張建鵬 吉林省長春市第二實驗中學

● 學科核心素養(yǎng)

信息意識：培養(yǎng)信息數(shù)字化的敏感性，建立利用計算機處理問題的意識，分享解決問題的方法。

計算思維：分析問題，把問題抽象為二進制編碼，通過對二進制的數(shù)位分析，形成解決問題的模型，編寫程序，實現(xiàn)計算機可處理的問題。

數(shù)字化學習與創(chuàng)新：感受社會的數(shù)字化特征，體驗問題數(shù)字化的處理過程，體會數(shù)字化處理的意義。

信息社會責任：理解信息社會中二進制編碼的重要意義，提升信息社會的參與意識和能力。

● 課程標準要求

（1）通過分析解決實例問題，形成分析、解決問題的一般方法，培養(yǎng)計算思維，提高運用信息科技解決問題的能力。

（2）通過教學活動培養(yǎng)實踐探究精神，體驗問題數(shù)字化的處理過程，激發(fā)情感，感受信息時代的特點，形成問題數(shù)字化處理的意識，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

● 教材分析

本節(jié)課內(nèi)容出自廣東教育出版社出版的《信息技術必修1 數(shù)據(jù)與計算》第一章第二節(jié)，旨在讓學生了解信息的二進制編碼的作用和意義，理解計算機處理信息的數(shù)字化過程，加深對計算機機器語言的認識，進而探究文字的編碼方式和不同字符集的差異，為下一步學習圖像、聲音的編碼奠定基礎。

● 學情分析

數(shù)據(jù)編碼是計算機處理的關鍵，信息的二進制編碼對于計算機處理和存儲信息有著重要的意義。在學生學習了數(shù)據(jù)及其特征和二進制、八進制、十六進制與十進制等概念及相關知識的基礎上，有必要讓學生了解計算機處理數(shù)據(jù)的編碼方式和過程，為學生利用計算機科學知識去處理實際問題建立基礎認識，幫助學生提升計算思維能力。

● 教學目標

（1）掌握二進制與十進制的轉換方法，理解二進制編碼的過程，掌握Python的調(diào)試過程。

（2）體驗數(shù)據(jù)二進制編碼的基本方法和過程，體會計算機處理問題的一般過程。

（3）激發(fā)對數(shù)據(jù)編碼的興趣，體驗問題抽象為符號的過程，感受計算機處理問題的自動化。

● 教學重難點

重點：把信息轉化為二進制編碼，認識文字編碼。

難點：理解計算機編碼的過程。

● 教學過程

1.導入

師：同學們有沒有乘坐高鐵的經(jīng)歷？對我國的高鐵發(fā)展了解多少呢？下面我們觀看一下宣傳片《新時代的中國高鐵》。（學生觀看）高鐵的快速發(fā)展使我們出行更加便捷了，購票、驗票、車上訂餐、高鐵的運行等都離不開計算機對數(shù)據(jù)的處理，那你們知道各種信息和數(shù)據(jù)是怎么成為計算機可處理的數(shù)據(jù)的嗎？

設計意圖：通過我國高鐵的發(fā)展，感受祖國的日益昌盛，通過高鐵信息的智能化，感受信息社會的高速發(fā)展，為學習數(shù)據(jù)的二進制編碼做鋪墊。

2.探索新知

師：通過之前的學習，我們知道計算機可處理的數(shù)據(jù)只有0和1，現(xiàn)實世界中的各類信息需轉換為二進制才能被計算機處理，這樣就需要對信息進行二進制編碼，今天我們來共同探究一下信息的數(shù)據(jù)編碼。下面，先來解決一個問題。

問題一：一個探險小隊到沙漠探險，現(xiàn)在剩下六桶水和一桶透明的有毒液體，負責人員不小心把裝有有毒液體的桶和裝水的桶混到了一起，測試有毒液體的試紙只剩下三份，如何用這三份試紙測出哪桶是有毒液體呢？

任務一：小組活動，把信息轉化為二進制編碼方式（如表1），利用Python編寫程序處理這個問題，分享交流經(jīng)驗。

表1

問題解決步驟：①把七只桶按1～7編號，把數(shù)字1～7轉換為二進制編碼；②取出三個容器編號A、B、C，二進制數(shù)位從右側起，分別把第三位是1的桶取出樣本放入A容器，第二位是1的桶取出樣本放入B容器，第一位是1的桶取出樣本放入C容器；③利用試紙A、B、C分別檢測A、B、C三個容器內(nèi)的液體樣品，檢測出有毒的標記1，無毒的標記0；④把檢測結果按照從高位到低位的順序組合二進制編碼，就是有毒液體的桶的編碼。程序如右圖所示。

設計意圖：通過活動，讓學生參與合作探究學習，通過解決問題，體會把問題抽象為數(shù)字化的過程，理解計算機處理數(shù)據(jù)的編碼意義。讓學生體會計算機處理問題的自動化過程。

師：同學們通過二進制編碼的方式解決了問題一。計算機展示的豐富多彩的信息都是以二進制數(shù)據(jù)存儲和處理的，這就需要有更加復雜和統(tǒng)一的編碼，下面我們看一下文字的編碼。文字編碼是效率相對較低的編碼方式，有單字節(jié)碼和雙字節(jié)碼：①單字節(jié)碼，如ASCII碼；②雙字節(jié)碼，如國標碼（GBK）、統(tǒng)一碼（Unicode）。

（1）ASCII碼屬于單字節(jié)碼，包含33個標點符號、運算符號，10個阿拉伯數(shù)字，26個大寫字母，26個小寫字母和33個常用的不可見控制符。提供ASCII碼表。

任務二：利用Python的ord()和chr()輸出鍵盤上字符的十進制對應關系（如表2）。

表2

設計意圖：通過任務活動，觀察和思考基本字符的編碼方式，鍛煉學生獨立思考的能力，讓學生初步理解文字編碼的過程。

（2）漢字編碼：ASCII碼只包含英文、數(shù)字和一些控制符號，并不能表示漢字，能處理漢字的編碼有我國設計的簡體中文的GB（國標碼）和世界各國合作開發(fā)的Unicode（統(tǒng)一碼）。我們常用的漢字編碼GB2312是GB碼的一種，utf-8是Unicode的一種。

問題二：同學們是否遇到過打開文檔出現(xiàn)亂碼的現(xiàn)象呢？這是什么原因造成的？

任務三：利用Python交互式編程模式探究漢字的編碼。

①以字符串‘中文’為例，如表3所示。

表3

②對應編碼轉換文字，如表4所示。

表4

③互換編碼方式轉換對應編碼，這里直接轉換系統(tǒng)會提示錯誤，忽略錯誤直接轉換，如表5所示。

表5

師：不同的編碼方式去解釋對應的文字編碼，會出現(xiàn)文字對應錯誤的現(xiàn)象，這就是打開文檔出現(xiàn)亂碼的主要原因，解決方法就是安裝對應文件編碼的字符集。

設計意圖：讓學生看到編碼的不同表達方式，理解計算機抽象信息的形式，通過不同編碼的對比和亂碼原因的探索，加深學生對文字編碼的理解。

3.總結（略）

● 教學反思

1.突出問題設計，激發(fā)學生計算思維

筆者通過開篇幾個問題的設計，讓學生感受祖國的繁榮昌盛，體會計算機信息處理對信息社會的重要意義，同時思考計算機可處理信息的數(shù)字化問題，接著通過趣味問題的設計，把問題抽象為符號問題，再處理符號問題的數(shù)字化，體驗問題的解決過程。

2.突出任務活動，體驗利用計算思維處理問題的過程

讓學生理解二進制編碼是把信息轉化為計算機可處理數(shù)據(jù)的重要方式，筆者通過任務活動，調(diào)動學生思考問題、分析問題、解決問題，通過通用字符編碼的認識和漢字亂碼原因的探索，加深學生對數(shù)據(jù)編碼的認識和理解。

3.突出學生的主體地位，引導學生利用計算思維處理問題

在教學中，筆者適時介入引導，把控教學節(jié)奏，幫助學生突破問題的關鍵點，提升學生思考的深度和廣度，引導其從計算機的角度去思考問題處理的方式，進而鍛煉學生的計算思維能力。

點 評

自新課程實施以來，我們往往在信息科學原理與信息技術應用上分別下功夫，而兩者的結合卻不夠。本節(jié)課打破了知行分離的學習瓶頸，讓學生在對編碼的探索過程中感覺到編碼有用，且有大用處，并引導學生探索編碼的處理技術與構造過程。其中最明確的環(huán)節(jié)就是對有毒液體的辨別，首先是從算法意義上提出解決的辦法，然后是通過對桶號進行二進制編碼進行實驗分組，最后是進行編碼解決，這不僅體現(xiàn)了編碼，而且進行了計算解決問題的基本過程，真是一舉多得的教學設計。當然，這里面的算法難點是二進制編碼的分組實驗測試的“道理”，即按1分組有毒即桶號包含“1”，這一點成為算法的核心。由此，讓傳統(tǒng)的二進制編碼轉換難題成了次要難題，通過編程來進行轉換即可。接下來，再通過字符亂碼現(xiàn)象，在體驗中解釋漢字編碼的不同字符集，探討編碼的標準，就更自然，且具現(xiàn)實意義了。當然，前面檢測有毒液體的問題還要注意引導學生明確現(xiàn)實需要一定的綜合驗證和謹慎認定，單一依靠分組實驗可能影響對實驗的準確判斷。另外，本節(jié)課的引入在后面沒有呼應，這主要是由于其例對引入編碼的意義體現(xiàn)不夠，如果能從簡單的列車車次編碼引出，最后再提出購票訂單、座位動態(tài)管理等拓展思考，對引入稍作呼應，則會讓教學設計更加豐滿。