Правительства Российской Федерации от 1 ноября 2013 г. № 2036-р, «Федеральный государственный образовательный стандарт», «Доктрина информационной безопасности Российской Федерации», утвержденной указом Президента Российской Федерации 5 декабря 2016 г. №646, о которых речь шла ранее существует запрос к уровню знаний в сфере информационных технологий, а в частности, в сфере информационной безопасности. В этих сферах на данный момент существует кадровый дефицит, обусловленный малоподготовленностью выпускников по вопросам требуемых областей и их неознакомленностью со специальностями информационной безопасности. Поэтому изучение вопросов криптографии в школе сейчас наиболее актуально.

Однако, отведенных в ООП часов на изучение информатики в основной школе недостаточно для введения темы «Защита информации». В учебно- методической литературе для основной школы криптография, шифрование и основные алгоритмы шифрования, с помощью которых можно осознать принципы работы современных алгоритмов защиты информации, либо отсутствуют (Л.Л.Босова), либо затрагиваются косвенно (Н.Д.Угринович, И.Г.Семакин). Поэтому рассматривать предлагаемые материалы для изучения вопросов криптографии следует в рамках внеурочной деятельности в форме предметного кружка или факультатива.

ГЛАВА 2. ИЗУЧЕНИЕ ВОПРОСОВ КРИПТОГРАФИИ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ИНФОРМАТИКИ

§1. Использование кейс-технологий при изучении вопросов криптографии

В современном мире от человека в его профессиональной деятельности требуют не только грамотного выполнения своих служебных обязанностей, но и высоких коммуникационных навыков: умение вести конструктивный диалог, достигать взаимопонимания в спорных ситуациях, сотрудничать для достижения общих результатов. Задача основного общего образования - подготовить успешную личность, соответствующую новой культуре.

В Федеральном государственном образовательном стандарте общего образования предъявляются следующие требования к личностным результатам обучения: формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, детьми старшего и младшего возраста, взрослыми в процессе образовательной, общественно полезной, учебно-исследовательской, творческой и других видов деятельности. Также в основе Стандарта лежит идея системно-деятельностного подхода к обучению, главным методом которого является проблемное обучение.

Эффективной формой обучения, соответствующей вышеперечисленным требованиям, является проблемно-ситуативное обучение с использованием кейс-технологий. Такой подход не только вызывает живой интерес со стороны учащихся, но и способствует формированию личностных и метапредметных результатов обучения.

Кейс-технология (case-study) - технология обучения на основе проблемной ситуации, требующей разрешения с помощью приобретенных умений и навыков. Такой метод развивает у учащихся способность разрешать проблемы как индивидуально, так и в группе, анализировать данные и отбирать информацию, нужную для решения проблемы.

Метод кейсов начал применяться еще в начале прошлого века в области права и медицины. Тогда студентам предлагался к ознакомлению реальный случай из практики. Учащиеся должны были сформулировать проблему, проанализировать ее и дать соответствующие рекомендации. Однако, широкое распространение кейс-технология получила только в 60-ых годах с помощью Гарвардской школы бизнеса, которая до сих пор усилиями преподавателей и студентов выпускает по 600 кейсов в год.

В российскую систему образования технология кейсового обучения пришла в конце 1990-ых, и до сих пор продолжает активно внедряться в школьное образование.

Преимущества данной технологии заключаются:

+ В самостоятельности учащегося, его независимость в обучении от учителя;

+ В получении знаний и формирований практических навыков в смоделированной ситуации;

+ В командной работе, где каждый учащийся может определить социальную роль в группе, наиболее подходящую и успешную как для него, так и для коллектива в целом;

+ В развитии творческого подхода к обучению;

+ В воспитании ответственности за собственные действия.

В конечном итоге, кейс-метод представляет собой синтез ролевой игры, проектной деятельности и системного анализа.

Классификация кейсов

1. Практические кейсы моделируют реальное событие в истории, ситуацию на производстве, повседневную задачу. Могут включать в себя исторические документы, статистические отчеты, цены на рынке в рассматриваемый момент времени и прочее. Такой вид кейсов позволяет учащимся отработать навыки на ситуации, максимально приближенной к жизненной, показывает актуальность приобретенных знаний.

2. Обучающие кейсы ставят на первое место освоение знаний в процессе решения некоторой проблемы. Ситуация кейса менее реальна, чем в практическом виде, т.к. в большей степени она направлена не на отработку практических знаний, а на поиск, анализ и применение информации, нужной для разрешения кейса. Также кейсы данного вида могут служить отработкой навыков синтеза, поиска закономерностей в процессах различной природы, структурирования информации на основе общих признаков.

3. Научно-исследовательские кейсы призваны для пробуждения интереса учащихся к исследовательской деятельности. Должен включать в себя обширный материал по теме, включать различные точки зрения ученых, занимавшихся данной темой. Также предполагает самостоятельный поиск информации по теме учащимися.

Составление кейсов и этапы работы с ними

Уроки с применением кейс-технологий применимы на любом предмете, однако требуют от преподавателя творческого подхода, открытости в общении с учащимися, прогрессивного стиля мышления. На уроке главными действующими лицами являются ученики - они задают направление деятельности, выбирают методы и средства освоения новых знаний. Здесь преподавателю отводится роль «ведущего», он организовывает работу над кейсом: делит на группы, объясняет правила, отвечает на вопросы учащихся, вызывает дискуссию по теме, заслушивает результаты работы учащихся и подводит итог. Также, главной задачей педагога является создание кейса.

Работу над кейсом можно разделить на следующие этапы:

1. Подготовительный

2. Ознакомительный

3. Аналитический

4. Итоговый

В подготовительном этапе преподавателем проводится сложная творческая работа по созданию кейса: описания подходящей для темы и актуальной для учащихся ситуации, создание вопросов для ее анализа. При создании кейса нужно определить:

- Тему или раздел курса, которому соответствует ситуация

- Формулирование целей и задач

- Формулирование проблемы

- Поиск подходящей информации в различных формах представления

- Описание ситуации и создание вопросов

Источником для формирования кейсов могут служить ситуации, описываемые в художественной литературе - хороший сюжет повышает интерес учащихся к разрешению проблемы. Статистические данные, исторические справки, научные статьи придадут кейсу научность и строгость. Особенно интересно использование реальных ситуаций в кейсе - они могут служить источником анализа не только происходящих событий, но и действий людей, их ошибок.

Конкретные примеры лучше сохраняются в памяти, нежели абстрактные знания, потому что вызывают эмоциональный отклик у участников, интерес к решению задачи, а не страх получить плохую оценку.

Отличительной чертой кейсов является наличие множества решений. Разные группы учащихся могут подойти к решению ситуации по-разному, принять различные точки зрения. Такие кейсы интересны с целью организации дискуссии: можно попросить объяснить суть своего подхода к задаче другим участникам, выбрать наиболее эффективный метод решения, проанализировав ответы команд. Такая формулировка задачи поможет развить учащихся слушать мнение других, отстаивать свою точку зрения или признавать эффективность другой. Решение в кейсе может быть и одно, или уже несколько данных (как пример, реализация сортировки массива с помощью различных способов), тогда можно их попросить проанализировать учащимся.

После создания кейса преподаватель должен представить его обучающимся, т.е. реализовать ознакомительный этап своей деятельности.

Во-первых, учитель должен проинструктировать учащихся о правилах работы с кейсом, особенно, если таких занятий прежде не проводилось. Также следует упомянуть о критериях оценки работы над кейсом. Во-вторых, преподаватель должен организовать работу на уроке: разделить класс на группы\команды, предоставить техническое оборудование, если оно требуется, расставить столы так, чтобы удобно было проводить обсуждение внутри группы.

Кейсы могут быть представлены до урока или на самом уроке, в зависимости от сложности кейса и времени на его выполнение. Преподаватель перед началом занятия должен провести первичный контроль знаний о содержании кейса, например, задать следующие вопросы: «Какова проблема в данной ситуации?», «Что произошло с участниками ситуации?» и т.п.

Учащимся следует напомнить об ограниченности времени на работу с кейсом, посоветовать им рационально распределить свое время и ресурсы на выполнение заданной ситуации. Это заставит учащихся задуматься о разделении обязанностей в группе для эффективной работы.

После ознакомления с материалами кейса при помощи преподавателя наступает аналитический этап работы над кейсом. Он делится на несколько стадий:

1) Обсуждения кейса в группах, подготовка к выступлению.

Учащиеся в группе проводят анализ материалов, фактов, работают над решением проблемы, выбирают лучший, по их мнению, вариант и готовятся выступить перед остальными участниками. Это самый важный этап работы с кейсом для учащихся, именно здесь происходит усвоение знаний при решении проблемной ситуации, что является сутью кейс-технологий.

Преподаватель контролирует работу учащихся: следит за деятельностью группы, дает необходимые пояснения, избегая прямых ответов на вопросы по теме кейса, предоставляет учащимся справочные материалы и требующееся оборудование.

Для эффективной работы каждого учащегося в группе нужно контролировать работу лидера (или капитана) группы - он должен распределить обязанности так, чтобы никто не остался вдалеке от обсуждения. Молчаливых и застенчивых участников можно стимулировать на работу вопросами насчет их мнения на определенные моменты дискуссии.

Бывают ситуации, когда дискуссия в группе заходит в тупик, тогда учителю необходимо направить ее в нужное русло, не навязывая своей точки зрения на решение проблемы. Работу в группе надо контролировать и направлять, но не тормозить или сбивать с выбранного направления. Учащимся необходимо дать возможность самостоятельно выбирать методы решения поставленной задачи и уважать их выбор.

2) Выступление

Умение представить результаты своей деятельности - важное умение, являющееся ценным навыком для современного человека. Поэтому участники обсуждения должны уметь эффективно представить свой интеллектуальный продукт, перечислить его достоинства, грамотно и аргументировано отвечать на вопросы учителя и остальных участников.

Время выступления должно быть регламентировано. Выступает один человек от группы. Выступающий может быть выбран самостоятельно командой или назначен преподавателем. Возможен вариант и «внезапного» выбора - отвечающий выбирается учителем непосредственно перед ответом (такой метод заранее обговорить с учащимися).

Несмотря на то, что выступает один человек от группы, необходимо побуждать остальных членов этой команды дополнять речь выступающего. Необходимо заметить: дополнения должны совпадать с точкой зрения\решением отвечающегося, иначе можно сделать вывод, что учащиеся не справились с кейсом, т.к. они не смогли сформировать единого мнения, касаемо рассматриваемого вопроса.

При ответе приветствуются схемы, иллюстрации, таблицы. Если на обсуждение кейса отводиться достаточно времени и позволяет тема, учащимся можно предложить создать презентацию.

3) Обсуждение после выступления

Учителю необходимо организовать дискуссию, которая позволит учащимся оценить работы друг друга, решить для себя, какой из предложенных вариантов решения был наиболее эффективен, подвести некий общий итог дискуссии (если он возможен). Участники должны научиться аргументировать свою критику по отношению к другим и уважать их мнение и проделанную работу, даже если это расходится с их собственным решением.

На этой стадии важно дать учащимся высказаться, спросить их личное мнение, какой вывод они сделали после проделанной работы.

После работы учащимся над кейсом наступает заключительный, итоговый этап. На этом этапе учитель должен логически завершить обсуждение, «вскрыв карты». Если в кейсе описывается реальная ситуация, учителю следует рассказать как ее разрешили в реальности, если ситуация выдумана, то привести свою точку зрения и аргументировать ее. Решения кейса могут быть различны, о чем не должны забывать участники.

Отдельное внимание должно уделяться изученному на уроке материалу. Можно задать вопросы: «С какой темой мы сегодня познакомились?», «Какие навыки сегодня вами использовались?» и т.п.

Выводы по первому параграфу:

Кейс-технологии - одно из перспективных направлений реализации проблемного подхода в обучении, где учащиеся получают не только знания по предмету в результате проделанной работы, но также и коммуникационные навыки, важные для дальнейшей профессиональной деятельности.

Своей интерактивностью этот метод обучения вызывает интерес со стороны обучающихся. Решение кейсов в их глазах выглядит как соревнование, в котором они имеют возможность проявить себя, стать частью команды, применить свои знания и умения на практике.

Именно из-за привлекательности кейс-технологий в глазах учащихся, я предлагаю использовать этот метод обучения при рассмотрении вопросов криптографии во внеурочной деятельности. Во-первых, такой способ обучения криптографии укрепит осознание актуальности этой темы в современном обществе, во-вторых, соревновательный дух занятий будет способствовать аккуратности и терпению учащихся при выполнении задач.

§2. Методические аспекты изучения основ криптографии во внеурочной деятельности

В век информационного бума, когда необходимые для профессиональной деятельности знания постоянно изменяются, человек должен самообразовываться, т.е. изучать новые открытия и изменения в своей области, самостоятельно осваивать новые технологии и т.п. Это ставит перед современным образованием задачу воспитания личности, которая будет обладать достаточным уровнем познавательной активности, самостоятельностью в обучении.

Развитие познавательной активности учащихся реализуются активными методами обучения. А.А.Вербицкий пишет, что активное обучение «знаменует собой переход от преимущественно регламентирующих, алгоритмизированных, программированных форм и методов организации дидактического процесса к развивающим, проблемным, исследовательским, поисковым, обеспечивающим рождение познавательных мотивов и интересов, условий для творчества в обучении».

М.Новик, давая классификацию активным методам обучения, разделяет их на неимитационные (активизация обучения происходит с помощью связей между учителем и учащимися) и имитационные (имитация профессиональной деятельности), причем последние считает более эффективными при обучении, поскольку достигается приближение учебного материала к практической деятельности.

Кейс-технологии следует относить к имитационным активным методам обучения. Таким образом, предлагаемый нами метод реализации обучения вопросам криптографии в основной школе не только активизирует учащихся на занятиях, но и разовьет в них способность к самообучению в дальнейшем.

Предлагаем материал для организации внеурочных занятий по информатике - кейсы, раскрывающие основные понятия криптографии и знакомящие с простейшими алгоритмами шифрования.

КЕЙС 1:КАК ПЕРЕСТАВИТЬ «ШКАФ» ТАК, ЧТОБЫ НЕ НАШЛИ

Цель: узнать о науке криптография и стеганография, узнать их различия, понять их актуальность; изучить и научиться использовать шифры перестановки.

Содержание: описание проблемной ситуации, теоретическая информация по теме (два файла: «Способы защиты информации» и «Шифры перестановки»), вспомогательные задания по шифрам перестановки.

Пояснение: в кейсе объединены характерные черты обучающего (поиск и анализ информации по физическим и нефизическим способам защиты информации) и практического (решение конкретной задачи с использованием знаний) кейсов.

Требования: Для реализации занятия особых технических устройств не требуется: материалы учащимся можно выдать в печатном виде. Также можно воспользоваться наличием компьютеров\ноутбуков для просмотра файлов кейса.

Предполагаемое время выполнения кейса: 45-60 минут в зависимости от уровня подготовленности и активности учащихся.

Вспомогательные упражнения призваны для освоения алгоритмов шифров перестановок, их выполнение поможет учащимся решить задание кейса.

Всю необходимую информацию по кейсу учитель может реализовать в виде презентации, а вспомогательные упражнения использовать в качестве заданий на размышление на дом.

1. Описание ситуации кейса

Ситуация:

У мамы Вовы и Василисы скоро день рождения. Ребята за месяц решили, что устроят ей незабываемый праздничный день: и завтрак приготовят, и в кино ее сводят, и уберутся перед приходом гостей, и, конечно же, выберут ей подарок.

Однако, когда оставалось 3 дня до торжества, у Вовы заболело горло и пропал голос. Он все время находится дома, и мама взяла больничный, чтобы ухаживать за мальчиком. Василиса хочет обсудить план действий в праздничный день и выбор подарка, но мама постоянно дома, да и Вова говорить не может. Если они начнут переписываться, есть вероятность, что мама узнает про их планы.

Вопросы:

1) Как Вы думаете, каким образом ребята могут общаться, чтобы мама их не рассекретила?

2) Как можно защитить информацию на физическом уровне?

3) Можно ли, не утаивая факт передачи информации, скрыть смысл сообщения от посторонних глаз?

4) Сформулируйте определение криптографии и стеганографии. Методы какой науки использовали бы Вы в данной ситуации и почему?

Задание:

Вова, который имел больше времени для раздумий над выбором подарка, придумал, что можно подарить маме. Он решил отправить сестре сообщение, зашифрованное с помощью шифра перестановки. Он его зашифровал, а потом, для пущей надежности, зашифровал полученный текст еще раз. Подумал, и зашифровал его еще 75 раз. В результате Василиса получила вот такое сообщение:

«ОТАРТМДРКИПИТРЙЫООГРСМТАМИООИВ»

Помогите Василисе его прочитать.

Дополнительный вопрос:

Сколько вариантов шифров перестановки существует для сообщения:

1) из 5 символов;

2) из символов.

2. Материал по теме «Способы защиты информации»

Защита информации

Человек - существо социальное, вот уже много тысячелетий он живет в обществе себе подобных. И вполне естественно, что одной из важнейших его способностей является умение общаться с другими людьми - передавать им сведения о том, что происходит в окружающем их мире, и о фактах своей субъективной реальности. Однако, мы разговариваем с разными людьми совершенно по-разному, и то, что сообщаем одним, стараемся скрыть от других. Таким образом, с зарождением человеческой цивилизации возникло умение сообщать информацию одним людям так, чтобы она не становилась известной другим.

Информацию от посторонних глаз можно скрывать по-разному: можно физическими способами, а можно средствами криптографии.

Под физическими способами имеются в виду:

· Ограничение доступа к информации по средствам хранения ее в сейфе, на запароленном компьютере или в хорошо охраняемом помещении.

· Использование специальных методов передачи по широкополосным каналам, сигнала под уровнем шумов, либо с использованием «прыгающих» несущих частот и т.п., что затруднит возможность перехвата информации противником.

· Утаивание самого факта передачи информации. Например, письмо невидимыми чернилами на бумаге, зашивание послания в шляпу гонцу (выражение «Дело в шляпе») и т.п.

Наука о способах тайной передачи информации путем скрытия самого факта о передачи этой информации называется стеганографией. Сообщение, переданное этим способом, зачастую будет выглядеть как нечто иное и совершенно несущественное для противника: картинка, бессмысленный набор слов, список покупок и т.п.

Впервые о стеганографии упомянул древнегреческий историк Геродот в своем трактате «История» в 440 году до н.э.. Он рассказал о способах скрытия информации, встречавшихся в Древней Греции. Первый заключался в нанесения сообщения на деревянную дощечку, которую после залили воском, а второй - в нанесении сообщения на бритую голову раба, который, после того, как волосы отрастали, посылался к союзникам, где его заново стригли налысо и читали сообщение.

В конце 90-х годов стеганография разделилась на несколько направлений:

· Классическая стеганография - письмо невидимыми (симпатическими) чернилами, микроточки, семаграммы;

· Компьютерная стеганография - реализация стегосистем с использованием особенностей компьютерных платформ;

· Цифровая стеганография - внесение дополнительной информации в мультимедиа-объекты.

Преимущество стеганографии заключается в том, что сообщения, скрытые таким способом даже не обратят на себя внимание противника.

Передачу информации можно не скрывать, если сделать сообщение непонятным противнику, т.е. зашифровать. Способы шифрования и дешифрования являются одними из предметов изучения науки криптографии.

Криптография - наука о методах обеспечения безопасности данных и изучает проблемы:

· конфиденциальности - защита информации от несанкционированного прочтения;

· аутентификации - методы по проверке подлинности сторон;

· целостности информации - защита от изменений информации при ее передаче или хранении;

· контроля авторства информации - методы по предотвращению, в частности, отказа от авторства, т.е. от ответственности за совершенные действия.

История развития криптографии

Традиционная криптография зародилась как техника защиты информации около 4 тысяч лет назад. Имеются свидетельства о том, что криптография возникала одновременно с письменностью древних цивилизаций.

Всю историю криптографии можно разделить на несколько основных периодов, связанных с техническим прогрессом человечества:

I этап: Начиная с 3-го тысячелетия до н.э. широко использовались шифры, в которых использовался всего один алфавит. Буквы сообщения могли меняться местами или же заменяться на буквы этого же алфавита. Эти шифры господствовали достаточно долго, вплоть до IX века, когда арабский философ и математик Аль-Кинди не описал в своей книге «Манускрипт о дешифровке криптографических сообщений» способ взлома таких шифров.

II этап: После установления ненадежности моноалфавитных шифров на защиту информации встали полиалфавитные шифры. Идею к их применению выдвинул итальянский учёный Леон Баттиста Альберти в XV веке. Он предложил использовать при шифровании сообщений не один, а несколько алфавитов, переходя от одного к другому по оговоренному правилу. Однако, полностью описал этот метод немецкий монах Иоганн Тритемий, который внес значительный вклад в криптографию.

III этап: В начале XX века началось внедрение электромеханических устройств в криптографию. Однако, шифры так и оставались полиалфавитными, хотя и шифровалась информация уже с помощью технических средств.

IV этап: С середины XX века криптографические шифры начали изменяться и становились все более сложными математическими функциями. В этот период в криптографию огромный вклад внес американский математик Клод Шеннон. Он первым сформулировал теоретические основы криптографии как науки и ввел в рассмотрение многие основные понятия.

V этап: Современный этап развития криптографии начинается в 1976 году с публикации статьи У. Диффи и М.Хеллмана «Новые направления в криптографии», которые открыли новую область криптографии - криптографию с открытым ключом. Если до этого момента, ключ, с помощью которого шифровалось и дешифровалось сообщение, был тайным и известным лишь отправителю и получателю сообщения, то данный способ шифрования избавлял участников общения заранее согласовывать и хранить ключ шифрования сообщения.

3. Материал по теме «Шифры перестановки»

Шифры перестановки и их примеры

Алгоритм данного вида шифрования подразумевает под собой изменение порядка следования элементов исходного открытого текста, при этом не изменяя их самих.

Попробуем зашифровать слово «ТАЙНА» с помощью простого шифра перестановки. Пронумеруем каждую букву этого слова:

Т

А

Й

Н

А

1

2

3

4

5

Условимся, что буква под номером 1 перейдет на 4 место, под номером 2 >3, 3>1, 4>5, 5>2.

Получаем:

Осуществим переход к новым местам букв (через «'» обозначается номер буквы в новом слове) 4' 3' 1' 5' 2'

Переставим новые места в букв в порядке возрастания

1'

2'

3'

4'

5'

Й

А

А

Т

Н

«ЙААТН» - зашифрованное с помощью шифра перестановки слово «ТАЙНА».

Запишем условие нашей перестановки в более удобном виде, чем простое перечисление. Пусть наше условие будет таблицей с двумя строками, где в верхней строке мы запишем порядковые номера букв слова «ТАЙНА», а во второй - номер места, на которые буква под определенным номером должна перейти в шифртексте в соответствии с условием. (Буква под номером 1 перейдет на 4 место, под номером 2 >3, 3>1, 4>5, 5>2.) Получим:

В общем виде записать шифр перестановки для открытого сообщения длины будет выглядеть таким образом:_____

где - номер места шифртекста, на которое попадает 1 буква при заданном преобразовании, - номер места шифртекста, на которая попадает 2 буква и т.д. В верхнем ряду стоят порядковые номера букв исходного сообщения, в нижнем - числа от 1 до в произвольном порядке.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены