探究计算机中的数据表示数据在计算机中的表示

探究计算机中的数据表示

——认识数据编码

第1课时

一、教学目标

1.了解数据编码的意义和作用,体会数据编码的基本思想与方法。

2.经历数值数据编码的过程,掌握数值数据编码的基本方法。

二、教学重难点

重点:编码的意义与作用,数值数据的基本编码方式。

难点:无

三、教学准备

1.软硬件环境:多媒体教室。

2.教学素材:课件(商品条码、商品二维码等相关编码实例等)。

四、教学过程

第1课时

1.1导入

教师:通过课件展示来源于中国商品物品编码中心官网的商品条码的作用、案例相关的图片、视频;来源于中国商品信息服务平台的商品二维码的作用、产品展示、合作伙伴信息,让学生感受编码的魅力。

学生:认真观看课件展示的素材,小声交流。

教师:列举生活中的其它编码实例,如身份证号、邮编(以纸质版大学录取通知书的发放场景为例)、学籍号等,让学生感受到编码深入并改善着人们的生活。

学生:倾听,小声交流。

1.2分析生活中的编码实例

教师:简要复习上一个项目的重点内容和探秘鸟类活动实例,引导学生理解探秘鸟类活动研究中收集树牌号的重要性,引出树牌号的意义,结合“2130198”树牌号分析该树牌号中数字的含义,引导学生理解该树牌号的编码和解码,让学生掌握编码的规则。

学生:认真听讲、思考,小声交流,感受编码的魅力、总结编码的规则。

教师:结合编码实例总结编码的意义和作用。

教师:通过PPT,展示并提出问题:“(1)如果 2 区 11 子区中有10023 棵树,以上的编码规则是否适用?(2) 1位十进制数能表示多少种情况?2位、3位十进制数呢?(3)n 位十进制数能表示多少种情况?”

学生:思考,举手积极回答问题。

教师:请学生回答问题,对学生回答问题的态度和正确性等方面做评价;提出问题:“请大家思考:编码位数与编码可表示的情况之间有什么关系?”

学生:小声交流,个别学生抢答:“n位十进制数能表示10n种情况!”

教师:对学生回答问题的态度和正确性等方面做评价,引导其余学生向抢答问题的学生学习。

1.3编码体验——了解生活中的编码

教师:通过课件向学生展示一代身份证号和二代身份证号的区别,提出问题:“我国为什么要启用二代身份证号?”

学生:小声讨论,个别学生抢答“我国人口太多了,一代身份证号不够用了!”等等。

教师:讲解我国启用二代身份证号的正确原因;提出问题:“我校全体学生人数在8000~8500之间,采用什么方法可以为每位学生设计一个独一无二的学籍号?”

学生:思考,讨论。

教师:引导学生明确编码思路,选取学生分享编码方案。

学生:被选中的学生回答:“用5位十进制数字为每一位学生分配一个唯一的专属数字!”

教师:提出问题:“从上述学生设计的编码方案中,我们可以快速从学生的专属数字中知道该生的年级、班级么?”。

学生:集体回答:“不可以!”

教师:“哪位学生可以设计改良版的编码方案?”

学生:某生抢答:“让第一位十进制数字表示年级,取值范围为1~3;第二、三两位十进制数字表示班级,第四、五两位十进制数字表示同一个班级内的学生编号,最后还可以加一位数字表示学生性别!”

教师:“这位学生回答问题非常积极!勤于思考!大家说这个方案如何?”

学生:集体回答“方案很好!”

教师:总评该方案,引导其余学生向该生学习;提出问题:“如果我们每个班里的学生个数固定为25个,每年级的班级数量不低于100,此时编码方案应该如何修改?”

学生:集体回答:“将班级编码的数位增加至3位!”

教师:“在什么情况下需要修改编码规则以及如何修改?”

学生:思考,举手积极回答问题。

教师:对学生回答问题的积极性和正确性等方面做评价,总结修改编码的规则以及如何修改。

学生:认真听讲,思考。

1.4了解二进制数编码

教师:从终身学习角度引导学生重视自学,教师在教学中注重培养学生的自学能力;布置任务:请同学们参考课本第19、20页,自学计数制的相关知识,将疑问标注出来,也可以与同学探讨学习疑问。

学生:按要求自学计数制知识。

教师:组织学生将计数制知识的疑问提出来。

学生:举手回答自己的疑问。

教师:结合课件对学生的疑问进行讲解;展示二进制、八进制、十进制、十六进制相关知识点。

教师:通过PPT展示问题:(1)哪些情况适合用二进制数编码?(2)1位二进制数称为1bit,1个比特位能表示多少种情况?(3)n位二进制数(n个比特位)能表示多少种情况?“大家比赛,看看哪位学生最先通过自学可以解答电子屏幕展示的问题。”

学生:争分夺秒地思考上述问题,举手抢答。

教师:组织学生分享自己的答案,对学生答案的正确性和积极性做评价;提出问题:“为什么电子计算机采用二进制表示数据?”并从技术实践和运算复杂度角度引导学生分析该问题;提出问题:“二进制位数与编码可表示情况之间有关系么?若有,关系是什么?”

学生:举手抢答:“n位二进制数能表示2n种情况!”

教师:扩展讲解二进制、八进制、十六进制在计算机中的使用场景。“接下来,我们做一些练习。”通过课件展示练习题:(1)用0、1 表示灯泡灭、亮的状态,4个灯泡最多有几种组合?设计编码方案,写出可能的编码。(2)用0、1表示单项选择题的4个选项,需要几个比特位? 如何编码?

学生:认真思考,举手积极回答问题。

教师:对学生回答问题的积极性和答案的正确性做评价,引导学生分析上述问题的答案。

1.5了解数值数据的编码

教师:布置任务:参考课本,自学数值数据编码的知识,并标记自己的学习疑问,也可以小声与同学探讨学习疑问。

学生:按要求自学、标注疑问并小声讨论。

教师:组织学生提出自己的学习疑问。

学生:提出自己的学习疑问。

教师:结合学生的疑问当堂完善教学过程;提出问题:如何将一个十进制实数转换为二进制数?

学生:异口同声地回答:“整数部分除2反向取余,小数部分乘2正向取整!

教师:展示进制转换的相关练习题((28.925)10 =(?)2,并组织学生抢答。

学生:独立完成习题;抢答。

教师:夸奖抢答问题的学生;通过举例((629)10 = 512 + 64 + 32 + 16 + 4 + 1 = 29 + 26 + 25 + 24 + 22 + 20 = (1001110101)2、(37)10 = 25 + 22 + 20)

让学生掌握十进制整数数值数据转换为二进制数的另一种方法。

补充知识:计算机中数据的基本单位是字节(Byte),1B=8b,1KB = 210B,1MB = 210KB,1GB = 210MB,1TB = 210GB;

教师:介绍原码、反码和补码的格式

提出问题:“计算机中的数值数据可以用原码表示吗?为什么?”

学生:思考,回答不一。

教师:“哪位学生可以最快表示出来0的原码?”

学生:借助演草纸快速计算,举手抢答:“00000000、10000000”。

教师:“大家说说该学生表示的对不对?”

学生:“对!”

教师:“用原码在计算机中存储数字0时,出现了歧义,违反了编码规则!大家可以想出来一个解决办法么?”

学生:思考,小声讨论。

教师:向学生介绍反码的格式,提出问题:“计算机中的数值数据可以用反码表示吗?为什么?”

学生:“不可以!用反码在计算机中存储数字0时同样出现了歧义,违反编码规则!”

教师:向学生介绍补码的格式,提出问题:“计算机中的数值数据可以用补码表示吗?为什么?”

学生:集体回答“可以!”

教师:评价学生回答问题的积极性和正确性!总结计算机内用采用补码的原因。

学生:认真听讲。

教师:通过课件展示原码、反码、补码相关的练习题(32、-41的二进制、原码、反码、补码的表示),“哪位学生可以最快计算出问题答案?举手抢答!”

学生:借助演草纸计算,举手积极抢答问题。

教师:对学生回答问题的积极性和正确性做评价。

1.6小结

教师:借助思维导图简要概括总结本节主要知识点:

学生:认真听讲,回顾本节内容。

1.7拓展延伸

教师:你在生活中有没有见到其它的编码实例?

学生:思考,举手回答问题:“身份证号”“车牌号”。

教师:“身份证号”“车牌号”中包含了文本数据,如何为文本数据编码呢?请同学们课下思考,也可以和同学探讨。

1.8课后练习

教师:将本书配套的数值数据编码的同步练习整理为文档,打印后发给学生,要求学生独立完成并上交。

学生:完成作业并上交。

教师:快速评阅,合理设计答疑辅导环节。

五、反思总结

1.项目二第1课时的内容理论性较强,易给学生带来晦涩难懂之感,通过商品条形码、商品二维码、身份证号等多种生活中常见的应用实例,让学生意识到编码的重要性,引起学生对编码的重视,潜移默化中影响学生的学习态度,比单纯语言形式说教更有效,在以后引入新课时同样要注重营造导入环节氛围。

2.从我所教的理科生课堂表现来看,在树牌号、身份证号编码情境中,大部分理科生聚精会神地听讲,这表明大部分理科生对这部分内容兴趣浓厚,在二进数编码、数值数据的编码相关内容教学过程的提问、探究环节,大部分理科生回答问题态度积极,课堂参与度高,补充十进制整数转换为二进制整数的另一种方法,拓展学生的思路,培养学生乐于思考的习惯,在后续理论性较强的教学内容授课环节中,可结合此次教学经验,巧妙设计多个提问、探究环节,在兴趣的激发下引导学生分析问题,培养学生对信息技术发展的适应能力,提升学生信息素养。

3.将较难理解的知识点的理解过程设计为探究环节,通过引导学生分析为什么计算机中的数据以补码的方式表示,让学生在探究中理解这部分内容,提升学生的逻辑思维能力,中间穿插精心设计的提问环节,增强学生的主体意识和课堂参与感,提升学生的团队合作能力、语言表达能力,为培养新时代的科技精英奠定基础,在后续学生较难理解的知识点的教授过程中可采用该方法。

4.结合学生的课堂表现、作答同步练习的结果等,分析学生的强项和薄弱环节,回顾相关内容的教学方法,分析原因,教学效果好的教学方法继续采用,结合学生的特点等实际情况、教学内容的特点等在探索中调整教学效果较差的教学方法,力图为学生带来更加专业的教学服务。

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风君子

独自遨游何稽首 揭天掀地慰生平

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