Šifrování zpráv (M)
IN-u-4/AE94
M (EQF úroveň 4)
L0 (EQF úroveň 4)
IN - Informatické vzdělávání
Sestavení počítadla – algoritmizace (M)
VOŠ, SPŠ automobilní a technická, Skuherského, České Budějovice
Matematické kompetence, Digitální kompetence
03. 10. 2019 21:13
16
2. ročník, 3. ročník
individuální, skupinové
10
Žáci se během projektu seznámí se šifrovacími a dešifrovacími metodami dnes i v historii, představí je ostatním ve skupině, vytvoří vývojový diagram pro (de)šifrování zpráv, ten společně odladí a následně ho naprogramují, tedy vytvoří fungující (de)šifrovací aplikaci.
Seznámení s šifrovacími metodami bude probíhat individuálně, resp. ve dvojicích. Žáci si osvojí vyhledávání relevantních zdrojů informací a jejich vhodné převedení pro účely prezentace ostatním. Odladění vývojového diagramu proběhne formou experimentálního ověření; vybrané slovo nebo krátká věta se zašifruje, potom dešifruje a porovnají se hodnoty vstupu a výstupu. Hlavním výstupem je ovšem fungující program, který šifruje a dešifruje slova a krátké věty.
Žák:
Vazba na RVP
Informatické vzdělávání:
Matematické vzdělávání:
Průřezové téma Člověk a digitální svět
Žáci jsou vedeni zejména k tomu, aby:
Poznámka k časovému rozvrhu: Délka úlohy je stanovena na 12 hodin pro informatické problémy; poslední úkol, který trvá 2–4 vyučovací hodiny, spadá do hodinové dotace pro matematiku. Měl by také být veden učitelem matematiky.
1. Žáci individuálně hledají informace o šifrovacích metodách, následně si jednu vyberou:
Upřesnění: kvůli počítačovému zpracování by mělo jít o šifrování textu do textu, případně čísel (bylo by sice možné využít abecedy, v níž se písmena kódují např. pomocí tvaru ruky, ale jen v případě, že by se nepoužil počítač – také by se muselo změnit zadání přiložené k této úloze).
2. Pro vybranou šifrovací metodu vytvoří žáci ve dvojicích prezentaci: vyhledávají a vybírají relevantní informace, správně citují zdroje; vhodně volí schéma prezentace, využívají obrázky, správně časují případné efekty apod. Ideálně prezentace obsahuje nejen princip samotné šifrovací metody, ale také zajímavosti z historie jejího použití.
3. Žáci ve dvojících představí šifrovací metodu ostatním žákům.
4. Na základě této motivace každý žák vybere nebo vymyslí jednu šifrovací metodu, nemusí si vybrat tu, kterou zpracovával pro prezentaci.
(První čtyři body dohromady 3 vyučovací hodiny.)
5. Dalším výstupem je vývojový diagram vybrané šifrovací metody. Detaily metody lze vyhledávat z dostupných zdrojů nebo je samostatně domýšlet. Vybranou metodu žák rozebere na menší části a zapíše ji vývojovým diagramem.
(1 vyučovací hodina)
6. Odladění diagramu: žák dostane k dispozici vývojový diagram jiného žáka a pokusí se zašifrovat a následně dešifrovat slovo nebo krátkou větu. Porovná vstupy a výstupy, a pokud se neshodují, najde v diagramu chybu a opraví ji. Zkontroluje diagram i v případě, že se výstupy shodují.
(1 vyučovací hodina)
7. Hlavním výstupem je program, který bude zprávy šifrovat i dešifrovat. Při tvorbě se vychází z vývojového diagramu. Žák implementuje algoritmus ve vybraném programovacím prostředí. Součástí programu je i vhodné uživatelské prostředí. Program bude umět zprávy šifrovat i dešifrovat.
Programovací prostředí určuje učitel, může se pro jednotlivé žáky lišit podle jejich schopností nebo preferencí.
Po vytvoření programu žák popíše algoritmus jiného žáka.
(7 vyučovacích hodin)
8. Při hodinách matematiky se žáci budou zabývat problémy, které souvisí se šifrováním: zejména počty možností s různými požadavky na složitost hesla. Blíže viz zadání přiložené k této úloze.
(2–4 vyučovací hodiny; dle zvážení učitele matematiky)
Výběr programovacího jazyka závisí na pokročilosti žáka, slabší žáci mohou využít i tabulkový procesor a jeho vestavěné funkce, ale spíše se doporučuje vizuální programovací jazyk: větší koncentrace na algoritmus, okamžité výstupy, bez striktní syntaxe. Žáci s více zkušenostmi mohou programovat v textovém programovacím jazyce.
I při ladění vývojového diagramu je vhodné myslet na úroveň žáků. Slabší žáci by měli kontrolovat a ladit jednodušší diagramy a naopak.
Je vhodné časově sladit probírání látky v matematice, aby se v době realizace projektu mohli žáci v hodinách matematiky seznamovat s kombinatorikou a zjišťovat počty možností tvorby hesel při různých specifikacích.
Je třeba být připravený na to, že pro žáky je tvorba algoritmu nebo diagramu náročná. Vytvořit fungující program pak zvládne třeba jen několik málo z nich. Cílem však není naučit žáky programovat, ale naučit je přemýšlet abstraktně a přesně, jednoznačně a systematicky.
Individuální výuka
Teoretická výuka v učebnách ICT
Počítač
Software pro tvorbu prezentace
Software pro tvorbu vývojového diagramu (nejlépe volně dostupný program PS diagram, příp. jiný software, v kterém se dají vytvářet diagramy)
Software na programování (např.: Python, lze využít on-line dostupné prostředí Scratch nebo jeho desktopová verze Snap!, lze také využít tabulkový procesor)
Prezentace na téma související s šifrováním. (Hodnotí se nejen samotný dokument se zpracovanou prezentací, ale i přednes před spolužáky. Přednes může být kvůli časové náročnosti zkrácen.)
Vývojový diagram
Program šifrující a dešifrující zprávy
Informatické vzdělávání
prezentace (10 b)
diagram (14 b)
program (16 b)
V součtu za informatické vzdělávání: 40 b
Matematické vzdělávání
správné řešení: 3 b
správný postup: 2 b
x4 úlohy = v součtu za Matematické vzdělávání: 20 b
Celkem za celou úlohu: 60 b
Orientační hodnocení:
Hodnocení je možné rozdělit na část informatiky a matematiky a známkovat části odděleně v tomtéž nebo podobném poměru jako u celkového hodnocení.
Informatické myšlení. Informatické myšlení [online]. Dostupné z: https://imysleni.cz/
Vzdělávací materiály. Informatické myšlení [online]. Dostupné z: https://imysleni.cz/ucebnice
Základy informatiky pro střední školy. Informatické myšlení [online]. Dostupné z: https://imysleni.cz/ucebnice/zaklady-informatiky-pro-stredni-skoly
Základy programování v jazyce Python pro střední školy. Informatické myšlení [online]. Dostupné z: https://imysleni.cz/ucebnice/zaklady-programovani-v-jazyce-python-pro-stredni-skoly
Poznámka k časovému rozvrhu: Délka úlohy je stanovena na 12 hodin pro informatické problémy; poslední úkol, který trvá 2–4 vyučovací hodiny, spadá do hodinové dotace pro matematiku. Měl by také být veden učitelem matematiky.
VV - Všeobecné vzdělávání
Materiál vznikl v rámci projektu Modernizace odborného vzdělávání (MOV), který byl spolufinancován z Evropských strukturálních a investičních fondů a jehož realizaci zajišťoval Národní pedagogický institut České republiky. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Vít Waldhauser. Creative Commons CC BY SA 4.0 – Uveďte původ – Zachovejte licenci 4.0 Mezinárodní.