《数字化与编码》教学设计

课题：数字化与编码科目：信息技术教学对象：课型：新授课课时：1教师：单位：1.《课程标准》要求·知道数据编码的基本方式。·针对具体学习任务，体验数字化学习过程，感受利用数字化工具和资源的优势。2.教学目标·了解数字化的意义与作用，能够举例说明数字技术对生活的影响，并陈述数字化工具和资源的优势。·理解二进制的基本原理。·掌握二进制数与十进制数的相互转换法则。3.学业要求理解数据编码的基本方式4.教学对象分析本节课的教学对象是高一年级，对学习计算机科学中的理论知识易产生枯燥感，但他们具有较强的求知欲和好奇心。5.教学重点与难点教学重点：数字化的概念以及二进制与十进制的相互转换方法。教学难点：认识生活事例背后的科学知识，掌握各数制间的转换方法，并能运用所学知识解决生活中的问题。6.教学方法与教学手段“家乡一日游”话题引入本节，给以学生数字化改变生活的直观感受。由浅入深对数据编码的基本方式进行展开学习，利用教育游戏增加课堂趣味性的同时，加深学生对知识点的记忆。利用“啤酒装箱”、“颜色码的数制转换”等生活实例，巩固各进制数在生活中的应用。为此，本节课主要采用了任务驱动法、讲授法、分层教学法、自主探究法等教学方法。7.教学媒体多媒体计算机，教育游戏等8.教学过程设计教学环节教学内容学生活动设计意图情境导入（1分钟）“家乡一日游”话题引入本节，通过将过去与现在准备方式不同做对比，引导学生得出“信息技术改变我们的生活”这一结论。观看教学幻灯片，思考并回答问题。通过快速构建情景，顺理成章地抛出问题，引出本节课题。数字化及其作用（6分钟）1.生活在数字世界继续讨论在完成“家乡一日游”计划过程中，用到了哪些数字化工具，并分析它们是如何改变生活与学习方式的，从而说明数字化正在改变世界。跟随教师思路思考并回答问题。由生活情境出发，把理论性知识生活化，拉近与学生的距离，使学生更容易接受。模拟信号和数字信号通过绘图展示水银温度计与数字温度计表示温度的区别，说明模拟信号与数字信号的不同。同时指出，模拟信号通过采样、量化、编码等步骤转换为数字信号，并以二进制的形式存储在计算机中。跟随教师思路思考并回答问题。体会模拟信号与数字信号的不同，引出二进制。分析特点认识二进制（9分钟）1.认识二进制通过“卡片组合游戏”，将卡片点数记为十进制数，随机翻面后，卡片正反面分别读为“1”和“0”，则得到一组十进制数所对应的二进制数。跟随教师思路思考并回答问题。直观展示二进制的特点，为二进制与十进制的相互转换做铺垫。2.分析计算机采用二进制存储的原因（1）生活中常用十进制数，请同学思考原因。（2）指出“亚里士多德称人类普遍使用十进制，只不过是绝大多数人生来就有10根手指这样一个解剖学事实的结果。”实际上，在古代世界独立开发的有文字的记数体系中，除了巴比伦文明的楔形数字为60进制，玛雅数字为20进制外，几乎全部为十进制。教师举例“秋天的第一杯奶茶”标价为十进制数，请同学思考并举例说明十进制与六十进制在生活中的应用。（3）提出问题：既然十进制数在生活中如此常见，六十进制数也有应用，那么计算机存储为何采用二进制呢？（4）学生回答（5）教师总结：用两种截然不同的状态来代表数字，是很容易实现的，而十种或者其他选择则要困难得多。不仅如此，这两种截然不同的状态不单有量上的差别，而且有质上的不同。这样就能大大提高机器的抗干扰能力，提高可靠性。其次，二进制运算简单，电子计算机中的运算器线路也变得十分简单，线路简化了，速度也就可以提高。所以，计算机存储采用二进制。跟随教师思路思考并回答问题。1.以当下流行词“秋天的第一杯奶茶”为例，增加课堂趣味性，更能使学生觉得知识贴近生活。2.在学生已有生活常识的基础上，引导学生观察思考，能够较为自然地得出结论。3.强调重点：二进制是计算机中最常用的存储方式。进位规则及表示方法（2分钟）通过对“秋天的第一杯奶茶”价位求和，引出十进制进位规则“逢十进一”。触类旁通，引导学生得出二进制进位规则为“逢二进一”。应用“逢二进一”计算二进制数“1+1=10”。由结果“10”存在歧义，引出十进制与二进制的表示方法。跟随教师思路思考并回答问题。在学生已有知识基础上引导学生思考，争取做到对进位计数制进位规则融会贯通。基数和权（5分钟）二进制整数转十进制整数（1）回归“家乡一日游”话题，邀请朋友来母校一观。提出问题：家校距离是多少？（2）对家校距离进行求和为1+1+1+10+1+1000+100+10+100+10，对计算过程应用运算法则和科学计数法，得出十进制数1234=1*103+2*102+3*101+4*100。（3）对算式分析，分别指出十进制数的“基数”和“权”，引出“基数”和“权”的概念，并引导学生举一反三，得出二进制数的“基数”和“权”。思考并计算，完成课堂任务。1.继续本节主线“家乡一日游”，回归生活。2.在学生已有知识基础上引导学生步步深入，在不知不觉中将二进制数转为十进制数，易化知识难度，增强学生的自信心。二进制习题（1分钟）通过会考实例，进行二进制基础知识巩固。回答问题。会考实例，引起学生对知识点的重视。十进制数转二进制数（5分钟）1.游戏过程：a.回应前述十进制与二进制可以互相转换，提出问题——如何实现转换？引出游戏。教师解释“纸牌寻宝”游戏规则并试玩进行演示。b.布置任务：试玩“纸牌寻宝”游戏，争取找到礼物。c.汇总游戏结果。2.总结：游戏过程实则为十进制数转二进制数的过程，归纳为“除2反向取余法”。3.会考实例聆听游戏规则并试玩游戏。1.自主开发教育游戏，以游戏作为教育的手段，通过游戏的方式来完成学习进制转换的过程，增加课堂的趣味性，并在此任务驱动下，激发学生的学习兴趣。2.通过游戏规则总结进制转换法则，自然流畅，同时强化学生记忆。3.通过会考实例，强调教学重点，巩固知识点。知识拓展（9分钟）1.十进制数转换成八进制数a.通过“啤酒装箱”这一生活实例，循序渐进，逐步分析，得出十进制数转换成八进制数应用“除八反向取余法”。b.触类旁通，得出十进制转换成R进制数应用“除R反向取余法”。思考并计算，完成课堂任务。通过生活实例，逐步培养学生的逻辑思维能力。2.十进制数转换成十六进制数①.接上，得出十进制转换成十六进制用的是“除16反向取余法”。②.生活实例：显示器使用RGB颜色标准，引导学生使用“除16反向取余法”，将十进制颜色值转换为十六进制颜色码。计算并完成任务。培养学生学以致用，探索生活中的科学知识的能力。二进制数转十进制数（4分钟）1.由“计算路程”话题中，十进制数1234按权展开可得——1234=1*103+2*102+3*101+4*100，“啤酒装箱”话题，十进制“419”按权展开可得——419=4*102+1*101+9*100，引出二进制数“1001”按权展开结果为1*23+0*22+0*21+1*20=（9）10，得出结论二进制数转十进制数应为按权展开求和法。思考并回答问题。知识回顾，举一反三。强调重点。2.会考实例思考并计算。以会考实例强调重点，以课堂练习加强记忆。3.由“啤酒装箱”问题中，6*82+4*81+3*80=(613)8,得出八进制转换成十进制应用按权展开求和法。归纳：R进制数转换成十进制数应用按权展开求和法，并做课堂练习。举一反三，课堂练习加以巩固。归纳总结（2分钟）归纳总结知识点，并强调教学重点。跟随教师思路思考并回答问题。通过归纳总结，回顾本节所学，强调教学重点，加强记忆。思考作业（1分钟）思考作业：二进制与八进制如何互相转换？思考。触类旁通，举一反三，培养学生逻辑推理能力。9.板书设计10.教学反思在当前新课程改革不断深入的背景下，各学科的教学都发生了变化，信息技术也不例外，以学生为主体的教学方式代替了教师为主体的教学方式，现代化教学手段代替了传统教学手段。本节课虽尽力做到了这一点，但课堂看似活跃、热闹，但实际上这只是表面现象，经过与学生的课后交流，发现课堂教学效率并没有大幅度提升。究其原因，我认为有两方面：1.重点不够突出在“家乡一日游”背景下穿插知识点，虽然不显生硬，但对知识点侧重不明显，没有突出教学重点，容易使学生对密集的知识产生排斥心理，而没有实现教学目标。2.课时安排不够合理本节课知识点密集，且理论性强，由于对学情了解不够充分，安排一课时教学，显然学生接受较为困难。改进：经过反复磨课，我认为应对重点内容突出强调，增加时间分配，而拓展延伸缩短相应教学时间。同时，再次分析学情，可将本节课分为两课时教学，拆分知识点，降低知识密集程度，便于学生理解记忆。

附1：教学设计封面人教中图版高中信息技术必修1数字化与编码教学设计学段：学科：姓名：单位：

附2：教学设计详案教师：上课！学生：起立！老师好！教师：同学们好，请坐。教师：本节课，我们学习第一章第二节——数字化与编码。“有朋自远方来，不亦乐乎”。你的朋友远道而来，热情如你，决定带他了解你的家乡，为此，你需要做一个“家乡一日游”计划。为完成“家乡一日游”计划，你该如何做准备呢？我们分为以前和现在两种情况进行讨论。若是以前，互联网并不普及的时代，你会怎么做？学生：实地考察。教师：以前，我们可能会选择骑车或者步行的方式，通过实地考察，为路线规划做准备。那么现在呢，在互联网广泛普及的今天，你会怎么做？学生：上网搜索。教师：现在，我们借助互联网，利用信息技术手段，足不出户，就可以搜索到必到打卡地、各种美食等等信息。通过将过去的准备方式与现在进行对比，发现信息技术已经改变了我们的生活。你能举例说明在完成“家乡一日游”计划过程中，你用到了哪些数字化工具吗？它们是如何改变你的生活与学习方式的？学生：手机、电脑、iPad。教师：有效利用同学们提到的手机、电脑、iPad等数字化工具，可以帮助我们构建知识，解决问题，实现创新。数字化正在改变世界。在数字化之前，我们获取信息多是通过纸质书籍、录音机、胶片放映机等等，这些信息数字化后，可被数字设备使用，让人们的生活、学习和工作变得更加便捷。所谓数字化，就是将复杂多样的事物属性或特征转换为计算机可处理对象的过程。在此过程中，我们通过采样、量化、编码等步骤将模拟信号转换为数字信号，并存储在计算机中。那么何为模拟信号，何为数字信号呢？同学们请看，这是水银温度计，水银温度计是通过水银连续移动的状态来表示体温信息的。如果我们将水银温度计所表示的温度与对应的时间绘制成函数图形，同学们思考，结果会是怎样的？3号同学，你来黑板上画一下。（1.课前准备电子白板，绘制时间轴和取值轴；2.学生电子白板绘图）教师：同学们观察他绘制的图形，正确吗？学生：正确。教师：那么同学们思考，这条曲线在时间和取值上有什么特点？是连续的呢，还是间断的？学生：连续的。教师：我们将像这样波形可以表示为时间的连续函数的信号称为模拟信号。与水银温度计相对，我们现在也会用到数字温度计，数字温度计在每一个时间点会给出对应的温度值，那么数字温度计的时间与取值函数图形应是这样的。我们发现，它在取值上是离散的、不连续的。我们将这样的信号，称为数字信号。我们刚才说，可以通过采样、量化、编码等步骤将模拟信号转换为数字信号，其实刚才绘图不断取值的过程，就是采样的过程。之后经过量化和编码，以二进制的形式存储在计算机当中。何为二进制呢？我们可以通过下面这个有趣的游戏了解二进制。如图所示，桌面上摆放了5张卡片，将卡片正面的点数用十进制数表示，从右到左分别为1、2、4、8、16。现在翻动3张卡片，使其反面朝上，这时卡片的点数和为1+8=9。若我们将所有卡片的正面读为1，将卡片的反面读为0，则得出十进制9对应的二进制数就是01001。请同学们观察这组二进制数字，它有什么特点？学生：只有0和1。教师：这组数字中，每位数只能出现0或者1两个数字，那么，我们把这样的数称为二进制数。二进制是计算机中最常用的存储方式。这是本节课的重点内容，同学们一定要记牢——二进制是计算机中最常用的存储方式。通过卡片游戏，我们可以总结两点：第一，每位数上只能出现“0”或者“1”两个数字的数，叫做二进制数。第二，我们刚才说，十进制9对应的二进制数就是01001，这就说明十进制数和二进制数可以互相转换。生活中，我们常用十进制数。同学们知道这是为什么吗？学生：不知道/习惯/方便。教师：那为什么人类有这个习惯呢？我们小时候学数数，都掰过手指头吧？亚里士多德称人类普遍使用十进制，只不过是绝大多数人生来就有10根手指这样一个解剖学事实的结果。生活中，我们还会用到八进制和十六进制等等。常见的十进制数如，请你的朋友喝的“秋天的第一杯奶茶”，分别标价13元和18元，这就是十进制数。那么同学们知道生活中哪些还是地方还用到了十进制数吗？学生：（回答）教师：刚才同学们提到的考试成绩、年龄、数学中的计算等等等等，都是使用的十进制。那么问题来了，既然十进制数在生活中如此常见，八进制、十六进制数也有应用，那么计算机存储为何采用二进制呢？学生：简单/快速/容易……教师：同学们的回答都很贴近，看来都经过了认真的思考和分析。我们假设，分别用数字“0”和“1”来代表两种截然不同的状态，比如灯亮与不亮。同学们还能举出哪些只有两种截然不同状态的事例呢？请同学们认真观察一下我们的教室，答案就蕴藏其中。21号同学，你来说一下。学生：窗户开和关。教师：同学们，他说的有道理吗？学生：有。教师：观察非常仔细，请坐。其他同学呢？25号同学。学生：电扇转与不转。教师：虽然已经到了秋天，但是还能想到这一点，很细心，请坐。黑板上有没有字，是不是两种截然不同的状态？学生：是。教师：通过刚才的提问，我们发现，生活中具有两种截然不同状态的事例有很多。那么你能举出具有十种或十六种截然不同状态的事例吗？学生：不能。教师：这就说明，用两种截然不同的状态来代表数字，是很容易实现的，而十种或者其他选择则要困难得多。不仅如此，更重要的是，这两种截然不同的状态不单有量上的差别，而且是有质上的不同。这样就能大大提高机器的抗干扰能力，提高可靠性。其次，就如同学们刚才所说，二进制运算简单，电子计算机中的运算器线路也变得十分简单，线路简化了，速度也就可以提高。所以，计算机存储采用二进制。同学们这下明白了吗？学生：明白了。教师：同学们，咱们也是学生，经费也并不充裕，请你朋友喝的这两杯奶茶共花了多少钱呢？学生：31元。教师：怎么算的呢？学生：13+18=31。教师：同学们的计算步骤是什么？30号同学，你来说一下。学生：3+8=11，进一位，等于31。教师：请问你为什么要进一位？学生：逢十进一。教师：非常好，请坐。因为我们从小就学过，十进制数的进位规则为逢十进一，所以要进一位。那么同学们依此思考，二进制数的进位规则是什么呢？学生：（齐答）逢二进一。教师：非常正确，逢二进一。那么请问，二进制数1+1=？学生：10。教师：有同学回答10，有同学回答1-0。让我们来列出算式，1+1=2，因为二进制数逢二进一，所以需要进一位，落0。所以最终得数为10。注意，是二进制数（10）2，而不是十进制（10）10。为了避免刚才的情况发生，我们为十进制数右下角加下标“10”，即将十进制表示为(abcd)10，那么依此，可以将二进制数表示为——学生：（齐答）（abcd）2。教师：十进制数也可以用大写字母D表示，二进制数可以用大写字母B来表示。秋高气爽，你决定带你的朋友去母校一观，并绘出了步行路线图。请问，你家离学校的距离是多少？学生：1234m。教师：你是怎么计算的呢？12号同学，你来说一下。学生：把这些数加一起。教师：也就是“1+1+1+10+1+1000+100+10+100+10”。根据小时候学过的运算法则，4个1相加等于1*4，这个算式可以表示为什么呢？学生：1*1000+2*100+3*10+4*1教师：我们都学过科学计数法，1000=——学生：103教师：那么1*1000就可以改写为——学生：1*103教师：那么又可以将这个算式改写为——学生：1*103+2*102+3*101+4*100教师：果然思维敏捷，请坐。在刚才的过程中，我们得出十进制数1234=1*103+2*102+3*101+4*100，那么其中这个“10”，叫做十进制数的基数。所谓基数，就是进位计数制的每位数上可能有的数码的个数。以十进制数为例，它的个位、十位或者百位等每位数上，可能出现的数码都有什么呢？学生：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9教师：因为0-9共有十个数，所以十进制数的基数是10。请同学们依此推理，二进制数的基数是——学生：2教师：因为二进制数的每位数上可能出现的数只有——学生：0，1教师：非常正确。我们继续观察，100、101、102、103，这些，叫做十进制数的权。所谓权，相当于这个数的各位表示的单位值，每一位的字乘以其相应的权就是该位数的值。依此，二进制的权应该是——学生：2n教师：以上，我们学习了二进制的特点、进位规则、表示方法、基数和权的概念，我们来做一道会考实例。2021年河北省学业水平考试信息技术试题——在计算机内部，一切信息存储、解决和传送都是采用什么形式。学生：二进制。教师：考到了我们刚才强调的重点知识——二进制是计算机中最常用的存储形式。这句话同学们一定要牢记。既然刚才已经提到，十进制与二进制可以互相转换，那么具体是如何实现的呢？带着这个问题，我们来做一个“纸牌寻宝”的小游戏。游戏规则——首先，需要随意抽取一张纸牌，得到一个随机数；将这个随机数除2，取余数。那么老师要问一问你了，一个随机数除2，它的余数可能是多少？学生：0或1.教师：对了，0或1。若余数为0，则选择方向为左或下，若余数为1，则选择方向为右或上；然后判断商是否为0，若商不为0，则重复上述除2取余的过程，若商为0，则判断是否得到礼物；若得到礼物，游戏结束，反之继续抽取随机数除2取余，直到得到礼物。游戏规则看起来复杂，其实操作起来并不困难，让老师先来试一试！老师抽取第一张纸牌，它的取值是——学生：10。教师：接下来应该——学生：除2。教师：10/2，商为5，余数为0，我可以选择向左或向下，我选择向左；接下来判断商是否为0，因为商5≠0，所以继续除2取余，5/2，商为2，余数为1，我可以选择向右或向上，我选择向上；因为商2≠0，所以2/2，商为1，余数为0，我可以选择向左或向下，我选择向左；因为商1≠0，所以1/2，商为0，余数为1，我可以选择向右或向上，我选择向右；那么现在商为0了，判断没有得到礼物，所以继续抽取随机数，这张K对应的随机数取值是——学生：13。教师：取值为13。然后重复上述除2取余的过程，直到商为0，判断没有得到礼物，所以继续抽取随机数。同学们，老师抽取了两张纸牌都没有得到礼物，下面是你大展身手的时候了。请同学们在清楚游戏规则的前提下，试玩游戏，争取能够得到礼物！（学生试玩游戏）教师：同学们都找到礼物了吗？学生：没有。教师：都没有找到吗？学生：没有。教师：那太遗憾了。我们来回顾刚才的游戏过程，一直在不断重复除2取余数的过程，这就是我们最终得到的随机数与余数。请同学们观察，随机数为几进制数？学生：十进制。教师：余数呢？学生：二进制。教师：那么实际上，我们刚才的游戏规则，就是将十进制转换为二进制的第一步，除2取余数，第二步，也是最关键的一步，就是将余数反向排列，得到十进制数10所对应的二进制数1101。我们将其归结为“除2反向取余法”。这是本节课的第二个重点内容，十进制转为二进制应用了“除2反向取余法”。我们来实操一下。十进制数37如何转换为二进制数？请同学们面向电子白板。（演示37除2取余过程）再来，十进制数25如何转换为二进制数？（演示25除2取余过程）同学们明白如何利用“除2反向取余法”将十进制数转换为二进制数了吗？学生：明白了。教师：我们来看一道会考实例：2020年河北省学业水平考试信息技术试题——十进制的69相当于二进制的多少。9号同学，你来前边演算一下结果。（学生演示）教师：他的结果正确吗？学生：正确。教师：非常好。我们之前提到，生活中也会用到八进制数，那么十进制数如何转换成八进制数呢？我们来看一道“啤酒装箱”的问题。“工厂要给419听啤酒进行包装。为了便于顾客购买，设计了一种包装叫“提”（一提就走），可装8听。从工厂向购物中心发货时，为了方便，又把8提装成一箱。现在要把这419听啤酒尽量装成“提”，即够8听就要装成一提，所以，剩余的单听啤酒数量必定小于8听。其次，所有装好的提要尽量装箱，够8提就必须装成一箱，所以，剩余提的数量也必定小于8。问一共装了多少箱？剩余多少提？剩余多少听？”我们首先看第一个问题，剩余多少听。怎么计算？15号同学，你来说一下。学生：419/8教师：请坐。419/8=52余3。也就是说，可装52提，剩余3听。由此算式，得出419=52*8+3，可以理解吗？学生：可以。教师：第二个问题，剩余多少提？装了多少箱？怎么计算？学生：（齐答）52/8教师：52/8=6余4。也就是说，可装6箱，剩余4提。同时得出52=6*8+4。将算式2带入算式1，得到419=(6*8+4)*8+3=6*8*8+4*8+3=6*82+4*81+3*80。可以理解吧？学生：可以。教师：我们已经学过十进制权是10n，在距离问题中，我们把十进制数1234按权展开，可得(1234)10=1*103+2*102+3*101+4*100。效仿推理，十进制数419按权展开结果为(419)10=4*102+1*101+9*100。可以理解吗？学生：可以。教师：继续。八进制的权是——学生：8n。教师：我们刚才得到，419=6*82+4*81+3*80，那么可以推测，十进制数419可以表示八进制的——学生：643。教师：将刚才的计算过程进行归纳总结，我们发现，将十进制数419转换成八进制数643的过程，实际上就是除八反向取余数的过程，也就是除8反向取余法。刚才学到十进制转换成二进制数用的是——学生：除二反向取余法。教师：那么可以得出，十进制数转换成R进制数应该使用什么方法？学生：除R反向取余法。教师：十进制转换成R进制数用的是除R反向取余法。我们提到，生活中还常用到十六进制，那么十进制转换成十六进制应该用的是——学生：除十六反向取余法。教师：我们来看一个生活实例。RBG颜色标准可以用三个三位十进制数来表示一种颜色，比如RGB（64，224，208），同时还可表示为16进制颜色码，我们将十进制转换成十六进制用的方法是——学生：“除16反向取余法”。教师：请同学们计算，(64)10转换成十六进制为多少。3号同学，你来黑板上板书一下转换过程。（学生活动）教师：好，请回。同学们，他的结果和转换过程正确吗？学生：正确。教师：依据“除16反向取余法”，十进制数64可转换成十六进制数40，同样我们也可以得到(224)10所对应的十六进制数。同学们对于这个结果，有什么疑问吗？45号同学你来说一下。学生：这个“140”可以看作1/4/0，也可以看作14/0。教师：非常好，请坐。也就是这个结果存在两种理解方式，容易造成误解。那么怎么来解决这个问题呢？这就涉及到我们一开始学到的基数，十六进制的基数是——学生：16。教师：也就是十六进制每一位上可能出现16个数字，分别是从0-15，为了避免刚才的情况发生，两位数的10-15用英文字母A-F来表示，那么，我们刚才的换算结果就可以记作——学生：E0。教师：也就是224D=E0H，同理，208D=D0H。现在我们已经知道，十进制数转换成R进制数用的是“除R反向取余法”，那么R进制数如何转换成十进制数呢？我们以十进制数转换成二进制数为例，分析这个问题。我们已经学到了基数和权的概念，在路程计算的问题中，我们将十进制数1234按权展开得出1234=1*103+2*102+3*101+4*100；在“啤酒装箱”问题中，我们将十进制数419按权展开得出419=4*102+1*101+9*100，我们尝试将二进制数1001按权展开，自右向左，依次为1*20、0*21、0*22、1*23。通过计算可得，按权展开后