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1、教学设计：二进制与计算机一、 教材分析本内容选自广州市教育局教学研究室2013年新编的信息技术初中第一册第一章信息与信息技术中第3节计算机的基本工作原理中的第二小节。二进制是计算机工作的基本形式，也是计算机理论知识中的最基本的原理，对于信息技术的学习及了解计算机的工作原理具有不可忽视的奠基作用。原教材以一小节的篇幅介绍二进制，只解答了计算机为什么要采用二进制，语焉不详，内容也相对抽象不易理解，难以引起学生的兴趣和重视。有鉴于此，笔者单独以一课时的时间介绍这一相关知识。二、 教学对象分析本课教学对象为初一的学生。初一的学生活泼好动，但其逻辑思维能力和抽象思维能力相对较弱，对于二进制的工作原理不一
2、定能够直观地理解，所以，笔者在教学设计中，以活动为主线，环环相扣，让学生在游戏中不断体悟二进制的妙用。三、 教学目标（一）知识与技能：学会二进制数与十进制数之间的转化，认识计算机表示字符的原理，认识计算机描述图片的原理。（二）过程与方法：通过模拟活动体会到计算机对字符的表示方法，通过设计图形编码了解计算机对图像的表示方法。（三）情感态度价值观： 学会相互之间的合作和沟通，了解二进制原理在计算机中和生活中的应用，激发其创新思考的乐趣。四、 重点难点分析教学重点： 二进制与十进制的转换教学难点： 二进制对字符的表示五、 教学手段讲授法、游戏法六、 教学实施过程教学环节教学活动设计意图教师活动学生活
3、动导入展示4张牌，第一张牌上有1个点，第二张牌上有2个点，第三张牌上有4个点，第4张牌上有8个点，让学生观察规律，说出第5张牌有多少个点？其规律是什么？(第i张牌的点数是2i-1 )观察牌，总结规律题目简单有趣，能够在短时间内吸引学生的注意力。而且每张牌的点数隐含着二进制位数的权，为正式介绍二进制做好铺垫。二进制与十进制数的转换1、 怎么表示二进制现在，我们将某些牌翻转。那么，翻转后，这幅牌上有多少个点如果我们把面朝上的牌当作1，面朝下的牌当作0，则以下牌可以这样表示为01001，则它对应的有9个点那么以下几张牌有多少个点呢？总结规律：如果将每一位数都认为背后有一个点数2i-1，那么，二进制数
4、可以转化为24*1+23*0+22*1+21*0+20*1=21思考：十进制数背后有没有一个点数呢？它的值是多少呢？2、 练习，将二进制转换成十进制同学已经可以非常敏捷地将二进制数进行了转换，那么你知道下面的图表示多少吗？3、 将十进制转换成二进制现在，各位同学已经能够非常熟练地进行二进制转换，但是，有一个难题，需要大家解决，那就是john的生日蛋糕问题。John出生在1970年，他要过生日了，想要在生日蛋糕上插上蜡烛表示自己的岁数。但是，我们都知道，他已经43岁了，如果在蛋糕上插满43根蜡烛，不仅蛋糕插得太挤，而且蜡烛之间还可能会互燃。他想到用二进制来表示自己的岁数，他在蛋糕上插上六根蜡烛，
5、想用点燃蜡烛表示1，不点燃蜡烛表示0，但他不知道具体应该点燃哪几根蜡烛，你能帮他吗？思考：你能不能用一只手表示你岁数学生回答，提问他是怎么推出答案的题目太多，可以分两组让学生计算，竞争回答计算结果学生回答问题，并提问他是怎么推出结果学生尝试用一只手表示自己的岁数通过纸牌的翻转引入二进制数，过程流程，学生容易接受，用不同形态来表示二进制数，容易激起学生的兴趣，结合情景学习，更能加深学生对二进制的理解。巩固学生对二进制的理解，利用不同形态来表示二进制，有利于学生思维迁移结合情景，不仅能激起学生兴趣，更能加深学生对二进制在生活中应用的理解情境拓展，巩固学生的认识二进制编码1、 情境有一天夜里，你正在
6、写作业，突然发现对面楼里有灯光一闪一闪地，似乎有某种规律，你仔细观察后发现对方可能是用二进制来发送信息，于是，你把信息记了下来，发现是以下一串代码01000 00101 01100 10000请问，你知道这是什么意思吗？后来，你记得对面是你的一个小伙伴，你们曾经给字母编过表，如下：现在，你能看出小伙伴的意思吗？ 原来，密码是这样破解的：从字母表里找到字母对应的数字，将数字转化成二进制进行传输，接收到二进制后将其转化成数字，再从字母表里找出对应的字母。2、 游戏根据以上规则，用二进制的方式给同桌发送一个单词。二进制的表示方式用多种，可以用手指表示，可以用声音表示，也可以眨眼皮表示3、 讲解其实刚
7、才各位同学所做的，正是计算机的工作，只不过，计算机所用的表跟大家不用，它用一张特定的编码表，叫ASCII表。计算机要传递一个字符，首先先在这张表里找到字符对应的编码，例如，A对应的编码就是65，然后将编码转换成二进制进行传输，另一台计算机接受到二进制后，将其转换成十进制，然后从ASCII表中找出对应的字符进行处理。思考：ASCII只定义了英文字母，计算机又是怎么表示其它文字的，比如中文、日文、韩文之类的学生猜猜意思，将二进制数转成十进制学生破解出意思学生做游戏，同桌之间一个用二进制传输一个单词，另一方解析这个单词。本环节讲解二进制的编码知识，单纯地讲，该知识可能比价乏味。通过情境设置让学生来逐
8、步模拟计算的运行，让学生不知不觉中知道了计算机的编码环节，同时通过设置活动加深了学生对这个流程的理解。最后才正面讲解计算机的编码流程，巩固学生的认识。二进制与图像1、 图像的表示计算机虽然明白了字符之间的传输，但是它怎么知道这个字怎么写呢？计算机可以用一个表格来描述一张图片，每个格子表示一点。如果该点有颜色，就表示为1，如果没有颜色，就表示为0。2、 活动现在传输一个二进制图像给你，你能快速地解码出来吗？你怎样编写一张图片，然后以二进制的方式发送给你的小伙伴。教师在此以excel的方式制定好表格，让学生解码一个图像，然后让学生自己绘制一个图像然后进行编码。3、 应用用二进制方式描述图像的方法在
9、我们生活中有很广泛的应用，比如可以用来画图，如像素画：十字绣便是根据这原理来实现的最广泛的一个应用是打印机和传真机。思考：如何用二进制数描述一个物体并实现3D打印呢？学生思考学生活动，接受教师发送的表格，并开始解密图像，并设计图像，给图像编码本环节讲解如何用二进制数来描述图像。问题承接上一个环节，电脑可以互相自己识别字符，但电脑和人之间如何传递字符呢？人不可能以ASCII码来识别字符。讲解图像的表示原理后，让学生通过活动对图像进行编码和解码，不仅加深学生对该知识的理解，更能激发学生创造性。紧接着对二进制描述图像在生活中的应用进行举例，可以较好地拓展学生认知，发散他们的思维。计算机中的二进制同学
10、们，通过刚才的例子，我们知道，在生活，我们可以通过各种各样的例子来表示二进制，那你们知道在计算机中，用什么方式来表示二进制吗？1、 利用电子原件的通电和断电来表示2、 利用光的反射来表示二进制，例如，光发生折射表示0，没有折射表示1。这就是光存储的原理，例如我们的光盘就是这样来存储数据的。3、 利用磁性来表示二进制，例如n-s表示1，s-n表示0，这就是磁存储的原理。例如我们的硬盘、U盘，就是这样来存储数据的。4、 利用声音来表示二进制，例如早期我们用电话线来传输数据，但是电话线是传输声音的（模拟信号），怎样让它传输二进制呢？我们设计两个频率，高频就表示1，低频就表示0，电脑传输时，通过调制解
11、调器将01信号转换成低频高频，就可以通过电话线传输了。电脑接受信号时，同样通过调制解调器将高频声音转化为1，低频声音转化为0，电脑就可以识别数据了。学生听讲，可以适时发问通过多方面的举例说明，让学生深刻认识到二进制在计算机中的广泛应用，而非教材中简单带过的“在计算机内部，所有信息的表示、存储、处理、输出均采用二进制”，可以让学生发散思维。总结总结课堂内容七、 教学反思笔者在设计这节课的时候，曾经反复思考，按照计算思维的理论，应该怎样将计算机的理论知识变成普适的知识。计算机的发明和不断改进，以及层出不尽的应用，都凝聚了前辈的智慧，不少伟大的数学家、计算机科学家在为其添砖加瓦，不妨说计算机是人类智
12、慧的伟大结晶。但我们在教授信息技术课程，或者说计算机理论知识时，更多只停留在应用层面，或者只讲解现成的构架，没有将发明过程中的艰难问题提出来，没有将计算机科学家如何柳暗花明巧妙化解难题的智慧表现出来。因此，信息技术教育才会沦为一种工具的教育，缺乏灵性和活力。笔者在设计本教案之前，也曾按照教材结构上过一节课，试想，将计算机工作原理浓缩一节课，但学生接触到的只是几个概念，对真正的原理并无深刻认识。而且，因为概念的抽象性，学生兴趣不高，更不能积极思考。于是，笔者借鉴不插电的计算机科学一书，单独抽离其中的一个知识点，结合初一学生的认知水平，设计成半游戏型的教学方式。虽然讲的是二进制，但又不单是计算机的
13、二进制。比如用蜡烛的点亮表示岁数，用手指的伸缩表示二进制，用灯光的亮灭传递信息，用其它各种信息表示二进制，如眨眼皮，如发两个音调的声音，二进制存储图像的原理在生活中的应用，不仅可以用来辅助画画、十字绣、打印传真等等，这些例子，都是希望我们所学的知识不仅仅是计算机世界的，更多是生活中的，是一种思维的体现，而不仅仅是知识。本节课的课堂效果很好。原本以为在二进制与十进制的转换环节学生的接受会较困难，实践证明，学生的反应很快，并且能很快找到规律。笔者在实验班和平行班都进行了实验，实验班的同学接受能力较快，教学进度很从容，平行班的教学进度相对有点赶，但学生的兴趣都很高昂，表现也很活跃，甚至不少学生下课后还主动过来表述他们对二进制的理解。不足之处，课堂节奏比较紧凑，有些活动环节未能充分开展。
