設計“主題活動”切入項目式教學

吳陽妹

摘要：主題活動的開展能使教學主線的推進具有邏輯性、整體性、趣味性，并為分層次教學、項目式教學提供有效支撐。本課作為一節研討課，對教材內容進行了整合、重構，將“編碼”與“數制轉換”融合為“數據編碼”章節的第一課時，以主題活動“解密壓縮文件”做明線，以編碼、數制的概念、數制轉換的方法做暗線，在明暗交織中達成教學目標，并為在后續課程中開展項目式教學做好準備。

關鍵詞：主題活動;編碼;數制轉換;項目式教學

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）12-0052-04

● 案例背景

“數據編碼”是教育科學出版社出版的信息技術《必修1 數據與計算》第三單元第一節的內容。該節課的學習目標為：①了解各類數據采集的基本方法;②能夠解釋文本、音頻等數據的編碼原理;③理解數據編碼的意義和作用。由于聲音的數字化、文本數據的編碼等均涉及二進制數值的使用，因此，作為一節研討課，筆者嘗試將編碼與數制轉換作為本節第一課時的教學內容，聲音的數字化、文本數據的編碼等教學內容在后續課時展開。

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》明確指出，“培育以學習為中心的教與學關系，在問題解決過程中提升信息素養”，建議把項目整合于課堂教學中，促進學生學科核心素養的養成。在《必修1 數據與計算》模塊中，編程計算、計算與問題解決、數據分析與人工智能等教學內容能夠融入程序設計語言的教學中，具備邏輯性和系統性，適合運用項目式教學達成教學目標。反觀本節“數據編碼”的教學內容，概念性較強，知識點相對分散，學生實踐操作空間較小，開展項目式教學的難度較大，因此筆者嘗試搭建“項目支架”，設計了“解密壓縮文件”的主題活動。以發送密碼、解讀密碼、打開壓縮文件、提取拓展任務的活動主線貫穿《編碼與數制轉換》的教學，并在后續課程中，引導學生通過程序設計實踐測試本次“主題活動”中的設計方案。通過“主題活動”塑造項目，以“主題活動”作為項目式教學的關鍵素材切入項目式教學，推動項目的實現。在本節課上，學生以小組合作的形式開展活動、生成方案，并在教師的引導下自主學習微課，在活動中充分理解、運用知識，在歸納、總結、延伸的過程中領悟學科思想與方法。

根據以上的學習內容分析和學情分析，筆者將教學目標設定如下：在運用編碼傳遞三位數字密碼的過程中體會編碼的作用與意義;掌握數制、數碼、基數、位權的概念及不同數制的表示方法;掌握十進制整數與R進制整數的轉換方法;深入理解數據編碼的作用，激發對聲音的數字化、文本數據的編碼等后續課程的學習欲望。教學重點：理解編碼的概念;掌握十進制、二進制、十六進制的特點與表示方法;運用“除R反向取余法”“按權展開求和法”解決十進制整數與R進制整數間的轉換問題。教學難點：理解數據編碼對計算機科學的重要意義。

● 教學過程分析

1.創設情境，完成活動環節“寫寫你的方案”

學生以小組合作的方式開展活動，在體驗編碼、解碼的過程中理解編碼的概念，體會編碼的作用

活動引入：教師將“秘密文件”（加密了的壓縮文件）提前發送至某臺學生機，該文件的密碼為三位，每位可為0～9之間任意一個數。請偶然得知三位數字密碼的一位同學將其傳遞給收到“秘密文件”的同學，前提是不借助他人的幫助、不離開座位。

教師根據學生的活動情況，逐步添加限制條件，如學生用口語傳遞密碼，教師添加“不可以動口”的限制;學生用肢體語言傳遞密碼，教師添加“背靠背、無法看到舉止動作”的限制;在學生嘗試用敲桌子或者拍手傳遞密碼時教師引導學生進入活動環節“寫寫你的方案”。

教師請學生分小組合作探究在重重限制下傳遞三位數字密碼的方案。在學生充分活動、形成小組方案后，教師請一組或兩組學生上臺演示方案，并提問關鍵問題：①方案能夠準確表達“021”和“210”嗎？②方案需要使用幾種符號描述？學生在思考過關鍵問題之后，能夠自主判斷方案可行，可使用兩種符號進行書面描述。

師：我們現在能運用兩種符號來表示三位數字密碼，改變了三位數字密碼的形式，體驗了編碼的過程。什么是編碼？編碼是信息從一種形式或格式轉換為另一種形式或格式的過程。在確立了規則后，信息的不同形式或格式間就建立了對應關系：一方面，傳遞信息的媒介或環境是多變甚至是受限的，信息的形式或格式在改變之后，可使傳遞信息的方式更多樣，如根據大家的方案，通過手電筒的短閃、長亮或桌面的敲劃同樣能夠傳遞密碼;另一方面，有了對應關系，從A能轉換到B，從B也能轉換到A，就像我們現在能夠用信號發送密碼、能夠由信號解讀出密碼一樣。

2.教師點明數據編碼意義并與主題活動聯系起來

師：編碼對計算機科學有十分重要的意義。我們在生活中獲得數值、文本、音頻、圖像等各式各樣的數據，而計算機內部只能識別0、1兩種狀態，怎樣把紛繁的數據傳遞給計算機呢？我們既需要轉換其表達形式還要能準確地表達意思，這就需要對各類數據進行編碼。而和解決傳遞密碼問題緊密相關的就是數值編碼。

為什么說數值編碼和密碼問題緊密相關呢？數值編碼是把數值轉換成用0、1表示的數據，三位密碼是不是可以作為一個三位數？當它轉換為用0、1表示的數據時，是不是就能用于傳遞密碼了？“知己知彼，百戰不殆”，我們來重新審視一下日常生活中使用的數值。

3.認識十進制、二進制的特點與掌握不同數制的表示方法

（1）教師由十進制引導學生理解數制、數碼、基數、位權的概念;學生自主推導二進制的特點。

師：在日常生活中我們使用的是十進制，而十進制只是許多數制中的一種。

教師引入數制、數碼、基數、位權的概念，并借分析十進制在數碼、基數、位權三方面的特點加深學生對相關概念的理解。在此基礎上，教師提問關鍵問題：①日常生活中我們使用十進制，而計算機中只能識別0、1兩種狀態，它使用哪種進制？②二進制的數碼、基數、位權分別是什么？教師將學生的回答梳理成表。

（2）教師引入不同數制的表示方法。

師：我們梳理了二進制、十進制的特點，現在看到一個數“1101”，它是二進制數還是十進制數？（由此引發學生思考，教師引入不同數制的表示方法）

4.學生自主學習微課與完成活動環節“傳一傳”

師：我們知道了二進制、十進制的特點，而想要傳遞密碼需要把數值用0、1表示出來，這不就是把十進制數轉換成二進制數嗎？請大家自學微課視頻，“傳一傳”密碼“058”。

（1）教師制作了微課，講解了“除R反向取余法”并演示了兩個示例。第一個示例為1234D轉換為1234D，通過演示十進制數轉十進制數的過程，減輕學生的認知負擔，加深其對方法的理解。第二個示例為12D轉換為1100B，學生認識到“R”為目標進制數的基數，“除R反向取余法”能夠解決十進制整數轉R進制整數的問題。

（2）教師引導學生對方案予以評價。學生通過自學微課，將58D轉換為111010B，用兩種信號實現密碼的發送。教師提問關鍵問題，推動學生深入思考，拓展認識：十進制整數轉換為二進制整數這種編碼方案同我們設計的傳遞密碼的方案，哪個更優？理由是什么？學生通過自主思考意識到編碼的效率問題。

5.學生自主學習微課與完成活動環節“解一解”

師：我們能夠依據規則把三位密碼傳遞出去，現在你收到這樣一串信號（教師通過敲劃桌面表達“10011”），你能否解出它背后的三位數字密碼？這是不是要把二進制數轉換為十進制數？請大家自學微課，解出信號對應的密碼。

（1）教師利用微課講解“按權展開求和法”并演示兩個示例。第一個示例為1234D轉換為1234D，第二個示例為10111B轉換為23D。學生通過微課的學習，認識到抓住原進制數的數碼與位權、利用“按權展開求和法”能夠解決R進制數轉十進制數的問題。

（2）學生通過自學微課，將10011B轉換為19D，解出信號對應的密碼為“019”。

6.完成活動環節“打開秘密文件”，解鎖拓展任務

師：我們能用信號傳遞密碼，還能解讀信號還原密碼。現在每個人都收到了“秘密文件”，它的密碼到底是什么？它原來的密碼是“058”，但為了更加保密，將密碼改為了其對應的十六進制數。我們知道，掌握了數碼、基數、位權，就可以完成數制的轉換。“磨刀不誤砍柴工”，你能否根據表格中梳理出的二進制、十進制的特點（如下表）推導出R進制的特點？掌握了R進制的特點，那么十六進制的特點是什么？

學生自主推導R進制、十六進制的特點。教師給出關鍵提示：①十六進制中使用數碼A、B、C、D、E、F分別對應10～15的值;②十六進制數的表示方法。

學生運用“除R反向取余法”，自主推導十進制數轉十六進制數的過程。將58D轉換為3AH，打開壓縮文件，取出拓展任務（含任務說明、操作表格）。

7.加深學生對編碼的作用與意義的理解

拓展任務包含兩個文件，分別為任務說明（如下頁圖1）、操作表格（如下頁圖2）。本練習是基于人教版教材1.1.2章節實踐活動“顏色碼的數制轉換”的改編。教師將班級學生分為七組開展活動，小組成員需要先將十六進制顏色碼轉換為該顏色對應的RGB十進制值，再利用這組值填涂Excel表格。

學生開展活動，發現填涂的是彩虹的顏色。教師給予活動評價并通過提問的方式提醒學生觀察不同顏色的顏色值：①紅色的顏色值（255，0，0）加上綠色的顏色值（0，255，0）得到的顏色值是什么？對應了哪一種顏色？②表中還有沒有兩種顏色混合能夠得到另一種顏色？

學生觀察發現紅色與綠色混合得到黃色，藍色與綠色混合得到青色，教師做活動總結：①編碼建立了對應關系，通過顏色編碼能夠方便地調用目標顏色;②編碼實現了信息的數字化，在此基礎上對數據加以運算能夠實現對信息的處理、加工。

8.歸納總結，承上啟下

學生在主題活動中，體驗了編碼的過程，掌握了數制轉換的方法。教師基于學生的體會、經驗強調數據編碼對計算機科學的重要意義：一方面多種形式的數據通過編碼能夠轉化成用0、1表示的數據，實現將信息傳遞給計算機;另一方面由于0、1是數字格式，計算機對其加以運算能夠實現對信息的處理、加工，進而對現實世界產生深遠影響。學生在深入了解數據編碼的意義后，能夠為后續課程（聲音的數字化、文本數據的編碼等）的展開做好學習興趣、知識與技能等方面的積極準備。

● 項目反思

主題活動的開展使教學主線的推進具有邏輯性、整體性、趣味性，有利于學生認知的發展，如在本課中，以主題活動“解密壓縮文件”做明線，以編碼、數制的概念、數制轉換的方法做暗線，在明暗交織中達成教學目標。

主題活動的“可延展性”為分層次教學提供支撐。教師體察學生的思維活動，分析學生的學習風格，以活動主題為中心延展教學，其最終形成的教學脈絡可以是多向的、豐富的。例如在本課中，活動環節“傳一傳”“打開秘密文件”包含了58D與111010B、3AH的轉換過程，教師可請學生觀察學習任務單，將教學拓展至“二進制數、十六進制數快捷互轉”。

復用主題活動的模式、思維成果，切入項目式教學。同章節的知識點有邏輯上的延展關系，因而主題活動的模式可在本章的教學中酌情復用，如將本章的活動主題抽象為“猜猜它是誰”，本課利用0、1傳遞數值，后續課時則利用0、1傳遞文本、描畫位圖等，通過多課時的串聯生成本章的項目教學。另外，在“數據與計算”模塊的教學中，教師可將程序設計作為容器承載起多個項目，培養學生的計算思維，如學生在參與主題活動時掌握了不同的編碼方案并進行了評價，教師可在開展程序設計教學時，請學生運用程序設計測試不同編碼方案的效率，將本節課的思維成果作為“評價編碼方案的效率”這一項目的背景素材，開展跨章節的項目式教學。