資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
八年級信息技術義務教育版教學設計
課題 系統安全需升級 單元 第六單元 學科 信息技術 年級 八年級
學習目標 1.掌握攝像頭活體檢測的原理和方法，能夠運用相關算法實現簡單的活體檢測功能，如通過面部動作識別防止照片欺騙，理解深度攝像頭采集三維特征在提升安全性方面的優勢。2.理解身份認證技術在物聯系統中的重要性，學會設計并實現簡單的身份認證方案，包括選擇合適的認證方式（如用戶名和密碼）、進行數據存儲和驗證，能夠編寫代碼實現身份認證功能并進行測試。3.了解數據加密傳輸的意義和基本原理，掌握一種加密算法對物聯門鎖系統傳輸數據進行加密，確保數據在網絡傳輸過程中的安全性，防止用戶名和密碼等敏感信息泄露。
重點 1.攝像頭活體檢測功能的實現，包括算法設計（面部動作識別、深度攝像頭應用）和代碼編寫，理解其在防止欺騙方面的作用。2.身份認證方案的設計與實現，如用戶名和密碼認證方式的應用，涉及數據存儲、解析和驗證過程，確保系統能準確識別合法用戶。3.數據加密傳輸的實現，選擇合適加密算法并應用到物聯門鎖系統中，保障傳輸數據的保密性。
難點 1.設計高效、準確的活體檢測算法，尤其是應對復雜的欺騙手段（如視頻欺騙），需要綜合考慮多種因素，如面部特征識別精度、算法復雜度和實時性。2.身份認證方案中的安全性保障，如防止密碼泄露、應對暴力破解等攻擊方式，涉及密碼加密存儲、安全傳輸和驗證機制優化等問題。3.加密算法在物聯門鎖系統中的正確應用和優化，確保加密過程不影響系統性能，同時保證加密效果，這需要學生對加密算法原理有深入理解并能根據系統需求進行調整。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 1.回顧物聯門鎖系統的設計與實現過程，展示物聯門鎖系統的工作場景圖片或視頻，提問學生該系統可能存在的安全隱患，引導學生思考之前學習的物聯網安全知識如何應用到物聯門鎖系統中。2.提及攝像頭可能被照片欺騙的問題，引出本節課主題——系統安全需升級，強調提升物聯門鎖系統安全性的重要性，激發學生學習興趣，讓學生明確本節課將學習如何通過多種技術手段保障物聯門鎖系統安全。 傾聽老師講解 激發學生的學習興趣，讓從問題中進行思考，從而引出本節課的學習內容
講授新課 一、體驗攝像頭活體檢測1.活體檢測思路講解展示照片欺騙攝像頭導致安全漏洞的案例圖片或視頻，詳細解釋攻擊者如何利用照片繞過普通人臉識別系統。提出活體檢測的概念，即通過識別用戶的真實生物特征動作來確認用戶身份真實性，介紹常見的活體檢測方式，如面部動作識別（張嘴、眨眼等）、指紋動態檢測等，重點講解面部動作識別在物聯門鎖系統中的應用原理。組織學生討論面部動作識別相對于傳統人臉識別的優勢，如增加了活體檢測維度，降低被欺騙風險等，引導學生思考如何設計有效的面部動作序列以提高安全性，鼓勵學生積極發言分享想法。2.設計活體檢測算法展示活體檢測算法的流程圖或偽代碼示例，講解算法實現的基本步驟，如攝像頭圖像采集、面部特征提取、動作識別算法設計、與預設動作模板對比等。結合代碼片段詳細解釋關鍵部分的實現原理，如如何使用圖像處理庫檢測面部特征點（眼睛、嘴巴等）的位置變化來判斷張嘴、眨眼動作，如何設置動作識別的閾值（如眨眼次數、張嘴持續時間等）以平衡準確性和用戶體驗。引導學生思考如何優化算法以提高檢測準確性和實時性，如采用更先進的圖像處理算法、優化代碼結構減少計算量等，組織學生進行簡短討論并分享觀點。3.代碼實現與演示指導學生在編程環境中打開物聯門鎖系統項目，根據講解的算法思路和代碼示例，嘗試在原有人臉識別代碼基礎上添加活體檢測功能代碼，教師巡視各小組，及時幫助學生解決代碼編寫過程中遇到的語法錯誤、函數調用問題等。邀請部分學生展示其實現的活體檢測功能，現場演示使用照片和真人進行測試，觀察門鎖系統的反應，其他學生進行觀察和評價，教師針對演示過程中出現的問題進行總結和分析，如活體檢測失敗的原因（動作不標準、算法參數設置不合理等），進一步加深學生對活體檢測算法的理解和應用能力。二、探究身份認證技術1.設計身份認證方案提出問題：“如何在物聯門鎖系統中設計一種有效的身份認證方案？”組織學生分組討論，引導學生思考不同的身份認證方式及其優缺點，如用戶名和密碼、指紋識別、智能卡認證等。要求每個小組根據討論結果填寫身份認證方案設計表格，包括方案名稱、身份認證方式、設計理由等內容，鼓勵小組之間相互交流和借鑒，教師巡視各小組，參與討論并提供指導和建議，幫助學生完善方案設計。每組選派代表展示其設計方案，其他小組進行提問和評價，教師進行總結和點評，重點強調用戶名和密碼認證方式在實際應用中的普遍性和易用性，以及需要注意的安全問題（如密碼強度、防止密碼泄露等），同時對其他創新的認證方式給予肯定和鼓勵，拓寬學生的設計思路。2.模擬實現用戶身份認證功能數據存儲部分講解在物聯門鎖系統中存儲用戶名和密碼數據的方法，如使用列表、字典或數據庫等方式，展示代碼示例，說明如何將用戶信息進行初始化存儲，強調數據存儲的安全性要求，如避免明文存儲密碼，可采用加密算法對密碼進行存儲。指導學生在代碼中添加數據存儲結構，將預設的用戶名和密碼信息存儲到相應的數據結構中，教師檢查學生的代碼實現，確保數據存儲正確無誤。身份認證部分詳細講解如何利用split()函數解析接收到的包含用戶名、密碼和指令的消息，展示代碼示例，解釋如何提取用戶名和密碼信息并與存儲的數據進行對比驗證，介紹密碼驗證的常用方法（如哈希算法對比），強調密碼驗證過程中的安全性措施，如防止密碼在驗證過程中被泄露。指導學生在代碼中添加身份認證邏輯，根據解析和驗證結果決定是否執行開鎖動作，教師巡視指導，幫助學生解決代碼邏輯錯誤和調試問題，確保身份認證功能正常運行。測試部分指導學生模擬非授權用戶發送開鎖消息，觀察系統的反應，檢查舵機是否轉動，驗證身份認證功能的有效性，要求學生記錄測試結果，包括成功和失敗的情況及原因分析。組織學生分享測試過程中遇到的問題和解決方法，教師進行總結和歸納，針對常見問題進行集中講解，如消息格式錯誤導致解析失敗、密碼驗證不通過等問題的排查和解決方法，加深學生對身份認證功能實現過程的理解。三、巧用數據加密傳輸1.問題引入與原理講解以生活中多個平臺使用相同用戶名和密碼導致數據泄露風險的案例引入，強調數據在網絡傳輸過程中加密的重要性，如用戶在物聯門鎖系統中輸入的用戶名和密碼如果以明文形式傳輸，容易被黑客竊取，進而危及用戶其他平臺賬號安全。簡單介紹數據加密傳輸的基本原理，如對稱加密和非對稱加密的概念，通過簡單圖示或比喻幫助學生理解加密和解密過程，對比兩種加密方式的優缺點及其適用場景，如對稱加密速度快適用于大量數據加密，非對稱加密安全性高適用于密鑰交換和數字簽名等場景。2.選擇加密算法與實踐操作根據物聯門鎖系統的特點和需求，選擇一種適合的加密算法（如AES對稱加密算法），詳細講解該算法的基本原理、加密過程和解密過程，展示算法的數學公式或邏輯流程（以簡單易懂的方式），讓學生對加密算法有初步的理論認識。指導學生在物聯門鎖系統代碼中添加數據加密傳輸功能，包括如何生成加密密鑰、如何在發送端對用戶名和密碼數據進行加密、如何在接收端進行解密并還原原始數據，教師提供代碼框架和關鍵函數調用示例，幫助學生理解代碼實現思路，巡視指導學生編寫代碼，及時解決學生在加密算法應用過程中遇到的問題，如密鑰管理、加密函數參數設置等問題。學生完成代碼編寫后，進行測試驗證加密傳輸功能是否正常，即發送加密后的用戶名和密碼數據，觀察門鎖系統是否能正確接收和解密數據并進行身份認證，記錄測試結果，教師對測試過程中出現的問題進行分析和解決，確保學生掌握數據加密傳輸在物聯門鎖系統中的應用。 通過學習，了解體驗攝像頭活體檢測等相關知識內容 通過幾個學習活動讓學習開始掌握本節課的重點及難點
課堂練習 提出問題：“在物聯門鎖系統安全升級過程中，除了本節課學習的技術手段，還可以采用哪些創新方法來提高系統安全性？”組織學生分組討論，鼓勵學生從硬件設備改進（如使用更高級的傳感器）、多因素認證（如結合生物特征和密碼）、安全協議優化等方面進行思考和討論。每個小組推選代表發言，分享小組討論的創新方法和思路，其他小組可以進行補充和提問，教師進行總結和點評，引導學生進一步拓展思維，培養創新意識，同時將討論結果與實際物聯網安全發展趨勢相結合，讓學生了解行業前沿動態。 提出相關問題，讓學生之間進行相互討論 進一步導引學生思考在實踐過程中遇到的相關問題知識
課堂小結 1.與學生一起回顧本節課重點內容，包括攝像頭活體檢測的原理和實現方法（面部動作識別、深度攝像頭應用及算法優化）、身份認證方案設計與實現（用戶名和密碼認證方式、數據存儲與驗證）、數據加密傳輸的原理和實踐（加密算法選擇與應用），強調這些技術手段在提升物聯門鎖系統安全性方面的重要作用，以及在物聯網系統安全保障中的普遍性意義。2.提問學生在本節課中的學習收獲，如對系統安全技術的新認識、在小組合作中的體會、在實踐操作中遇到的問題及解決方法等，引導學生進行總結反思，培養學生自主學習和知識遷移能力，鼓勵學生將所學安全技術應用到其他物聯網項目或日常生活中的信息安全保護中。 引導學生總結自己本節課的學習收獲 對本節課的學習進行總結
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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