第三单元 第三课《身份验证安全多样》 教案 教科版 信息科技 七年级下册

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第1课《身份验证安全多样》教学设计
课题 身份验证安全多样 单元 第三单元 学科 信息科技 年级 七年级下
核心素养目标 信息意识：明确校园网不同用户的身份验证要求，了解不同类型的验证码及其采用的验证方式，理解不同验证方式的优势和不足。计算思维：利用用户标识、密码和身份验证等措施做好基本防护，知道不同验证码的安全防护原理。数字化学习与创新：通过学习不同的验证方式，能设计校园网站验证方案，设计验证码的形态及验证的具体操作进行说明，提升创新能力。信息社会责任：理解验证技术风险，如短信泄露诈骗，遵守隐私规范，避免过度采集生物信息，树立技术安全责任意识。
教学重点 理解图形、行为、短信验证码的生成机制及安全性对比理解不同验证码的安全防护原理
教学难点 会利用用户标识、密码和身份验证等措施做好基本防护
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 1.聚焦学校网站作为师生进行信息发布、查询的平台，包含很多诸如师生信息成长记录等与个人息息相关的数据。有人试图使用机器冒充其他用户，进行登录来获取信息，有什么方法可以对用户身份进行验证，确保账号安全呢？为了确保学校网站安全，应采取哪种身份验证方式呢？2.探索使用验证码就可以防止使用机器冒充人来登录。我见过很多种验证码哪种更安全呢？诊断报告可以播放视频《身份认证》。 学生分组设计不同复杂度的密码，用在线工具测试安全性并讨论规律。观看视频 通过实践理解强密码的组成要素（如长度、符号混合），培养安全设置密码的习惯。了解身份认证
讲授新课 新知讲解：一、探索验证码是能够自动区分“用户是计算机还是人”的测试工具。数字验证码是出现较早、应用广泛的一种验证码，具有产生与验证简便的特点，但很容易被黑客破解。黑客可以通过数字识别等手段对数字验证码进行轻松破解。为了解决这一问题，人们将单纯的数字验证码改为了图形验证码。图形验证码用系统生成随机的字符（数字、符号或汉字），然后加入背景颜色或图案以图片形式显示出来，让用户对其内容进行识别并进行录人。系统将用户录入的内容与生成的内容进行比对，以此进行验证。但随着像识别技术的发展单纯的图形验证码也容易被破解。二、议一议除图形验证码外，你还知道哪些类型的验证码 它们各自采用哪种验证方式？三、探索随着人工智能技术的发展，机器能快速而准确地提取并识别图像中包含的文字，导致图形验证码的安全性降低。于是，出现了行为验证码、短信验证码等其他验证方式。行为验证码不再是简单的识别，而需要进行相应的思考，以增加验证难度。它不仅要对验证结果进行比对，还会对用户在完成验证过程中的行为进行记录（如拼图时拖动拼图滑块的速度、移动距离等），然后与用户以往的行为数据进行对比，来确认该操作是人还是机器完成的。四、能量加油站行为验证码：行为验证码利用用户的识别、操作、思考等行为来进行安全验证，从而辨别出进行操作的是机器还是人。常见的行为验证码有滑动拼图、文字点选、图标点选语序点选、推理拼图、空间推理等多种形式。五、探索如下图所示，行为验证码的验证过程是：系统随机给出相应任务，如拼图、旋转图像角度等，记录用户的操作过程及结果，对比操作结果是否正确同时判断操作过程是否符合用户的行为习惯，若两者均正确，则验证通过。六、做一做目前很多网站或系统都采用了行为验证码，包括按照顺序点击相应的文字、拼图、旋转图形、按照指定路径进行绘制、做出逻辑推理后进行相应操作等形式。请登录一些常用的网站，将它们采用的验证方式记录在下表中。七、探索对于安全需求较高的系统，不仅需要分辨出登录者是人还是机器，还需要分辨出登录系统的是否为用户本人，意在对用户验明正身，防止别有用心的人冒充用户本人。这时该如何进行用户身份验证呢？手机短信验证是解决此类问题的常用方式之一。系统向用户绑定的手机发出一串随机数字，用户只需将收到的数字在规定时间内正确地填入系统，就可以通过验证。这种方式不仅能够有效防止机器进行登录，还能够防止其他人进行登录。八、议一议1.与图形验证码、行为验证码相比，短信验证码的安全性与用户体验如何？安全性对比短信更安全：需要绑定手机接收动态密码，黑客难直接盗取（类似必须用本人手机取快递）。图形/行为验证码有风险：简单图形可能被AI破解，复杂行为验证（如滑动拼图）较安全。用户体验对比短信体验差：依赖手机信号，收不到会卡顿（如玩游戏时断网）；需切换APP查看验证码。图形/行为验证码更快：直接点击或滑动完成，适合信号差场景（如地铁抢票）。2.短信验证码一定可以确保账户安全吗？短信验证码无法绝对安全，主要原因如下：手机或SIM卡被他人控制：如果手机丢失或SIM卡被复制，坏人可以直接接收你的验证码（就像小偷拿到你家钥匙，能随意开门）。钓鱼骗局诱导泄露：骗子伪造银行、购物网站或客服短信，诱导你主动交出验证码（例如：“账户异常，请立即提供验证码”）。短信被黑客拦截：黑客通过病毒或技术手段窃取短信内容（类似在电话线上窃听你的对话）。运营商系统漏洞：极少数情况下，黑客通过伪造身份信息补办你的手机卡（像冒充你去营业厅“补办钥匙”）。九、探索判断验证方式的优劣，需要从安全性与用户体验两个角度来衡量。一般情况下，如果机器对这个验证码的识别率超过了1%，则认为这个验证码的安全性低，属于无效验证。如果一个正常人需要花10秒以上的时间才能完成一次验证，那么这就是一个不友好的验证码。图形验证码、行为验证码、短信验证码等不同类型的验证技术，有着各自的优势与不足。人们还发明了生物识别验证技术，目前比较常用的生物识别验证方式有指纹验证、声纹验证和人脸验证等。十、设计对于校园网站来说，你们觉得采用哪种登录验证方式，能够更好地保证学校网站的安全呢？请设计一款可用于学校网站的验证码，并说明该验证码的验证方法。可以先确定想要设计的验证码种类，如字符验证、图形验证、行为验证、语音验证、人脸验证等，然后对你要设计的验证码的形态及验证的具体操作进行说明。十一、实践产生验证码的程序中采用了随机函数，用于生成要验证的内容，其中，产生随机数字最为简单。请你编写一个程序，实现以下功能：能够随机产生一个四位数字的验证码；然后用户输入数字，程序接收到该输人；判断该输入是否正确，并给出相应的提示，如果输入错误，则重新产生一个验证码。该任务有以下几个关键环节。1.产生一个四位数字的随机验证码，可以使用随机整数函数实现。2.输入验证码，可以使用输入函数实现。3.判断输人是否正确，并给出提示，如果输入错误，重新产生一个验证码，该功能可以使用选择结构和循环结构来实现。十二、拓展目前，有很多种验证码，不同种类的验证码各有优劣。请测试以下验证码的安全性与用户体验，将结果以填色的方式补充在下表中。根据结果，针对校园网站适合采用哪种验证方式给出建议。十三、能量加油站安全性与用户体验：验证码安全性的高低，还可以用机器自动完成的难易程度来衡量。机器越难完成相应任务，验证码的安全性越高。验证码的用户体验是指人们完成相应验证时的难易程度，人们操作起来越便捷，这种验证码的用户体验越好。十四、拓展延伸图像识别技术突破OCR文字识别：通过光学字符识别技术直接提取验证码中的字符（如Tesseract OCR破解简单数字验证码）。干扰对抗技术：利用降噪算法消除验证码背景干扰线（如深度学习模型自动分离字符与噪点）。深度学习模型训练卷积神经网络（CNN）特征提取：通过海量验证码样本训练AI识别扭曲、旋转的字符（如谷歌验证码被DeepMind模型攻破）。迁移学习快速适配：复用预训练模型快速适应新验证码样式（如用车牌识别模型破解变形字母验证码）。行为模式模拟鼠标轨迹拟人化：通过概率模型模拟人类拖拽拼图的随机加速度（如AI复现“先快后慢”的滑动曲线）。验证时序分析：统计人类响应时间规律后精准延迟操作（如模仿0.3-1秒自然反应间隔提交验证）。 一、探索用免费OCR工具（如手机扫描软件）尝试识别简单图形验证码，对比人类识别准确率。二、议一议讨论问题三、探索小组合作设计一种新型行为验证方式（如“按节奏点击按钮”或“画特定形状”），并解释其防AI破解的原理。四、能量加油站学生快速登录不同网站，记录使用的验证码类型（如拼图、点击文字等）。五、探索小组讨论并设计一种“AI最难模仿”的行为验证任务，全班投票选出最佳方案。六、做一做小组根据操作体验，对调查到的验证码按安全性排序。七、探索学生模拟"密码+短信验证码"登录流程，记录操作步骤。八、议一议小组辩论"短信验证码是否比图形/行为验证码更安全"3002九、探索学生用AI识别工具测试不同类型验证码的破解成功率。十、设计学生分组设计一种适合学校网站的验证方式（如"校徽拼图+数学题"双重验证）。十一、实践学生使用Python编写随机生成4位数字验证码的程序。十二、拓展查询资料完成表格。十三、能量加油站选择一个现有验证码，提出既增加机器难度又不降低用户体验的改进方案。十四、拓展延伸了解图像识别技术突破。 一、探索直观感受AI技术进步对验证码的威胁，引出更复杂验证方式的必要性。二、议一议培养学生的思维能力三、探索培养创新思维，理解行为验证码的核心是“人类自然操作+AI难以模仿的交互”。四、能量加油站通过实际观察，了解行为验证码的常见形式和应用场景。五、探索激发创新思维，深入理解行为验证的核心是增加AI的模拟难度。六、做一做培养分析能力，理解不同验证方式的安全特性。七、探索理解双因素验证如何同时防机器和防他人冒充。八、议一议通过正反方辩论，深入理解不同验证方式的优劣势。九、探索通过实验验证"1%识别率"的安全标准，理解验证技术差异。十、设计培养综合考量安全性与校园特殊需求的能力。十一、实践掌握随机数函数和基本输入输出操作。十二、拓展培养学生的信息收集与整理能力。十三、能量加油站应用安全性与用户体验的优化原则解决实际问题。十四、拓展延伸拓展学生知识点。
课堂小结 身份认证多样性1、进行新知引入2、理解不同认证方式的特点3、正确选择身份认证的方法4、完成课堂练习5、进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 7、为什么单纯的图形验证码（如扭曲数字）在AI技术发展后安全性降低？请结合课程内容说明。8、请为校园网站设计一种验证方式，要求说明其验证方法，并解释如何平衡安全性与用户体验。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
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