一种新的图像加密算法研究

第一篇：一种新的图像加密算法研究

一种新的图像加密算法研究

吴新华(南通纺织职业技术学院现教中心 江苏南通226007)

联系作者e-mail: firstflycat@163.com 摘 要: 利用混沌序列的特性，本文提出了一种新的混沌彩色图像加密算法。首先对Logistic和Cubic-Henon复合混沌映射进行处理，生成混沌序列，再结合像素值替代和图像位置置乱方法对彩色图像进行加密，然后进行实验仿真和性能分析，结果表明该算法具有一定的有效性和良好的加密性能。关键词: 混沌序列；彩色图像加密；密钥

中图法分类号: TP309.7 TP391

文献标识码: A

Study on a New Image Encryption Algorithm

WU Xin-Hua(Modern Education Technology Center, Nantong Textile Vocational Technology College, Nantong

Jiangsu, 226007, China)Abstract: A new color image encryption algorithm is presented with the properties of chaotic sequences.At first, the chaotic sequences are generated by dealing with Logistic and Cubic-Henon compound chaotic system.Then the color image is encrypted by combining the methods of pixel value substituting and position shuffling.The results of experiment simulation and performance analysis show that the algorithm is valid and has good performance.Key words: chaotic sequence;color image encryption;key

1引言

随着当今互联网和多媒体技术的飞速发展，多媒体通信逐渐成为人们彼此之间信息交流的重要手段。而数字图像作为多媒体信息中最重要的一种信息表达形式，现已成为人类进行信息交流的重要手段之一，其安全性问题也同时被提上了日程。图像加密是图像安全保护的核心技术，由于数字图像具有数据量大、数据相关度高等特点，用传统的加密方式存在诸多问题，近年来兴起的混沌加密方式为图像加密提供了一个新的有效途径，现已成为图像信息安全的研究热点。

混沌信号具有隐蔽性、不可预测性和易于产生、复制等特点，非常适合于图像加密。混沌系统用

[1]于数据加密最早由英国数学家Matthews提出，此后人们提出了多种基于混沌的图像加密算法，主

[2-4]要有基于Arnold变换、幻方、Hilbert曲线等的混沌图像位置置乱，以及基于混沌系统的各种像[5,6]素值替代方法。虽然这些方法能较好地隐藏图像，达到保密目的，但都是对彩色图像RGB三基色分别进行的加密处理，对混沌系统的维数要求较高；而且现有算法很少有扩散化像素值替代和图像位置置乱相结合的方法，因此其安全性和效率还有待进一步改进。本文采用Logistic和Cubic-Henon复合混沌映射，提出了一种新型的混沌彩色图像加密算法，进行实验仿真和性能分析，结果表明该算法具有较好的性能。2图像加密算法设计 2.1算法思想

国家自然科学基金项目(60474076)，江苏省“六大人才高峰”第三批高层次人才项目(06-E-029)，江苏省自然科学基金项目(BK2007061)一幅24位真彩色图像由R、G、B三基色组成，可以表示为MN3三维数组的形式，三基色的像素值[0,255]，且相邻像素的三基色值在空间域上具有很强的相关性。本文将一幅彩色图像处理成M3N灰度图像，然后利用Logistic和Cubic-Henon复合混沌映射产生混沌序列，对图像进行像素值替换和以88块为单位的空域置乱，扰乱相邻像素的相关性，再进行重组，从而使得原图像变成一幅杂乱无章的彩色图像，达到良好的加密效果。

国家自然科学基金项目(60474076)，江苏省“六大人才高峰”第三批高层次人才项目(06-E-029)，江苏省自然科学基金项目(BK2007061)2.2混沌映射

系统采用的Logistic混沌映射形式如下：

xn1xn(1xn)(1)

混沌动力系统的研究工作指出：当3.56994564，xn(0,1)时，Logistic映射工作于混沌状态；而且Logistic映射对参数具有极度敏感性。

系统采用的Cubic-Henon复合混沌映射进行图像位置置乱，其方程如下：

x[k1]3x[k]4x3[k] 2y[k1]10.3z[k]1.4y[k]z[k1]y[k]其中：x[k]是Cubic混沌映射的状态；y[k]、z[k]是Henon混沌映射的状态。2.3加/解密算法

从算法的计算速度、置乱程度、抗攻击能力等因素综合考虑，本文提出了一种新型的混沌图像加密算法，系统框图见图1所示，具体加密过程描述如下：

第一步：输入待加密彩色图像，分离彩色图像的RGB三基色分量（RMN，GMN，BMN），再将彩色图像的RGB三基色分量进行拼装[RMN,GMN,BMN]。

第二步：取13.95,23.97,34，输入初值xx0（令初值为加密密钥），由（1）式分别生成三个混沌序列，将序列中每个元素都扩大至小数点后三位，相加得到M3N二维混沌数组HW[][]；再与[RMN,GMN,BMN]对应元素相加并求余，得到灰度值替代后加密图像RGB_HM3N。

第三步：给定初值x0,y0,z0（同样令初值为加密密钥），由（2）式生成实值混沌序列x,y，再将其分别按由小到大的顺序排列，生成置乱索引二维数组PXM3N,PYM3N，然后以PXM3N为行地址置换矩阵，对加密图像RGB_HM3N进行行地址变换，以PYM3N为列地址置换矩阵，进行列地址变换。

第四步：合成R、G、B三基色，输出密文彩色图像。

加密密钥Logistic混沌序列R 色提G 色取B 色RGB拼装Cubic-Henon混沌序列原始图像RGB像素值替换位置置乱拆分合成密文图像 图1 彩色图像加密算法框图

解密算法是加密算法的逆运算，恢复出原始彩色图像。2.4实验仿真

为了验证上述算法的有效性，本文对一幅尺寸大小为5125123的lena图像进行加密，其仿真

ˆ00.1，x0x结果如图2所示。仿真时取加密密钥与解密密钥相同，分别为xx0xxˆ00.655，ˆ00.2，z0zˆ01.2。y0y

(a)原始图像(b)加密图像(c)解密图像

图2 混沌图像加解密仿真图

由上图可知：原始图像经加密后，图像变得杂乱无章、不可识别，而加密图像经正确的密钥解密后又能恢复出原始图像，从而具有一定的有效性和保密性。现有的混沌图像加密算法，也能较好地隐藏图像，但其加密效果和加密效率不甚理想，如最常用的Logistic混沌映射用于灰度值替代、Lorenz混沌系统用于位置置乱方法，其抵抗统计攻击的性能尤需提高（具体见3.2直方图分析）。3 性能分析

3.1密钥空间和密钥敏感性

在本文提出的加密算法中，Logistic以及Cubic-Henon复合混沌映射的初值作为密钥，即（xx0,x0,y0,z0），其精度达到1016，密钥空间可达1064，可有效地抵抗恶意穷举攻击。

下面首先从密钥失配时的解密图像来定性分析密钥敏感性。加/解密密钥分别取ˆ00.65500001，y00.2,yˆ00.20000001，z01.2,zˆ00.10000001，原ˆ01.20000001，xx00.1,xxx00.655,x始图像为图2(a)，解密图像如下图所示。可见，尽管加、解密密钥只有微小的偏差，但解密后的图像已看不出任何原始图像的痕迹。

(a)x0密钥(b)y0密钥(c)z0密钥(d)xx0密钥

图3 密钥发生微小变化后的解密效果图

再由图像恢复性能指标MSE和PSNR来定量描述密钥敏感性。当解密密钥x0,y0,z0或xx0分别以102的数量级失配时，得到不同的解密图像，测量其与原图像的MSE和PSNR，可得下表1。

其中： 均方误差 MSE1(I(i,j)I(i,j))MNi1j1MN2(4)

2峰值信噪比 PSNR10lg(fmax)MSE(5)

表1 对初值x0、y0、z0和xx0微小变化的敏感性测试

x0 变化 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 PSNR R

G

B 11.655 3 12.332 1 13.409 2 11.645 8 12.331 2 13.409 2 11.642 4 12.330 1 13.409 2 11.640 1 12.323 8 13.409 2 11.635 9 12.332 1 13.409 2 y0 变化 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2

PSNR

R

G

B 11.691 3 12.398 9 13.466 8 11.680 2 12.402 4 13.414 9 11.679 3 12.392 5 13.412 6 11.673 5 12.377 3 13.410 5 11.669 3 12.370 9 13.408 5

z0 变化 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2

PSNR

R

G

B 11.696 4 12.403 8 13.452 3 11.692 5 12.400 1 13.455 5 11.683 4 12.381 8 13.454 9 11.678 7 12.380 0 13.446 7 11.676 8 12.378 2 13.445 6

xx0 变化 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2

PSNR

R

G

B 11.630 9 12.325 7 13.390 0 11.630 5 12.323 9 13.385 3 11.621 2 12.320 6 13.383 9 11.619 3 12.318 8 13.380 9 11.610 5 12.311 8 13.373 4 可见，密钥的微小变化，可以导致解密图像完全偏离原始图像（通常当PSNR值在28dB以上时，图像恢复的质量较好），这意味着该算法对密钥具有极大地敏感性。3.2直方图

从一幅24位真彩色图像及其加密图像（图2）中，分别提取出R、G和B分量，然后计算各自的直方图（图4）。从图4可以看出，此算法进行的加密图像R、G和B分量的直方图很均匀，完全不同于原始图像的R、G和B分量的直方图，可有效地抵抗统计攻击；而对于同一原始彩色图像，常用的灰度值替代方法（Logistic混沌映射）进行的加密图像直方图仍带有原始图像直方图的痕迹，位置置乱方法（Lorenz混沌系统）进行的加密图像直方图与原始图像直方图完全一致（图5）。

图4 原始图像和密文图像RGB分量的直方图

图5 常用加密算法密文图像RGB分量的直方图

3.3相关性分析

通过下式计算相邻像素的水平、垂直和对角线方向的相关性：

cov(x,y)E((xE(x))(yE(y)))cov(x,y)RxyD(x)D(y)(6)(7)

其中，x,y是图像中两相邻像素的像素值，E(x)是x的数学期望，D(x)是x的方差，cov(x,y)是x,y的协方差。原始图像中相邻像素的相关性是很大的，为了破坏统计攻击，必须是相邻两个像素的相关性降低，相关系数越小说明加密性能越好。现从原始图像和密文图像中任取一行、一列以及对角线上的像素点进行相邻像素相关系数计算，可得下表2。

表2 相邻像素相关系数

像素关系 水平相邻 垂直相邻 对角线相邻

原始图象

R

G

B 0.979 8 0.920 0 0.863 2 0.985 5 0.983 1 0.968 6 0.963 5 0.942 1 0.882 4

密文图像

R

G

B 0.042 3-0.030 8 0.027 5 0.030 3 0.016 4

0.006 2-0.038 6 0.025 2-0.015 9 由实验结果可知，此算法的加密信号具有较好的扩散和混淆能力，加密效果好，因此该算法对统计分析具有更好的安全性。3.4抗攻击性测试

密文图像在传输过程中经常会受到噪声污染以及几何失真等影响，图6所示为其解密效果。图6a所示为以peppers为例的密文图像受到10%强度的椒盐噪声污染后的解密图像，其与原图像的相似度为90.01%；图6b所示为以pelican为例的密文图像经约10%不规则裁剪后的解密图像，其与原图像的相似度为90.08%，可见此算法具有较好的抗噪声、抗裁剪攻击能力。

(a)椒盐噪声(b)不规则裁剪

图6被攻击后的解密图像

4小结

混沌图像加密技术是计算机图像安全领域的一个研究方向。本文提出了一种新的基于混沌序列的彩色图像加密方法，利用混沌信号的优良特性，结合像素值替代和图像位置置乱方法，在空间域内对图像进行加密。该加密算法具有密钥空间大、不易破解等特点，在抗破损、相关性统计攻击等方面也具有较好的性能，实验结果验证了该算法的有效性。

参考文献：

[1] Matthews R．On the Derivation of a Chaotic Encryption Algorithm[J]．Cryptologia，1989，1：29-42 [2] Chen Guan-rong, Mao Yao-bao, Chui Charles K．A symmetric image encryption scheme based on 3D chaotic cat maps[J]．Chaos Solitons & Fractals, 2004, 21(3): 749-761 [3] 王英，郑德玲，王振龙.空域彩色图像混沌加密算法[J].计算机辅助设计与图形学学报.2006, 18(16): 877-880 [4] 陈巧琳, 廖晓峰, 陈勇等.改进的基于混沌序列的幻方变换图像加密[J].计算机工程与应用, 2005, 22: 138-232 [5] Fu Chong, Zhang Zhen-chuan, Cao ying-yu.An improved image encryption algorithm based on chaotic maps[C].Third international conference on natural computation(ICNC), 2007, 24-27 Aug, 3:189-193 [6] 张燕, 黄贤武, 刘家胜.一种基于改进的混沌猫映射的图像加密算法[J].计算机工程, 2007, 33(10): 166-168

作者简介：吴新华(1980-)，男，江苏南通人，硕士，南通纺织职业技术学院教师，研究方向为图像加密，网络安全。

第二篇：调整参数图像新教案

调整参数图像新

八年级信息技术

【教学目标】

知识目标：

1、学会“图像色彩调整”的使用方法；

2、了解“图像色彩调整” 选项的设置技巧 3．利用“图像色彩调整”合成图像。

技能目标：

1、培养学生欣赏美、鉴赏美和创造美的意识。

2、培养学生自主学习能力和创新能力。

情感目标：

1、培养学生欣赏美、鉴赏美和创造美的意识。

2、培养学生合作学习的习惯和创新意识。

【教学重难点】：

利用滤镜工具的高斯模糊修改图像的背景，利用滤镜工具的套索工具使物体更加突出。【教学课时】：

三课时

第一课时 【教学过程】：

一、导入：

由于拍摄条件或拍摄技巧等原因，照片亮度、对比度、色彩效果不太好。

亮度太高

对比度太高

色彩失真

我们可以用Photshop调整照片的亮度、对比度和色彩，达到满意的效果。怎样来调整那，下面我们来看一看。

（一）在网站提供的素材中找到“鹦鹉.ＪＰＧ”并拷贝到硬盘上

（二）自动调整色彩与对比度

（１）启动ＰｈｏｔｓｈｏｐＣＳ，单击菜单文件——打开，打开鹦鹉.ＪＰＧ照片。

（２）单击菜单图像——调整——自动对比度，自动调整照片的对比度。

自动调整对比度后的效果

（３）单击菜单图像——调整——自动颜色，自动调整照片的颜色。

自动调整对比度和颜色之后的图像效果

如果对Photoshop自动调整的照片效果不满意，还可以根据需要手动调整。但对图片已进行过的自动调整，会对手动调整产生影响。可以使用浮动面板的历史记录面板，返回到文件打开时的状态，重新进行手动调整。

二、自己动手调色彩

•（１）在历史纪录面板中单击打开，图像恢复到刚打开时 的初始效果。

•（２）单击菜单图像——调整——亮度（对比度）•（３）分别拖动亮度、对比度滑块调整，满意时单击好。•（４）单击菜单图像——调整——色相（饱和度）。•（５）分别拖动色相、饱和度、明度滑块调整，满意时单 击好

照片调整好了，感到非常满意了，这时候我们可以把它保存下来了，怎样保存哪？

三、保存调整好的照片

单击保存，在弹出的对话框中选择合适的保存位置，命名 为鹦鹉，格式为ＰＳＤ，单击保存。【课堂小结】

本课主要讲了照片的明亮度、对比度、饱和度等调整的方法和步骤，希望学生能够学以之用。来提高自己的操作水平。【课后练习】

在网站提供的素材中找到教学楼。ＪＰＧ和长度。ＪＰＧ拷

贝硬盘上，并在Ｐｈｏｔｓｈｏｐ中打开，进行调整。【教学反思】

优点：学生能够按照所学灵活运用。

不足：

1、学生学习时积极性不够

2、学生分配不均衡，又个小组基础差

由散漫。

3、由于平时上网时间不够，学生想在网上冲浪。自

第三篇：微课程研究是一种校本研修的新方式

微课程研究是一种校本研修的新方式，是促进教师专业成长的新路径。

一、校本微课程研究的策略

校本微课程研究有三个要素：“为了教学”，“在教学中”，“通过教学”。

“为了教学”是指微课程研究的主要目的不在于验证某种理论，而在于解决实际问题，提高教学效率，实现教学的内在价值。

“在教学中”是指微课程研究的主要是教学问题，是自己教室里发生的问题，而不是某种教学理论的假设。

“通过教学”是指教师本人在日常教学中亲自解决问题，而不是让教师把日常教学工作放在一边，而去专门研究。

教师通过小问题、小课题、小策略，反思自己的教育教学，不断更新观念、改进教学行为，促进自己的专业化成长。

为了改进自己的工作，打算追踪解决某个小问题时，教师首先要确定一个小课题，再将课题付之于行动研究，提出小策略，看是否能真正解决问题。微课程研究要求教师在“课题——设计——行动——反思”的过程中开展研究。

问题：关键问题课题化

微课程研究强调解决教师自己的、真实的问题。不过，并非任何教学问题都构成研究课题，只有当教师持续地关注某个有意义的教育教学问题时，当教师比较细心地设计解决问题的思路之后，日常的教学问题才可能转化为研究课题，教师的问题意识才能上升为课题意识。强调对问题的追踪和设计意味着所研究的课题来自教师自己的教学实践，是自下而上的，是教师自己的问题，是教室里发生的“真实的问题”，而非“假想的问题”。

设计：用高效课堂理论助推

其实，教师一直在与研究打交道，比如备课、写教案等。微课程研究意义上的设计虽不完全等同于一节课或一个单元的教学行动，但它实际上离不开教师日常的、具体的、以一节课或一个单元教学为单位的教学设计。微课程的设计意味着教师发现某个值得追踪的教育教学问题之后，在接下来一系列的课堂教学行动中，寻找和确定解决该问题的基本思路与方法。

微课程研究不仅是教师个人的教学探索，更是具有合作意义的集体研究。当教师以学生立场、生命立场来设计解决这些小问题的基本思路与方法时，这就是“教学即研究”的理念。

高效课堂是相对于原来的那种“少、慢、差、费”的无效教育而言的，其核心是以学生为本。高效课堂的特点有三个：一是学生直接面对教材，将教材还原为“生活”，关键是主动学习；二是将教材还原为课程资源，还原为学生的生活实践，关键是培养学生的创新意识和实践能力；三是学生的学习不再局限于课本知识，而是在学习知识和解决生活实际问题的过程中体验生活的情趣，在艺术欣赏和创作中形成高尚的生活态度、生活情趣，关注学生的情感、态度、价值观。日常的教学小问题只有经过设计才转化为研究课题，而设计就要选择高效课堂的模式。

微课程研究在寻找解决问题的基本思路与方法，更强调高效课堂理念的支持。教师选择何种理念将决定教师选择何种解决问题的思路与方法。

微课程研究不只是一般意义上的问题解决，它需要教师不断地与周围的同伴对话、与校外的专家对话，也需要必要的理论充电。

行动：既要执行，更要再创造

教学行动是指将设计好的教学方案付诸实践。如果设计的方案是一个教学过程，那么接下来的行动，既包括教师的展示，也包括相关合作者的展示。就教师的展示而言，行动不仅意味着观察事先所设计的方案能否解决问题，而且意味着创造性地执行事先设计的方案。教师一旦进入真实的课堂，面对具体的学生，就不得不根据学生的实际学习状况和教学过程中的突发状况，灵活调整方案。

就合作者而言，展示行动不仅包括观察事先所设计的方案是否有效，而且也包括倾听和观察所设计方案的执行是否合理。

微课程研究不仅要设计方案，而且更要注重再创新。它不仅努力改变教师的教学观念，而且希望通过行动来引起教学实践的改进，并在改进教学实践的过程中进一步观察原先设计的方案是否有效，问题在多大程度上得到了解决。这个行动的过程，实际上就是一个由学生、创意者、合作者共同再创造的过程。

反思：用“我口”说“我心”

在微课程研究的过程中，反思是贯穿始终的。

微课程研究是一种基于教师个体自主思考的合作研究，合作研究的前提是教师个体的自主独立的思考。微课程研究既需要教师与同伴之间、教师与校外专家之间的合作，也需要教师个人的独立思考并“发表”自己的意见。这种“发表”既包括在各种报刊上的公开发表，也包括了教师与同伴之间或教师与专家之间面对面的对话。

教师的“发表”是重要的，所有的合作研究都以教师个人将自己的意见发表出来为前提。教师要善于用个性化语言或实践性语言，说出自己的心得体会，讲述自己的教学故事，说出自己内心真实的喜悦或困惑，这就是用“我口”说“我心”。

“发表”自己的教学故事对教师个人而言是反思，对合作者而言是共鸣与分享。创新的火花往往是在交流中产生的。

如何将微课程研究落到实处

要将微课程研究落到实处，必须要做好以下工作。

1．建立机制，形成校本微课程研究的氛围

要形成校本微课程研究的浓郁氛围，必须解决好以下问题：改变教师的角色意识，树立教师即研究者、教室即研究室、教研组即研究组的观念，教育科研并不是少数教育专家的专利，每一个教师都有义不容辞的责任；探讨校本教研的具体开展方式，开辟多样化的研究途径；逐步建立校本微课程研究的保障机制，从制度、时间、条件、指导督促、交流合作等方面为校本微课程研究创造宽松的环境。

要形成校本微课程研究的浓郁氛围，必须要坚持这样的策略：第一，加强学习，提高认识。从理论上弄清微课程研究的定位、实施的前提、问题的确定、方案的制订、方法的综合运用等具体问题，认识到校本微课程研究是实现高效课堂的有效途径。第二，体验培训，建立队伍。每一学科都要开展有关微课程研究的培训和研讨活动，逐步发现和培养一批骨干教师，建立微课程研究的基本力量。第三，典型示范，整体推动。选择基础好、教研气氛浓、教师素质好的学科作为工作重点，学校领导深入教学第一线，和学科教师共同探讨本学科微课程研究具体开展的方式、途径，建立本学科微课程研究的工作机制。在学科试点基础上，总结经验、交流体会、表彰先进、推动工作。

校本微课程研究，校长是第一责任人，要主动承担微课程研究的组织、领导之责；教研组、年级组、备课组是基本研究单位；全体教师都是参与者、行动者、研究者。学校要制定翔实的活动计划，每一项计划都要做到人员、内容、组织保障、检查督促四落实；要通过完善制度保障，促使微课程研究活动由被动变为主动，由自发走向自觉，由无序走向有序。

2．同伴互助，共同提高，在互学互动中共同成长

微课程研究要求教师开展师徒结对，师徒各展其长，互帮互学，优势互补。只有定期就教育教学中的疑难问题开展集体会诊活动，找出解决办法，才有可能形成高质量的微课程。对于典型的小课题，可采用个人构思→集中交流→写出个案→交流讨论→达成共识→形成方案的方式，由专业人员制作成PPT，再转换成微课程，在教学中实践，针对存在的问题和不足进行再次修改，反复磨合，直至满意为止。

以问题为中心开展课题研究、集体攻关。最有价值的小课题，是实践中产生的问题，课题研究的生命力在于解决实践中的问题。例如，新课程提倡探究式教学，在实验之初，教师往往遇到两难的局面：一方面，教师若指导过度，学生就无法实现真正意义上的自主学习和自主探究；另一方面，若教师指导不到位，学生的探究活动又会杂乱无章、盲目无序，从而无法完成学习任务。如何处理教师指导与开放式教学的关系呢？备课组以此作为课题展开行动研究，反复尝试，摸索了以下行之有效的方法：第一，在教学方法上“循环探究，逐步深入”,先将新课内容划分为几个大问题，从而让学生的思维和探究教学形成一个先散后聚、不断聚散的交替循环过程；第二，将探究教学的相关内容延伸至课外，对学生而言，可以先预习课文、查找资料、自制教具等；对教师而言，需要课前认真备课，预见教学中可能出现的情况，课中随机应变，课后注意反思和总结。这些不仅有利于学生探究学习任务的扎实完成，也有利于教师在新课程实践中不断完善教学。

组织个案研究，提高教师实践能力。在实验过程中，有意识地把一些典型的有代表性的课堂实况用摄像机拍摄下来，然后拿到备课组或教研组播放，解剖“麻雀”，先由上课教师介绍设计思路，然后，针对上课教师的理论设计和实际上课过程中的学生反应进行比较，一方面发现其闪光之处，作为今后教学的范例；另一方面找出其中不足，引以为戒。还可以把有代表性的课例或教学设计做成微课程放到网站上展示，供大家自由讨论。

3．自我反思，自我成长

反思应贯穿于微课程研究的整个过程之中：既有设计过程中的行动前反思，又有实践过程中的行动中反思，还要有实践后的行动后反思。反思的主要内容为：设计是否切合实际、行之有效，策略是否符合新的教学理念，方法是否解决现实问题，效果是否达到预期目标，等等。

反思的最简单形式是写微课程后记。在后记的基础上，我们鼓励教师对自己的微课程反思进行理论总结，同时，我们也鼓励教师用微课程记录自己教学故事，以此来反思自己的教学行为。

第四篇：研究和改革任何一种事物

浅谈小学作文教学的研究和改革

徐旭

内容提要：对于三年级的学生来说，应如何表达自己的思想。

关键词：实践性 想象 创造性 方法 技巧

摘要：研究和改革任何一种事物，必须从其最本质的特征入手，小学作文教学的探索也不例外，应该充分认识和把握住最本质的特征。小学生作文兴趣低，作文水平差已是不争的事实。这与学生作文心理有很大关系。学生在写作文时缺乏应有的心理自由，体会不到作文的价值与用处，欠缺基本的成就感，缺乏及时的反馈等。

一、小学生应如何表达，怎样获取资源？

小学生的写作与别的文章一样，说到底无非是表达什么和怎么表达的问题，但他们的写作有其特殊性，就“写什么”这一点来看，由于小学生年幼识短，社会接触少，缺乏一定的辨别是非的经验和能力，不可能像中学生那样在写作内容中具有深刻的广博性，而只能写自己经历过的事情或所见所闻。就其表达方式来看（怎么写），也颇显单一。至于各种写作技巧和修辞手法则都是后话。因此，写作内容的实践性（亲身经历、感受、耳闻目睹）和表达方式的单一朴实性是小学生写作表现的特点。

然而，倘若写作均需事事亲身实践，但事实上事事亲为也不可能，况且有时候也没这个必要。所以，在小学作文教学中，如何丰富学生的生活，开阔视野，尽量让学生挖掘写作素材，并将这些素材转化为 “自己的东西”，有自己的真情实感，而使其激发到“欲吐为快”的程度；鼓励学生写想象中的事物，激发他们展开想象和幻想，发挥自己的创造性。新大纲也明确指出：“要引导学生写熟悉的人、事、景、物，做到说真话，表达真情实感，不说假话空话，激发学生展开想象和幻想，写想象的中事物。”笔者认为，这才是提高小学生写作能力的重点，也是教师指导学生作文的基点。

二、教师指导的重要性

写作方法、技巧的传授和指导，无疑是十分重要的，这是教师课堂教学的基本任务之一，曾记得冰心老人有一句话，说小学生写作困难，“不是没话可写，而是不知道怎么写。”这话固然有理，但如果连写什么都还没有解决好，怎么表达应该是后话，不能急于一时。所以，我们不能把写作方法和技巧的传授就当作是“作文教学”。在实际工作中，由于课堂和时间等因素的制约，教师总是不能把“开发”和“加工”以最佳的方式结合起来，特别是不能将作文指导的重点放到学生“所知、所想、所欲”的素材原料的开发上，结果不能使学生真正将万千事物丰富多彩的内容转化为自己所需的东西，致使作文教学走上了本末倒置的死胡洞。

三、原材料的开发

如何把作文教学的重点放在“原材料”的开发上？如何做到既开发又加工？如何找到“开发”和“加工”的最佳方式？笔者认为：四结合作文教学能较好地处理好这些关系，即：积累、评议、写话、导改的四位一体。积累——是指语言材料的积蓄。目的是将学生的习作直接和书本知识、社会生活挂起钩来，为习作做好铺垫。实践证明：学生读写能力的提高，取决于学生大量的感性的语言结累和反复的实践活动。新大纲中对学生的阅读量也作了明确的规定，强调结累。因此笔者在教学实践中，除了在课堂上通过各种方法、多种途径（例：感悟语言文字的特色，领会语言表达的规律，熟读、背诵优美语段等。）注重语言结累以外，还积极鼓励学生广读课外书，将自己认为必要的东西经过分类，抄摘在本子上或卡片上，我们称这本子和卡叫“采花本”或“采花卡”，第一方面是词语的积累。成语、谚语、歇后语、日常用语、描写性词语等都是摘抄的对象，日常用语还可分为：文具名称、蔬菜名称、家具名称„„；描写性词语可分为两类：一是动态性的；如表示“看”的词，“走”的词，“说”的词，“笑”的词„„。二是形容性的；如表示“快”的词，“慢”的词，“好”的词，“热”的词„„。第二方面是好句的积累；重点摘录的是含义深刻的句子和写得好的描写句。分类可以是粗线条的，也可以是细线条的。粗的可分四大类：人物描写句；景物描写句；哲理句；名人名言。细的各类还可分出各小类，如：景物描写句可以根据季节划分成春天描写句、夏天描写句„„。第三方面是片断的摘录；可分四类；人物描写、景物描写、细节描写、环境描写等。第四方面的要求较高了一些，适用于高年级，主要是作提纲笔记和写心得体会，例：列小标题、列提纲、摘要点、写读后感等。第五方面是生活语言的积累。引导学生并逐步培养他们在社会生活中收集和处理信息的习惯和能力，做生活的有心人，勤观察，勤思考，勤记录。这样坚持不懈，日积月累，定期阅读、交流，一方面增加了阅读量，激发了学生读书、读报、观察生活的兴趣和热情，更重要的是积累了大量的“原材料”，为日后的加工、制作奠定了坚实的基础。

评议——主要是学生通过阅读和观察，对零乱的材料通过思维加工用口头和书面的形式进行删选、组装的过程。具体地说，评议是对一些所见、所闻、所阅，根据自己的思想认识发表看法，学生之间互相交流、辨论，各抒自见，据理力争。

此时要求学生做到三条：第一、敢于发表独立见解。要求学生说自己的所感所得，用自己的话说自己的思想，不要鹦鹉学舌式的有口无心，人云亦云。但要敢想敢说，又要有独特见地，并非一朝一夕能形成这种能力，笔者认为教师一要鼓励学生发表不同意见；二要允许学生保留个人观点，即使是错误的，也要尊重学生，让他们把话说完，适时进行比较、筛选，弄清事实真相，必要时“拨乱反正”。第二、善于抓住事物的本质。抓本质即是抓中心、抓重点、抓特点。第三、要言行一致，老老实实。赞成什么，反对什么，都应该是老实话，绝不可口是心非，言不由衷；在思想内容上学习什么，在语言文字的表达上借鉴什么，都要从实际出发，实事求是。

评议的主要手段是用嘴说，必要时书面，“我口说我心，我手写我口”，做到人人开口，个个踊跃，由少到多，由浅入深。当然，在学生评议、交流的过程中，教师要及时点拔、引导，规范他们的口头语言，创设一个宽松的氛围和多种多样的交际情境，让每个学生无拘无束地进行口语交际。

写话——有了原材料的大量积累，有了实事求是，发自肺腑的评议，“写话”是势在必行，学生也很有这种写的欲望，水到必定渠成。这一环节，笔者认为要体现由句到段到篇的训练程序。可以是一句话，也可以是简单的几句话，或是稍微多一点的。一个幻想、一个梦境、一个状物、一段心理独白、一段牢骚等都可以作为写话训练的内容，目的是把学生的写话与他们自已无限丰富的第二宇宙结合起来，这无疑也是一个丰富的写作材料的源泉。这样不仅又有了一个原材料基地，而且通过评议有利于加强学生认识自我，增强自信心，激发学生写作兴趣和灵感，形成良好的语感。“句”是“段”的其本单位，“段”是“篇”核心内容，“句、段”能写得好，难道还愁写不好文章吗？

导改——教师指点并引导学生修改。既然是这样，笔者认为这一环放有学生写话或习作之后进行更具有针对性和可导性，根据写话、习作状况进行必要的指点，引导学生自能修改。况且这样也有利于学生思维的发散性和创造能力的培养，不受事先指导框架的影响而千篇一律，也有利于学生的个性在习作中得到充分的展示。

“导”主要放在学生真情实感的表达上，体现“吾手写吾心”；“改”则主要是语言文字的表达上，使之能真实地表露这种真情实感。当然文章布局谋篇等方法和技巧也不能抛弃，恰到好处的点拔、诱导尤如画龙点睛。

综上所述，作文教学涉及到方方面面，但无论如何，“积累”是基础，必不可少，好似工厂的“材料库“，“巧妇难为无米之炊”最有力地说明了“原材料”的重要。“评议”则是过渡到写话、习作的“桥梁”。“习作”是最终的目标，是“成品车间”。成品是否有“次品”出现，是否要修改，如何修改？还需要有“质检员”指导、把关，这一步即是“导改”了。

作文教学实施“积累”、“评议”、“写话”、“导改”的四结合，是笔者多年的尝试，它有利于学生积累丰富的知识，开阔狭窄的眼界；训练多元的思维，培养雄健的辩力；最终达到提高写作能力的目的。但这还仅仅是一个良好的开端，还将不断地探索，实践，努力实现提高小学生作文兴趣和水平的愿望。

参考文献：

《作文教学改革》

《心理学》

《浅谈小学作文教学的研究和改革》

徐旭

九宫小学

第五篇：熵一种新的世界观教案设计

《熵：一种新的世界观》教案设计

教学目的

1.提高学生对科技论文提要钩玄的能力。2.理解本文对“熵”的说明。

3.体会本文节选部分对人类生存的新的哲学思考。

教学重难点

1.研讨文章论述的观点，训练提要钩玄能力。2.学习用日常事例说明科学道理的写法。

3.把文章中所举的事例与有关“熵”的概述结合起来理解“熵”的含义。

教学设想 教学方法

1.点拨引导法。教师在学生自读的基础上，提出具有普遍性的问题作点拨引导。2.分组讨论法。让学生结合已有知识分组展开讨论，各抒己见，质疑解难。3.联想类比法。让学生把文中所讲的道理与生活结合起来深入理解课文。

教学时数

两课时

教学步骤 方案一

第一课时

一、导语设计

1868年，德国伟大的物理学家鲁道尔夫•克劳修斯提出了一个十分重要而又让人费解的概念——熵。“熵”这个概念谈的是热力学的第二定律。曾有不少人对这个奇怪的概念不以为然，他们想制造出各种形式的永动机来证明“熵”这个概念的错误。然而，100年的时间过去了，没有任何一个永动机能够永动。人们在实践中，越来越深刻地认识到，“熵”这个概念与我们的现实生存乃至我们的未来有如此紧密的联系，以致于1959年，在克劳修斯提出“熵”的理论91年后，英国著名作家斯诺在剑桥大学作题为《两种文化及再谈两种文化》的讲演时说：一个作家对热力学第二定律毫无所知，就等于一个科学家没读过莎士比亚的作品。那么，“熵”究竟与我们人类的生存有怎样密切的关系呢？“熵”又揭示了人类怎样的未来呢？今天，我们来学习美国当代著名社会学家里夫金和霍华德的文章——《熵：一种新的世界观》，让我们一同走近科学领域中的“莎士比亚”。

二、解题

本文是一篇科学论文，作者里夫金和霍华德是美国当代著名社会学家。1972年，西方著名的未来学研究团体罗马俱乐部发表了关于人类困境的研究报告，题为《增长的极限》，提出了“增长的极限”理论，提出人口和经济的增长，必然耗尽世界上不可再生的自然资源，1 同时污染环境，威胁人类生存。罗马俱乐部的报告，向世人敲响了警钟，对近代西方文化中经济无限增长的观点作了批判。《熵：一种新的世界观》就是在这样的背景下诞生的一部学术著作。这部学术著作指出科技的发展是一个能源消耗不断增加，因而“熵”也不断增加的过程，得出了人类的历史是一个不断倒退、逐渐衰亡的结论。

三、研习课文

1.整体把握，理清思路。

（1）让学生在预习的基础上速读课文，初步提取要点，理清全文的论述思路。（2）学生讨论发言，教师引导学生理顺全文的论述脉络。

明确：全文共15段。第1段通过民谚引出了热力学定律，第2段用一句话表述了热力学的两个定律，引出了“熵”的概念。第3、4段是对热力学第一定律的论述，为下文论述热力学第二定律即熵的定律做铺垫。第5段为过渡段，转入对熵的论述。第6、7段是对熵下定义并做解说。第8、9段进一步从能量耗散的角度论述熵的涵义：能量平均状态是熵值达到最大的状态。第10至15段从地球上能量来源、工业回收、物质衰变等角度探讨了能源危机，说明地球上的有效能量在不断减少，熵在不断增加。

2.具体研习，突破重难点。

（1）学生梳理文中有关“熵”的概述，并用自己的话对“熵”的本质做出概括。明确：

第5段——熵就是损失了的能在将来用于做某种功的一定能量。第6段——熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。

第7段——熵和污染是同义词，是某一系统中存在的一定单位的无效能量。第9段——熵即无效能量的总和。概括：熵就是无效能量，就是污染。

（2）学生勾画课文中关于“能量”的概述，并用自己的话来谈一谈对“能量”的新认识。

明确：

第6段——能量可以分为“有效的”或“自由的”能量，和“无效的”或“封闭的”能量。

第7段——熵的增加就意味着有效能量的减少。被转化成了无效状态的能量构成了我们所说的污染。

第8段——在一个封闭系统里，能量水准的差异总是趋向于零。没有任何能量级别差异的状态叫做能量平均状态。

第9段——能量平均状态是熵值达到的最大的状态，那时将不再有任何自由能量来进一步做功了。

第10段——地球上有两个有效能量的来源：一个是地球本身所蕴藏的能量，另一个是太阳能。在对人类有意义的时间里，这两个能量都是有限的。

第14段——当有效能量告罄时，我们称之为“热寂”。认识“能量”：能量可以分为“有效的”和“无效的”两类，有效能量是有限的并且总在减少，即熵总在增加。有效能量消耗完时，熵达到最大值，这叫做能量平衡状态或者叫“热寂”。

四、课堂训练

本文在阐述科学道理时，有概述，有解说。从课文中找几个例子，分析作者是如何运用具体事例来说明抽象的论述要点的。

明确：课文第4、5、6、8、12、13段中都举了日常生活中的例子来作具体说明。学生可以结合自己的物理学知识和生活经验来分析这些例子与概述要点的内在联系。

五、课堂小结

本文着重论述了热力学第二定律即“熵”的定律。熵是与能量密不可分的一个概念。作者对熵和能量作了大量地叙述，同时又从生活中举了大量的例子来作分析解说，使抽象的道理具体化，易于为一般读者所接受。这种写作方法值得我们学习。

六、布置作业

在课文第一段中，作者举了三个民谚来启发人们认识热力学第二定律。请结合本节课所学的知识，从能量耗散的方面，阐释下面几句话的意义：

（1）你不可能不劳而获：（2）覆水难收：

（3）天网恢恢，疏而不漏：

第二课时

一、检查作业，导入新课

1.让学生就上节课的课后作业相互交流意见，然后发言讨论。2.教师对学生发言中的疑难进行点拨。3.导入新课。

通过上节课的学习和作业练习，我们对“熵”这个概念有了更多的了解。按照英国作家斯诺所言，可以说我们是学习了科学领域里的莎士比亚的作品。但是《熵：一种新的世界观》毕竟不是一篇文学作品，而是一篇饱含了深刻哲理的科学论文，其中一定还有不少令我们感到困惑的问题。这节课，我们就来做进一步的研讨。

1.学生自主质疑研讨。

2.具体研习，突出重点，突破难点。

如果学生不能提出更有研讨价值的问题，教师可以引导学生深入研讨以下问题：

（1）第3段中“宇宙中的能量总和一开始便是固定的，而且永远不会改变”一句如何理解？

明确：可以引导学生利用已有的天文学知识来讨论。也可引导学生结合史蒂芬•霍金的《宇宙的未来》一文中有关大爆炸的理论来思考。

（2）第4段中“世间万物的形态、结构和运动都不过是能量的不同聚集与转化形式的具体表现而已”。你能再举出别的例子来说明吗？

明确：大到一头大象、一座山，小到一只蚂蚁、一块石头，都是能量的具体表现形式。（3）我们应该如何重新看待工业回收问题？ 明确：工业回收对人类的生存有十分重要的意义，但是任何工业回收都在导致能量的消耗，即“熵”的增加。

三、课堂训练

课文题目《熵：一种新的世界观》指的究竟是一种怎样的“新的世界观”？结合对本文的学习，请写一段话，谈谈你对此观点的理解。

明确：作者认为人类科学技术的发展史是一个能量不断消耗、熵不断增加的过程，是一个不断衰退的过程，是一个一步步走向毁灭的过程。作者对人类发展史和人类未来的发展持悲观的态度，这相对那种对人类发展史和发展前景持乐观态度的观点来说，是一种新的世界观。

四、课堂小结

通过进一步研习课文，我们对熵的深刻内涵又有了新的理解。同时，我们对人类目前的生存方式及未来的生存环境都有了一种深沉的忧虑。当我们在认真学习本文的时候，当我们在深入思考着这些问题的时候，按照里夫金和霍华德的观点，我们也在消耗着能量，我们也在导致着熵的增加。这就是这篇课文特别要告诉我们的道理。

五、布置作业

《熵：一种新的世界观》向我们揭示了一种人类无力拯救世界的悲观结局，你对此有什么看法？课后搜集、阅读有关资料，写一篇短文，谈一谈自己的看法。