设计“主题活动”切入项目式教学

吴阳妹

摘要：主题活动的开展能使教学主线的推进具有逻辑性、整体性、趣味性，并为分层次教学、项目式教学提供有效支撑。本课作为一节研讨课，对教材内容进行了整合、重构，将“编码”与“数制转换”融合为“数据编码”章节的第一课时，以主题活动“解密压缩文件”做明线，以编码、数制的概念、数制转换的方法做暗线，在明暗交织中达成教学目标，并为在后续课程中开展项目式教学做好准备。

关键词：主题活动;编码;数制转换;项目式教学

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）12-0052-04

● 案例背景

“数据编码”是教育科学出版社出版的信息技术《必修1 数据与计算》第三单元第一节的内容。该节课的学习目标为：①了解各类数据采集的基本方法;②能够解释文本、音频等数据的编码原理;③理解数据编码的意义和作用。由于声音的数字化、文本数据的编码等均涉及二进制数值的使用，因此，作为一节研讨课，笔者尝试将编码与数制转换作为本节第一课时的教学内容，声音的数字化、文本数据的编码等教学内容在后续课时展开。

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》明确指出，“培育以学习为中心的教与学关系，在问题解决过程中提升信息素养”，建议把项目整合于课堂教学中，促进学生学科核心素养的养成。在《必修1 数据与计算》模块中，编程计算、计算与问题解决、数据分析与人工智能等教学内容能够融入程序设计语言的教学中，具备逻辑性和系统性，适合运用项目式教学达成教学目标。反观本节“数据编码”的教学内容，概念性较强，知识点相对分散，学生实践操作空间较小，开展项目式教学的难度较大，因此笔者尝试搭建“项目支架”，设计了“解密压缩文件”的主题活動。以发送密码、解读密码、打开压缩文件、提取拓展任务的活动主线贯穿《编码与数制转换》的教学，并在后续课程中，引导学生通过程序设计实践测试本次“主题活动”中的设计方案。通过“主题活动”塑造项目，以“主题活动”作为项目式教学的关键素材切入项目式教学，推动项目的实现。在本节课上，学生以小组合作的形式开展活动、生成方案，并在教师的引导下自主学习微课，在活动中充分理解、运用知识，在归纳、总结、延伸的过程中领悟学科思想与方法。

根据以上的学习内容分析和学情分析，笔者将教学目标设定如下：在运用编码传递三位数字密码的过程中体会编码的作用与意义;掌握数制、数码、基数、位权的概念及不同数制的表示方法;掌握十进制整数与R进制整数的转换方法;深入理解数据编码的作用，激发对声音的数字化、文本数据的编码等后续课程的学习欲望。教学重点：理解编码的概念;掌握十进制、二进制、十六进制的特点与表示方法;运用“除R反向取余法”“按权展开求和法”解决十进制整数与R进制整数间的转换问题。教学难点：理解数据编码对计算机科学的重要意义。

● 教学过程分析

1.创设情境，完成活动环节“写写你的方案”

学生以小组合作的方式开展活动，在体验编码、解码的过程中理解编码的概念，体会编码的作用

活动引入：教师将“秘密文件”（加密了的压缩文件）提前发送至某台学生机，该文件的密码为三位，每位可为0～9之间任意一个数。请偶然得知三位数字密码的一位同学将其传递给收到“秘密文件”的同学，前提是不借助他人的帮助、不离开座位。

教师根据学生的活动情况，逐步添加限制条件，如学生用口语传递密码，教师添加“不可以动口”的限制;学生用肢体语言传递密码，教师添加“背靠背、无法看到举止动作”的限制;在学生尝试用敲桌子或者拍手传递密码时教师引导学生进入活动环节“写写你的方案”。

教师请学生分小组合作探究在重重限制下传递三位数字密码的方案。在学生充分活动、形成小组方案后，教师请一组或两组学生上台演示方案，并提问关键问题：①方案能够准确表达“021”和“210”吗？②方案需要使用几种符号描述？学生在思考过关键问题之后，能够自主判断方案可行，可使用两种符号进行书面描述。

师：我们现在能运用两种符号来表示三位数字密码，改变了三位数字密码的形式，体验了编码的过程。什么是编码？编码是信息从一种形式或格式转换为另一种形式或格式的过程。在确立了规则后，信息的不同形式或格式间就建立了对应关系：一方面，传递信息的媒介或环境是多变甚至是受限的，信息的形式或格式在改变之后，可使传递信息的方式更多样，如根据大家的方案，通过手电筒的短闪、长亮或桌面的敲划同样能够传递密码;另一方面，有了对应关系，从A能转换到B，从B也能转换到A，就像我们现在能够用信号发送密码、能够由信号解读出密码一样。

2.教师点明数据编码意义并与主题活动联系起来

师：编码对计算机科学有十分重要的意义。我们在生活中获得数值、文本、音频、图像等各式各样的数据，而计算机内部只能识别0、1两种状态，怎样把纷繁的数据传递给计算机呢？我们既需要转换其表达形式还要能准确地表达意思，这就需要对各类数据进行编码。而和解决传递密码问题紧密相关的就是数值编码。

为什么说数值编码和密码问题紧密相关呢？数值编码是把数值转换成用0、1表示的数据，三位密码是不是可以作为一个三位数？当它转换为用0、1表示的数据时，是不是就能用于传递密码了？“知己知彼，百战不殆”，我们来重新审视一下日常生活中使用的数值。

3.认识十进制、二进制的特点与掌握不同数制的表示方法

（1）教师由十进制引导学生理解数制、数码、基数、位权的概念;学生自主推导二进制的特点。

师：在日常生活中我们使用的是十进制，而十进制只是许多数制中的一种。

教师引入数制、数码、基数、位权的概念，并借分析十进制在数码、基数、位权三方面的特点加深学生对相关概念的理解。在此基础上，教师提问关键问题：①日常生活中我们使用十进制，而计算机中只能识别0、1两种状态，它使用哪种进制？②二进制的数码、基数、位权分别是什么？教师将学生的回答梳理成表。

（2）教师引入不同数制的表示方法。

师：我们梳理了二进制、十进制的特点，现在看到一个数“1101”，它是二进制数还是十进制数？（由此引发学生思考，教师引入不同数制的表示方法）

4.学生自主学习微课与完成活动环节“传一传”

师：我们知道了二进制、十进制的特点，而想要传递密码需要把数值用0、1表示出来，这不就是把十进制数转换成二进制数吗？请大家自学微课视频，“传一传”密码“058”。

（1）教师制作了微课，讲解了“除R反向取余法”并演示了两个示例。第一个示例为1234D转换为1234D，通过演示十进制数转十进制数的过程，减轻学生的认知负担，加深其对方法的理解。第二个示例为12D转换为1100B，學生认识到“R”为目标进制数的基数，“除R反向取余法”能够解决十进制整数转R进制整数的问题。

（2）教师引导学生对方案予以评价。学生通过自学微课，将58D转换为111010B，用两种信号实现密码的发送。教师提问关键问题，推动学生深入思考，拓展认识：十进制整数转换为二进制整数这种编码方案同我们设计的传递密码的方案，哪个更优？理由是什么？学生通过自主思考意识到编码的效率问题。

5.学生自主学习微课与完成活动环节“解一解”

师：我们能够依据规则把三位密码传递出去，现在你收到这样一串信号（教师通过敲划桌面表达“10011”），你能否解出它背后的三位数字密码？这是不是要把二进制数转换为十进制数？请大家自学微课，解出信号对应的密码。

（1）教师利用微课讲解“按权展开求和法”并演示两个示例。第一个示例为1234D转换为1234D，第二个示例为10111B转换为23D。学生通过微课的学习，认识到抓住原进制数的数码与位权、利用“按权展开求和法”能够解决R进制数转十进制数的问题。

（2）学生通过自学微课，将10011B转换为19D，解出信号对应的密码为“019”。

6.完成活动环节“打开秘密文件”，解锁拓展任务

师：我们能用信号传递密码，还能解读信号还原密码。现在每个人都收到了“秘密文件”，它的密码到底是什么？它原来的密码是“058”，但为了更加保密，将密码改为了其对应的十六进制数。我们知道，掌握了数码、基数、位权，就可以完成数制的转换。“磨刀不误砍柴工”，你能否根据表格中梳理出的二进制、十进制的特点（如下表）推导出R进制的特点？掌握了R进制的特点，那么十六进制的特点是什么？

学生自主推导R进制、十六进制的特点。教师给出关键提示：①十六进制中使用数码A、B、C、D、E、F分别对应10～15的值;②十六进制数的表示方法。

学生运用“除R反向取余法”，自主推导十进制数转十六进制数的过程。将58D转换为3AH，打开压缩文件，取出拓展任务（含任务说明、操作表格）。

7.加深学生对编码的作用与意义的理解

拓展任务包含两个文件，分别为任务说明（如下页图1）、操作表格（如下页图2）。本练习是基于人教版教材1.1.2章节实践活动“颜色码的数制转换”的改编。教师将班级学生分为七组开展活动，小组成员需要先将十六进制颜色码转换为该颜色对应的RGB十进制值，再利用这组值填涂Excel表格。

学生开展活动，发现填涂的是彩虹的颜色。教师给予活动评价并通过提问的方式提醒学生观察不同颜色的颜色值：①红色的颜色值（255，0，0）加上绿色的颜色值（0，255，0）得到的颜色值是什么？对应了哪一种颜色？②表中还有没有两种颜色混合能够得到另一种颜色？

学生观察发现红色与绿色混合得到黄色，蓝色与绿色混合得到青色，教师做活动总结：①编码建立了对应关系，通过颜色编码能够方便地调用目标颜色;②编码实现了信息的数字化，在此基础上对数据加以运算能够实现对信息的处理、加工。

8.归纳总结，承上启下

学生在主题活动中，体验了编码的过程，掌握了数制转换的方法。教师基于学生的体会、经验强调数据编码对计算机科学的重要意义：一方面多种形式的数据通过编码能够转化成用0、1表示的数据，实现将信息传递给计算机;另一方面由于0、1是数字格式，计算机对其加以运算能够实现对信息的处理、加工，进而对现实世界产生深远影响。学生在深入了解数据编码的意义后，能够为后续课程（声音的数字化、文本数据的编码等）的展开做好学习兴趣、知识与技能等方面的积极准备。

● 项目反思

主题活动的开展使教学主线的推进具有逻辑性、整体性、趣味性，有利于学生认知的发展，如在本课中，以主题活动“解密压缩文件”做明线，以编码、数制的概念、数制转换的方法做暗线，在明暗交织中达成教学目标。

主题活动的“可延展性”为分层次教学提供支撑。教师体察学生的思维活动，分析学生的学习风格，以活动主题为中心延展教学，其最终形成的教学脉络可以是多向的、丰富的。例如在本课中，活动环节“传一传”“打开秘密文件”包含了58D与111010B、3AH的转换过程，教师可请学生观察学习任务单，将教学拓展至“二进制数、十六进制数快捷互转”。

复用主题活动的模式、思维成果，切入项目式教学。同章节的知识点有逻辑上的延展关系，因而主题活动的模式可在本章的教学中酌情复用，如将本章的活动主题抽象为“猜猜它是谁”，本课利用0、1传递数值，后续课时则利用0、1传递文本、描画位图等，通过多课时的串联生成本章的项目教学。另外，在“数据与计算”模块的教学中，教师可将程序设计作为容器承载起多个项目，培养学生的计算思维，如学生在参与主题活动时掌握了不同的编码方案并进行了评价，教师可在开展程序设计教学时，请学生运用程序设计测试不同编码方案的效率，将本节课的思维成果作为“评价编码方案的效率”这一项目的背景素材，开展跨章节的项目式教学。

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