“數(shù)字與編碼”單元的教學(xué)思考

中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A論文編號：1674—2117（2025）17-0024—03

“數(shù)據(jù)與編碼”是四年級信息科技課程的核心教學(xué)模塊，該模塊包括“數(shù)字與編碼”“數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)安全”“數(shù)據(jù)的組織與呈現(xiàn)”三個單元的教學(xué)內(nèi)容。“數(shù)字與編碼”無疑是“數(shù)據(jù)與編碼”模塊教學(xué)的基礎(chǔ)。教學(xué)中如何從四年級學(xué)生的實際生活經(jīng)驗和認(rèn)知出發(fā)，幫助學(xué)生通過生活中的數(shù)字編碼理解編碼表達(dá)的邏輯性（規(guī)則），通過編碼實踐認(rèn)識編碼的社會應(yīng)用秩序性，從編碼的歷史發(fā)展中理解用點/劃一0/1具象化“信息數(shù)字化”本質(zhì)，培養(yǎng)數(shù)字素養(yǎng)，從變長優(yōu)化 $$ 定長規(guī)范，啟蒙編碼抽象能力，建立計算思維，是本單元教學(xué)設(shè)計面臨的重要課題。

厘清課標(biāo)理念與教學(xué)邏輯的對應(yīng)關(guān)系

筆者根據(jù)“數(shù)字與編碼”單元的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求，梳理了核心素養(yǎng)與教學(xué)內(nèi)容的關(guān)系（如下頁表），并在此基礎(chǔ)上，梳理出“數(shù)字與編碼”單元所包含的內(nèi)容框架（如第26頁圖）。

基于課標(biāo)理解的教學(xué)策略

1.真實性學(xué)習(xí)導(dǎo)向：強(qiáng)調(diào)通過真實場景建立知識與生活的關(guān)聯(lián)

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）反復(fù)強(qiáng)調(diào)區(qū)分“數(shù)字作為數(shù)值”和“數(shù)字作為符號”的關(guān)鍵點，這對小學(xué)生的認(rèn)知是一個挑戰(zhàn)。小學(xué)數(shù)學(xué)中的“數(shù)字的多重含義”更側(cè)重生活場景應(yīng)用的區(qū)別，而新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)的“數(shù)值vs符號”區(qū)分，滲透了計算機(jī)數(shù)據(jù)類型的教學(xué)，側(cè)重點在于信息科技培養(yǎng)數(shù)據(jù)思維。在教學(xué)中，教師可以從郵政編碼、身份證號、門牌號等學(xué)生熟悉的日常編碼入手，幫助學(xué)生理解編碼的唯一性和功能性，以契合新課標(biāo)“從生活經(jīng)驗切入原理”的要求。

2.螺旋式認(rèn)知進(jìn)階：內(nèi)容設(shè)計 體現(xiàn)循序漸進(jìn)，分層展開

以“數(shù)字與編碼”單元教學(xué)設(shè)計為例，教師從生活編碼過渡到數(shù)字編碼，共分為三個層次。 ① 初級（生活層）：從身高、體重等數(shù)字到身份證號、門牌號等； ② 中級（抽象層）：莫爾斯電碼用“點/劃”二值型模擬編碼表示字符，過渡到計算機(jī)的0/1二值型數(shù)字編碼； ③ 高級（技術(shù)層）：理解在數(shù)字世界中，熟悉的文字、數(shù)字和圖像都是轉(zhuǎn)化為計算機(jī)可以理解的二進(jìn)制代碼（0和1）儲存的，揭示數(shù)字世界信息存儲的本質(zhì)。

3.橋梁作用的具象化：編碼是“物理與數(shù)字世界的紐帶

莫爾斯電碼編/譯碼教學(xué)是詮釋“紐帶”作用和“實踐驗證”必要性的絕佳案例，使“信息數(shù)字化”的核心概念從技術(shù)史維度生動落地，完全契合新課標(biāo)對科技融合認(rèn)知與工程思維啟蒙的要求。

例如，在“密碼情報員—莫爾斯電碼探秘”一課的教學(xué)設(shè)計中，教師主要通過以下幾個教學(xué)環(huán)節(jié)達(dá)成新課標(biāo)的要求。

（1）理解“物理世界”的輸入。讓學(xué)生理解摩爾斯電碼要表達(dá)的信息本身（如“SOS\"）存在于物理世界。編碼過程就是將信息轉(zhuǎn)化為物理信號，而物理信號可以是：視覺信號——手電筒的亮滅（短亮 °eq 點，長亮 °eq 劃）、旗語（點/劃對應(yīng)不同動作）；聽覺信號 蜂鳴器的聲音（短響=點，長響 °eq 劃）、敲擊聲（短敲""點，長敲""劃）;觸覺信號—振動（短振""點，長振 °leddash 劃）。重點讓學(xué)生理解：信息源（想法/文字）和傳輸媒介 （光/聲/振動）都是物理世界的實體。

（2）理解“編碼”作為“紐帶（物理一抽象規(guī)則）： ① 學(xué)生需要從標(biāo)準(zhǔn)莫爾斯碼表中查出SOS的莫爾斯碼編碼。 ② 編碼實踐：將SOS轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的點劃序列。 ③ 實踐驗證：學(xué)生通過敲擊桌子、拍手、眨眼睛、觸覺等物理動作來產(chǎn)生這個點劃序列。這個序列雖然由物理動作產(chǎn)生，但其承載信息的核心是點劃組合的規(guī)則本身，這已經(jīng)是一種符號化、抽象化的表達(dá)，是通向數(shù)字世界的第一步。

（3）理解“解碼”作為“紐帶（抽象規(guī)則 $$ 物理）： ① 學(xué)生通過感官（看、聽、感覺等）感知到物理世界傳遞過來的點劃序列信號。 ② 解碼過程實踐：學(xué)生需要識別接收到的信號序列。 ③ 根據(jù)記憶或?qū)φ漳獱査勾a碼表，將點劃序列反向轉(zhuǎn)換回對應(yīng)的字母（SOS）。

（4）借助數(shù)字化工具，讓學(xué)習(xí)更高效。在實驗教學(xué)設(shè)計中，教師借助莫爾斯碼編/譯碼實驗儀教學(xué)，分組用Arduino發(fā)射端LED燈發(fā)送莫爾斯碼單詞，再用Arduino接收端將信息轉(zhuǎn)換為ASCII碼輸出，具象化“模擬一數(shù)字”轉(zhuǎn)換過程。借助數(shù)字化實驗儀，學(xué)生可以傳遞和解碼其他更為復(fù)雜的信息，達(dá)成新課標(biāo)中“體驗編碼解碼過程”的要求，從而理解“編碼是物理世界與數(shù)字世界（信息世界）的紐帶”這一核心信息科學(xué)理念。同時，學(xué)生還可以通過莫爾斯碼的編碼規(guī)則為漢字編碼和解碼，甚至修改字母和數(shù)字的編碼，起到加密信息的作用，提高數(shù)字與編碼的建模能力。

教學(xué)實施的關(guān)鍵步驟

下面，筆者以《數(shù)字世界的小秘密——編碼和解碼》一課為例，幫助學(xué)生從概念理解到實踐應(yīng)用，逐步掌握三種現(xiàn)代數(shù)字編碼系統(tǒng)。

1.情境驅(qū)動，問題鏈遞進(jìn)

根據(jù)新課標(biāo)要求，筆者通過“物理世界與數(shù)字世界如何連接”這一核心問題，構(gòu)建三層遞進(jìn)式問題鏈： ① 基礎(chǔ)：文本如何數(shù)字化？（ASCII編碼） ② 應(yīng)用：商品如何數(shù)字化？（條形碼） ③ 拓展：復(fù)雜信息如何數(shù)字化？（二維碼）

2.工具賦能，具身體驗

教師可以利用人工智能生成網(wǎng)頁，將三大互動工具（ASCII、條形碼和二維碼）可視化、可操作化，如：運用ASCII編碼解碼器，實現(xiàn)文本與數(shù)字的即時轉(zhuǎn)換；運用條形碼生成器，將數(shù)字編碼轉(zhuǎn)化為可視化線條；運用二維碼模擬器，通過網(wǎng)格展示信息編碼原理。

3.評價貫穿“學(xué)用結(jié)合”

過程性評價：記錄小組討論中的規(guī)則設(shè)計合理性、校園樓棟編碼是否唯一和信息量最小化。

終結(jié)性任務(wù)：為校園樓棟、樓層、教室號編碼，盡可能簡短，且編碼規(guī)則具有唯一性與應(yīng)用能力。

小結(jié)

本文的教學(xué)設(shè)計思路是以新課標(biāo)為綱，通過“生活 $$ 抽象→本質(zhì)”的認(rèn)知階梯，將編碼從社會工具 （如身份證）升維至科學(xué)原理（如二進(jìn)制），最終指向“物理一數(shù)字”轉(zhuǎn)換的橋梁作用。教學(xué)中需緊扣真實性（場景）、系統(tǒng)性（分層）、實踐性 （操作）三原則，有效承載信息意識、計算思維等核心素養(yǎng)的培育目標(biāo)。