《编码表示信息》实验教学设计

陈菁菁 浙江省杭州市采荷第二小学

● 实验内容分析

本课内容选自《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》第二学段（3～4年级）的“数据与编码”模块，本模块针对数据这种信息社会中的新型生产要素，强调数据在信息社会中的重要作用，阐明数据编码让信息得以有效利用的意义，培养学生利用信息科技解决问题的能力。通过本模块的学习，学生能认识数据在信息社会中的重要作用，掌握数据编码的基础知识，根据需要运用不同的编码对信息进行表达，认识数据编码的价值与意义。

《编码表示信息》包括在编码前要设定规则，以保证编制的“码”有一定的组织规则，在确定编码规则后，就可以用数字、字母或文字进行编码，编码长度与所包含信息量的关系是制订编码规则时需要考虑的因素，通过真实情境经历编码，感受编码的目的是建立唯一标识，使得社会更加有秩序。

● 学习对象分析

本课的学习者为四年级学生，在知识储备上，学生对数字编码仅知道一点表象，生活中没有认真思考研究过，但是通过对第一和第二单元的学习，对数据的概念有了系统的了解。在操作方法上，学生平时经常用平板，有数字化学习的经验，并有生活中扫一扫二维码的使用经历，但是没有系统思考过背后表现的信息形式。在学习兴趣上，他们对运动会号码布编码和制作二维码有很大的兴趣和学习积极性。

根据四年级学生的特点，本课以生活中常见的编码应用场景为主线，引导学生从具体的编码中提取出关键信息，了解编码表现形式，以及编码的目的、编码的规则，认识到编码的唯一性可以使社会更有秩序。

● 实验素养目标

1.教学目标

通过自主探究、师生交流，知道可以使用数字、字母、文字、颜色、图片进行编码来表示信息。

通过对真实案例的分析，认识数据编码的目的，了解编码长度与所包含信息量之间的关系，体会编码在生活中的应用。

通过对运动会号码布进行编码的实验，掌握编码的规则、形式。

2.核心素养指向

信息意识：知道数据编码的目的，理解编码是保持生活更有秩序的基础，初步建立唯一标识的意识。

计算思维：能将简单问题拆解，选择数字、字母或文字编码表示信息，有意识地把问题划分为多个可解决的小问题，通过解决各个小问题，实现整体问题解决。

信息社会责任：认识数字身份的唯一性，主动保护个人信息。

数字化学习：利用平板电脑扫描二维码，生成计算机可处理的数据表。

● 实验重难点及对策

重点：根据需要选择使用数字、字母、文字、颜色、图片编码表示信息。解决对策：针对现实生活中的不同场景的编码应用进行小组讨论，头脑风暴，提取关键信息，得出结论。

难点：根据实际应用场景的需要对事物进行合理的编码。解决对策：以校园运动会为情境，以体育老师的困惑为问题，小组合作，利用所学的编码知识，为参赛运动员进行编码，以实现身份的识别，在实验中理解编码的方法与意义。

● 实验整体思路

本节课教学从“趣味活动，编码冲突引思考——实验探究，编码知识能应用——拓展思考，编码目的促理解——总结反思，编码意义再延伸”四个环节展开，学生通过分析对比班内学号和全国学籍号，认识到编码规则对编码唯一性的重要作用，了解到编码长度越长表示的信息量越多。接着让学生观察生活中常见的编码，认识编码形式的多样化（字母、汉字、数字、颜色），通过运动员号码布的真实任务帮助学生对编码从理解走向应用，并让其真切感受到根据需要表达的信息来编码的重要性，随后利用二维码这种典型的图片编码的形式启蒙学生认识计算机识别和管理编码的便捷性，最后的视频拓展激发学生对计算机领域的编码产生更浓厚的研究兴趣，编码通过唯一标识可以使生活变得更加有秩序。

● 实验资源

教师的准备：课件、各色贴纸、磁贴等。

为学生所做的准备：水彩笔、海报纸、iPad、二维码、实验导学单等。

● 实验教学过程

1.趣味活动，编码冲突引思考（如表1）

表1

2.实验探究，编码知识能应用（如下页表2）

表2

3.拓展思考，编码目的促理解（如下页表3）

4.总结反思，编码意义再延伸（如第17页表4）

表4

● 实验设计与创新点

1.在真实情境中激发并保持编码的兴趣

本课选择的实验情境是学生在校熟悉的运动会，从传统运动会号码布的问题入手，让学生能将简单问题拆解，然后进行逐一解决，实验学习的过程有利于学生迁移到生活中的其他领域，也使其深切感受到编码在生活应用中的便捷性。

2.在初步探究中了解编码的形式与规则

生活中随处可见编码，但学生之前并未关注过这些。通过一个小实验，让学生小组合作，在身份证、车牌、图书编码等生活中常见的编码应用中，选择一类感兴趣的编码实例进行观察和讨论，分析这类编码的表现形式代表的含义等，了解编码的规则与目的。

3.在实践应用中理解编码的原理与意义

为了让学生进一步理解编码的原理，感悟编码的意义，以校园运动会这一学生非常喜欢的活动为情境，安排了为运动员设计号码布的实验活动。通过对问题进行拆解，如选择数字、字母、文字或者颜色，制订合适的编码规则，用唯一的标识来表示运动员的信息，体现了“科”与“技”并重，用编码的原理指导具体的实践应用。

4.在问题解决中发展计算思维

有意识地把问题划分为多个可解决的小问题，通过解决各个小问题，实现整体问题解决。在小组间分享编码规则和表现形式，发现小组之间制订得各不相同，并且有些编码形式导致数据指向不唯一从而引发认知冲突，如学生把比赛项目进行编码（如下图），导致一位运动员如果参加两项比赛就会出现两个编码，从而导致编码不唯一，师生讨论聚焦到哪些信息需要进行编码的核心问题上，通过学生的假设、讨论和验证从而得出符合信息需要的编码规则的结论。

● 教学反思

1.满意之处：预设实验冲突，学生自主验证得结论

学生在迁移学习身份证、车牌、图书编码等生活中常见的编码规则和表现形式后，能够举一反三地迁移应用到运动员号码布的编码上，但是在面对提供的运动会活动方案的详细信息时，学生难以快速且精准地从中提取出能够体现唯一标识且必要的信息，容易陷入所有信息都进行编码的误区，而这恰是本实验的预设之一，让学生经历第一次尝试，然后分享汇报，发现问题，修改编码规则的完整过程，从中再次感知到编码唯一性的重要性。实验的结论是学生自主假设、讨论、验证和总结得出，体现从学生中来到学生中去。

2.改进之处：体验不同形式，感受信息传播效率影响

不同小组间的编码表现形式存在差异，如在表现校区这一个信息时，有些小组用字母AB编码，有些小组用数字12编码，有些小组用CJ（采荷、景和的第一个汉字字母）编码，各不相同，可以增加环节让学生体验不同的编码形式对所编码的信息的解码和传播效率的影响，从而意识到在确定编码规则后，还可以找到最优或者最合适的表现形式，以提高后续信息的传播和应用。

● 实践作业

用自己小组制订的运动员号码布的编码规则为不同项目、不同年级、不同性别的运动员编码，然后小组内角色扮演裁判、检录员、体育老师、班主任，思考编码规则制订和表现方式的有效性。