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。