探究計算機中的數據表示

——認識數據編碼

第1課時

一、教學目标

1.了解數據編碼的意義和作用,體會數據編碼的基本思想與方法。

2.經曆數值數據編碼的過程,掌握數值數據編碼的基本方法。

二、教學重難點

重點：編碼的意義與作用，數值數據的基本編碼方式。

難點：無

三、教學準備

1.軟硬件環境：多媒體教室。

2.教學素材：課件（商品條碼、商品二維碼等相關編碼實例等）。

四、教學過程

第1課時

1.1導入

教師：通過課件展示來源于中國商品物品編碼中心官網的商品條碼的作用、案例相關的圖片、視頻；來源于中國商品信息服務平台的商品二維碼的作用、産品展示、合作夥伴信息，讓學生感受編碼的魅力。

學生：認真觀看課件展示的素材，小聲交流。

教師：列舉生活中的其它編碼實例，如身份證号、郵編（以紙質版大學錄取通知書的發放場景為例）、學籍号等，讓學生感受到編碼深入并改善着人們的生活。

學生：傾聽，小聲交流。

1.2分析生活中的編碼實例

教師：簡要複習上一個項目的重點内容和探秘鳥類活動實例，引導學生理解探秘鳥類活動研究中收集樹牌号的重要性，引出樹牌号的意義，結合“2130198”樹牌号分析該樹牌号中數字的含義，引導學生理解該樹牌号的編碼和解碼，讓學生掌握編碼的規則。

學生：認真聽講、思考，小聲交流，感受編碼的魅力、總結編碼的規則。

教師：結合編碼實例總結編碼的意義和作用。

教師：通過PPT，展示并提出問題：“（1）如果 2 區 11 子區中有10023 棵樹,以上的編碼規則是否适用?（2） 1位十進制數能表示多少種情況?2位、3位十進制數呢?（3）n 位十進制數能表示多少種情況?”

學生：思考，舉手積極回答問題。

教師：請學生回答問題，對學生回答問題的态度和正确性等方面做評價；提出問題：“請大家思考：編碼位數與編碼可表示的情況之間有什麼關系？”

學生：小聲交流，個别學生搶答：“n位十進制數能表示10n種情況！”

教師：對學生回答問題的态度和正确性等方面做評價，引導其餘學生向搶答問題的學生學習。

1.3編碼體驗——了解生活中的編碼

教師：通過課件向學生展示一代身份證号和二代身份證号的區别，提出問題：“我國為什麼要啟用二代身份證号？”

學生：小聲讨論，個别學生搶答“我國人口太多了，一代身份證号不夠用了！”等等。

教師：講解我國啟用二代身份證号的正确原因；提出問題：“我校全體學生人數在8000~8500之間，采用什麼方法可以為每位學生設計一個獨一無二的學籍号？”

學生：思考，讨論。

教師：引導學生明确編碼思路，選取學生分享編碼方案。

學生：被選中的學生回答：“用5位十進制數字為每一位學生分配一個唯一的專屬數字！”

教師：提出問題：“從上述學生設計的編碼方案中，我們可以快速從學生的專屬數字中知道該生的年級、班級麼？”。

學生：集體回答：“不可以！”

教師：“哪位學生可以設計改良版的編碼方案？”

學生：某生搶答：“讓第一位十進制數字表示年級，取值範圍為1~3；第二、三兩位十進制數字表示班級，第四、五兩位十進制數字表示同一個班級内的學生編号，最後還可以加一位數字表示學生性别！”

教師：“這位學生回答問題非常積極！勤于思考！大家說這個方案如何？”

學生：集體回答“方案很好！”

教師：總評該方案，引導其餘學生向該生學習；提出問題：“如果我們每個班裡的學生個數固定為25個，每年級的班級數量不低于100，此時編碼方案應該如何修改？”

學生：集體回答：“将班級編碼的數位增加至3位！”

教師：“在什麼情況下需要修改編碼規則以及如何修改？”

學生：思考，舉手積極回答問題。

教師：對學生回答問題的積極性和正确性等方面做評價，總結修改編碼的規則以及如何修改。

學生：認真聽講，思考。

1.4了解二進制數編碼

教師：從終身學習角度引導學生重視自學，教師在教學中注重培養學生的自學能力;布置任務：請同學們參考課本第19、20頁，自學計數制的相關知識，将疑問标注出來，也可以與同學探讨學習疑問。

學生：按要求自學計數制知識。

教師：組織學生将計數制知識的疑問提出來。

學生：舉手回答自己的疑問。

教師：結合課件對學生的疑問進行講解；展示二進制、八進制、十進制、十六進制相關知識點。

教師：通過PPT展示問題：（1）哪些情況适合用二進制數編碼？（2）1位二進制數稱為1bit,1個比特位能表示多少種情況？（3）n位二進制數（n個比特位）能表示多少種情況？“大家比賽，看看哪位學生最先通過自學可以解答電子屏幕展示的問題。”

學生：争分奪秒地思考上述問題,舉手搶答。

教師：組織學生分享自己的答案，對學生答案的正确性和積極性做評價；提出問題：“為什麼電子計算機采用二進制表示數據？”并從技術實踐和運算複雜度角度引導學生分析該問題；提出問題：“二進制位數與編碼可表示情況之間有關系麼？若有，關系是什麼？”

學生：舉手搶答：“n位二進制數能表示2n種情況！”

教師：擴展講解二進制、八進制、十六進制在計算機中的使用場景。“接下來，我們做一些練習。”通過課件展示練習題：（1）用0、1 表示燈泡滅、亮的狀态,4個燈泡最多有幾種組合?設計編碼方案,寫出可能的編碼。（2）用0、1表示單項選擇題的4個選項,需要幾個比特位? 如何編碼?

學生：認真思考，舉手積極回答問題。

教師：對學生回答問題的積極性和答案的正确性做評價，引導學生分析上述問題的答案。

1.5了解數值數據的編碼

教師：布置任務：參考課本，自學數值數據編碼的知識，并标記自己的學習疑問，也可以小聲與同學探讨學習疑問。

學生：按要求自學、标注疑問并小聲讨論。

教師：組織學生提出自己的學習疑問。

學生：提出自己的學習疑問。

教師：結合學生的疑問當堂完善教學過程；提出問題：如何将一個十進制實數轉換為二進制數？

學生：異口同聲地回答：“整數部分除2反向取餘，小數部分乘2正向取整！”

教師：展示進制轉換的相關練習題（(28.925)10 =（？）2，并組織學生搶答。

學生：獨立完成習題；搶答。

教師：誇獎搶答問題的學生；通過舉例（（629）10 = 512 64 32 16 4 1 = 29 26 25 24 22 20 = (1001110101)2、（37）10 = 25 22 20）

讓學生掌握十進制整數數值數據轉換為二進制數的另一種方法。

補充知識：計算機中數據的基本單位是字節（Byte），1B=8b,1KB = 210B,1MB = 210KB,1GB = 210MB,1TB = 210GB;

教師：介紹原碼、反碼和補碼的格式

提出問題：“計算機中的數值數據可以用原碼表示嗎？為什麼？”

學生：思考，回答不一。

教師：“哪位學生可以最快表示出來0的原碼？”

學生：借助演草紙快速計算，舉手搶答：“00000000、10000000”。

教師：“大家說說該學生表示的對不對？”

學生：“對！”

教師：“用原碼在計算機中存儲數字0時，出現了歧義，違反了編碼規則！大家可以想出來一個解決辦法麼？”

學生：思考，小聲讨論。

教師：向學生介紹反碼的格式，提出問題：“計算機中的數值數據可以用反碼表示嗎？為什麼？”

學生：“不可以！用反碼在計算機中存儲數字0時同樣出現了歧義，違反編碼規則！”

教師：向學生介紹補碼的格式，提出問題：“計算機中的數值數據可以用補碼表示嗎？為什麼？”

學生：集體回答“可以！”

教師：評價學生回答問題的積極性和正确性！總結計算機内用采用補碼的原因。

學生：認真聽講。

教師：通過課件展示原碼、反碼、補碼相關的練習題（32、-41的二進制、原碼、反碼、補碼的表示），“哪位學生可以最快計算出問題答案？舉手搶答！”

學生：借助演草紙計算，舉手積極搶答問題。

教師：對學生回答問題的積極性和正确性做評價。

1.6小結

教師：借助思維導圖簡要概括總結本節主要知識點：

學生：認真聽講，回顧本節内容。

1.7拓展延伸

教師：你在生活中有沒有見到其它的編碼實例？

學生：思考，舉手回答問題：“身份證号”“車牌号”。

教師：“身份證号”“車牌号”中包含了文本數據，如何為文本數據編碼呢？請同學們課下思考，也可以和同學探讨。

1.8課後練習

教師：将本書配套的數值數據編碼的同步練習整理為文檔，打印後發給學生，要求學生獨立完成并上交。

學生：完成作業并上交。

教師：快速評閱，合理設計答疑輔導環節。

五、反思總結

1.項目二第1課時的内容理論性較強，易給學生帶來晦澀難懂之感，通過商品條形碼、商品二維碼、身份證号等多種生活中常見的應用實例，讓學生意識到編碼的重要性，引起學生對編碼的重視，潛移默化中影響學生的學習态度，比單純語言形式說教更有效，在以後引入新課時同樣要注重營造導入環節氛圍。

2.從我所教的理科生課堂表現來看，在樹牌号、身份證号編碼情境中，大部分理科生聚精會神地聽講，這表明大部分理科生對這部分内容興趣濃厚，在二進數編碼、數值數據的編碼相關内容教學過程的提問、探究環節，大部分理科生回答問題态度積極，課堂參與度高，補充十進制整數轉換為二進制整數的另一種方法，拓展學生的思路，培養學生樂于思考的習慣，在後續理論性較強的教學内容授課環節中，可結合此次教學經驗，巧妙設計多個提問、探究環節，在興趣的激發下引導學生分析問題，培養學生對信息技術發展的适應能力，提升學生信息素養。

3.将較難理解的知識點的理解過程設計為探究環節，通過引導學生分析為什麼計算機中的數據以補碼的方式表示，讓學生在探究中理解這部分内容，提升學生的邏輯思維能力，中間穿插精心設計的提問環節，增強學生的主體意識和課堂參與感，提升學生的團隊合作能力、語言表達能力，為培養新時代的科技精英奠定基礎，在後續學生較難理解的知識點的教授過程中可采用該方法。

4.結合學生的課堂表現、作答同步練習的結果等，分析學生的強項和薄弱環節，回顧相關内容的教學方法，分析原因，教學效果好的教學方法繼續采用，結合學生的特點等實際情況、教學内容的特點等在探索中調整教學效果較差的教學方法，力圖為學生帶來更加專業的教學服務。