3.1 数据编码（第2课时）导学案-2026-2027学年教科版高中信息技术必修一

该高中信息技术导学案聚焦数据编码，核心知识点包括计算机选用二进制的原因、二进制与十进制及十六进制转换、ASCII和Unicode编码方案特点。通过知识回顾声音数字化的采样、量化、编码步骤，引出二进制存储的必要性，搭建前后知识衔接的学习支架。 以“解码挑战”任务链驱动学习，从二进制转十进制、十进制转二进制到十六进制与二进制互转，培养计算思维中的算法设计与问题解决能力。结合ASCII与Unicode编码对比及Python编程实践，增强信息意识与数字化学习能力，习题层次分明，助力学生构建信息表示的知识体系。

3.1 数据编码导学案（第2课时） 一、学习目标 1. 能解释计算机选用二进制的三个主要原因。 2. 掌握二进制与十进制、十六进制之间的相互转换方法。 3. 了解ASCII码和Unicode两种字符编码方案的特点和应用。 4. 能从“编码”的视角理解信息在计算机中的表示方式。 二、知识回顾 上节课我们学习了声音数字化的三个步骤：______ → ______ → ______。 其中“编码”环节就是把量化后的______进制数值转换成______进制存储。 思考：为什么最终一定要变成二进制呢？ 三、课堂探究 活动一：为什么计算机用二进制？ 结合讨论和自己的理解，填写下表： 原因 简要说明 1 2 3 活动二：进制转换——解码挑战 关卡1：二进制 → 十进制 方法：按权展开法（从右向左，第n位权值为 2ⁿ，n从0开始） 例题：1101₂ = 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ = 8+4+0+1 = 13₁₀ 练一练： ① 1011₂ = ₁₀（计算过程：________________________） ② 11010₂ = ₁₀（计算过程：________________________） ③ 100101₂ = ₁₀（计算过程：________________________） 关卡2：十进制 → 二进制 方法：除基取余法（连续除以2，记录余数，倒序排列） 例题：25₁₀ = 11001₂ 25 ÷ 2 = 12 ······ 余 1 ↑ 12 ÷ 2 = 6 ······ 余 0 │ 6 ÷ 2 = 3 ······ 余 0 │ 3 ÷ 2 = 1 ······ 余 1 │ 1 ÷ 2 = 0 ······ 余 1 │ （倒序读取）11001 做一做： 1 13₁₀ = ________₂（写出过程） 2 42₁₀ = ________₂（写出过程） 🎯 解码挑战第1题 已知：二进制代码 101011 是某个字符的ASCII码。 第1步：转换成十进制 → ________₁₀ 第2步：查ASCII码表（附录），对应字符是 ________。 （填入第1关解码结果：______） 关卡3：十六进制 ↔ 二进制（8421法） 方法：1位十六进制数 = 4位二进制数，按“8421”位权展开。 十六进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 例题：二进制 1011 1010 → 分组：1011=B，1010=A → BA₁₆ 练一练： 1 二进制 1110 0101 → 十六进制 ________ ② 二进制 0011 1111 → 十六进制 ________ ③ 十六进制 A7 → 二进制 ________ ④ 十六进制 3C → 二进制 ________ 🎯 解码挑战第2题 已知：二进制 11100101 转换成十六进制为 ________（此数值可能是某个字符的Unicode码点的高位部分） 活动三：字符编码——ASCII与Unicode 1.ASCII码 • 全称：____________________________________ • 编码位数：______ 位 • 可表示字符数：______ 个 • 主要范围：______（0-31为控制字符，32-126为可打印字符） • 典型字符编码（记一记）： 'A' = 65₁₀ = 1000001₂ 'a' = 97₁₀ = 1100001₂ '0' = 48₁₀ = 0110000₂ ◦空格 = 32₁₀ = 0100000₂ 🎯 解码挑战第3题 解码以下ASCII码串： 01001000 z01100101 01101100 01101100 01101111 二进制 十进制 ASCII字符 01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 解码结果：________ 2. Unicode（统一码） • 为什么需要Unicode？ ASCII码只能表示______（英文/所有文字），对于中文、日文、阿拉伯文等无法编码。不同国家使用不同编码标准（如中国的GB2312），导致信息交换时出现______现象。 • Unicode的特点： ◦ 为全世界的每一种文字（包括古老文字和表情符号）分配唯一的______。 ◦ 常见存储方式有 UTF-8、UTF-16、UTF-32，其中UTF-8是互联网最常用的编码方式。 • 示例： ◦ “中”的Unicode码点是 U+4E2D（十六进制） ◦ 4E2D₁₆ = ________₂（请用8421法展开） • 计算：“中华民族”四个字若用UTF-16存储（每个字2字节），共需 ______ 字节。 3. ASCII与Unicode对比 对比项 ASCII Unicode 诞生时间 1967年 1991年 编码位数 不定长（通常16/32位） 可编码字符数 超过14万个 主要覆盖范围 四、知识结构图（填写关键词） 模拟信号（连续） ↓ 【 ①________ 】→ 时间离散化 ↓ 【 ②________ 】→ 幅值离散化 ↓ 十进制量化值 ↓ 【 ③________ 】→ 转成二进制 ↓ 二进制数据 ↙ ↘ （辅助表示） （解释规则） ↓ ↓ 【④________】 【⑤________或⑥________】 （1位=4位二进制） （ASCII/Unicode解码） ↓ ↓ 更紧凑的书写形式 人类可读的字符 在方框中填入：采样 / 量化 / 编码 / 十六进制 / ASCII / Unicode 五、课后作业 1. 基础巩固（必做） 完成以下进制转换： 题目 答案 写出简要过程（至少选2题） 10110₂ = ( )₁₀ 111001₂ = ( )₁₀ 38₁₀ = ( )₂ 77₁₀ = ( )₂ 10111100₂ = ( )₁₆ A3₁₆ = ( )₂ 2. 编程实践（必做） 使用Python（或在线工具），查询以下字符的编码： 字符 ASCII码（十进制） ASCII码（二进制） Unicode码点（十六进制） A a 你 （无ASCII） （无ASCII） 好 （无ASCII） （无ASCII） 提示：Python中 ord('A') 返回ASCII/Unicode码点，bin()转二进制，hex()转十六进制。 若无Python环境，可使用在线“ASCII/Unicode编码查询工具”。 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.1 数据编码导学案 第2课时 答案解析 二、知识回顾 声音数字化的三个步骤：采样 → 量化 → 编码。 其中“编码”环节就是把量化后的十进制数值转换成二进制存储。 思考：为什么最终一定要变成二进制呢？ 参考回答：因为计算机的物理硬件（如晶体管）只有“通电”和“断电”两种稳定状态，用0和1表示这两种状态最可靠、最不容易出错。如果用十进制，需要区分10种不同的电压/电流状态，电路会非常复杂且容易受干扰。 三、课堂探究 活动一：为什么计算机用二进制？ 原因 简要说明 ①物理实现可靠 计算机硬件（晶体管、集成电路）只有高电平和低电平两种稳定状态，用0和1表示这两种状态，抗干扰能力强。如果用十进制，需要精确区分10种电平状态，电路复杂且容易出错。 ②运算规则简单 二进制只有0和1，算术运算（加、减、乘、除）和逻辑运算（与、或、非）的规则都非常简单，可以用最基本的逻辑门电路实现。例如二进制加法只有4种情况：0+0=0、0+1=1、1+0=1、1+1=10。 ③逻辑代数基础 二进制与布尔代数完美契合，而布尔代数是计算机逻辑电路设计的数学基础。任何一个逻辑命题都可以用0和1表示真和假，用与、或、非三种基本运算表达。 解析：这三个原因是计算机采用二进制的根本性理由。部分教材还会提到“存储成本低”“抗干扰能力强”等，但上述三点是核心。第①点是物理层面的原因，第②③点是数学/逻辑层面的原因，三者结合共同构成了完整的解释。 活动二：进制转换——解码挑战 关卡1：二进制 → 十进制 方法回顾：从右向左第n位（n从0开始）的权值为2ⁿ。 练一练： ① 1011₂=1×2³ + 0×2² + 1×2¹+ 1×2⁰= 8 + 0 + 2 + 1=11₁₀ ② 11010₂=1×2⁴+ 1×2³+0×2²+1×2¹+ 0×2⁰ = 16+8+0+2+0 =26₁₀ ③ 100101₂= 1×2⁵ +0×2⁴+ 0×2³+ 1×2²+ 0×2¹+ 1×2⁰= 32 + 0 + 0 + 4 + 0 + 1= 37₁₀ 常见错误提醒： 错误A：从右向左数位时从1开始计数（应为0开始），导致权值全部多乘一个2。教师巡视时应重点关注。 错误B：遗漏最高位的权值，或搞混2⁵和2⁴的数值（32和16易混淆）。 关卡2：十进制 → 二进制 ① 13₁₀ = 1101₂ 13 ÷ 2 = 6 ······ 余 1 ↑ 6 ÷ 2 = 3 ······ 余 0 │ 3 ÷ 2 = 1 ······ 余 1 │ 1 ÷ 2 = 0 ······ 余 1 │（倒序读取→1101） 验证：1101₂ = 1×8+1×4+0×2+1×1 = 13 ✓ ② 42₁₀ = 101010₂ 42 ÷ 2 = 21 ······ 余 0 ↑ 21 ÷ 2 = 10 ······ 余 1 │ 10 ÷ 2 = 5 ······ 余 0 │ 5 ÷ 2 = 2 ······ 余 1 │ 2 ÷ 2 = 1 ······ 余 0 │ 1 ÷ 2 = 0 ······ 余 1 │（倒序读取→101010） 验证：101010₂ = 1×32+0×16+1×8+0×4+1×2+0×1 = 42 ✓ 常见错误提醒： 错误A：忘记“倒序排列”，直接按计算顺序写出，导致最高位/最低位颠倒。 错误B：除到商为1时就停止，忘记再除以2得到余数1作为最高位。 🎯 解码挑战第1题 第1步：101011₂ = 1×2⁵ + 0×2⁴ + 1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 1×2⁰ = 32 + 0 + 8 + 0 + 2 + 1 = 43₁₀ 第2步：查ASCII码表，十进制43对应的字符是 「+」（加号）。 （填入第1关解码结果：+） 关卡3：十六进制 ↔ 二进制（8421法） 方法核心：1位十六进制数 = 4位二进制数。记住十六进制A-F分别对应10-15。 练一练： ① 二进制 1110 0101 分组：1110 | 0101 1110 = 8+4+2+0 = 14 → E 0101 = 0+4+0+1 = 5 → 5 结果：E516 ② 二进制 0011 1111 分组：0011 | 1111 0011 = 0+0+2+1 = 3 → 3 1111 = 8+4+2+1 = 15 → F 结果：3F₁₆ ③ 十六进制 A7 A = 10 → 8+0+2+0 = 1010 7 → 4+2+1 = 0111 结果：10100111₂ ④ 十六进制 3C 3 → 0011 C = 12 → 8+4+0+0 = 1100 结果：00111100₂ 解析：8421法的本质是利用4位二进制的位权（8、4、2、1）将十六进制数值拆分为对应的二进制位。需要熟记A-F对应的十进制值。 🎯 解码挑战第2题 已知：二进制 11100101 分组：1110 | 0101 1110 → E，0101 → 5 结果为 E5₁₆ 活动三：字符编码——ASCII与Unicode 1. ASCII码 · 全称：美国信息交换标准代码（American Standard Code for Information Interchange） · 编码位数：7 位 · 可表示字符数：128 个（2⁷=128） · 主要范围：0-127（0-31为控制字符，32-126为可打印字符） 解析：ASCII码是7位编码，但在计算机中通常占用1个字节（8位），最高位为0或用作校验位。这是学生容易混淆的地方，需特别说明。 🎯 解码挑战第3题 二进制 十进制 ASCII字符 01001000 64+8=72 H 01100101 64+32+4+1=101 e 01101100 64+32+8+4=108 l 01101100 64+32+8+4=108 l 01101111 64+32+8+4+2+1=111 o 解码结果：Hello 解析：这是ASCII码教学中非常经典的示例。通过亲手计算并查出“Hello”，学生能完整经历“二进制→十进制→字符”的解码过程，理解编码与解码是互逆操作。 拓展提示：如果学生问“为什么H是72而不是其他值”，可补充说明ASCII码的设计是有规律的：大写字母A-Z连续编码（65-90），小写字母a-z连续编码（97-122），大写与小写之间相差32。因此知道A的编码就可以推算出所有字母的编码。 2. Unicode · 为什么需要Unicode？ ASCII码只能表示英文（英文/所有文字），对于中文、日文、阿拉伯文等无法编码。不同国家使用不同编码标准（如中国的GB2312、GBK，日本的Shift_JIS等），导致信息交换时出现乱码现象。 · Unicode的特点： 为全世界的每一种文字（包括古老文字和表情符号）分配唯一的码点（Code Point）。 常见存储方式有 UTF-8、UTF-16、UTF-32，其中UTF-8是互联网 最常用的编码方式。 示例： “中”的Unicode码点是 U+4E2D 4E2D₁₆ = 0100 1110 0010 1101₂ 展开过程： 4 → 0100 E → 1110 2 → 0010 D → 1101 拼合：0100111000101101₂ 计算：“中华民族”四个字若用UTF-16存储（每个字2字节），共需 8 字节。 解析：4个字 × 2字节/字 = 8字节。可进一步追问：“如果用UTF-8存储同样是这几个字，字节数是否相同？”（答案：不同，UTF-8是变长编码，中文字符通常占3字节）引导学生理解不同编码方案存储效率的差异。 3. ASCII与Unicode对比 对比项 ASCII Unicode 诞生时间 1967年 1991年 编码位数 7位（存储时占1字节） 不定长（常见16位或32位） 可编码字符数 128个 超过14万个（持续扩充中） 主要覆盖范围 英文字母、数字、标点符号、控制字符 全球所有已知文字、符号、表情符号（Emoji） 解析：Unicode的一个关键特征是其“统一性”——所有文字在同一编码空间内共存，不再有不同编码标准之间的冲突。但Unicode只是“字符集”和“码点分配”，真正存储在计算机中还需要具体的编码方案（UTF-8/16/32），需要向学生明确区分“字符集”和“编码方案”两个概念。 四、知识结构图 五、课后作业 1. 基础巩固 题目 答案 简要过程 10110₂ = ( 22 )₁₀ 22 16+0+4+2+0=22 111001₂ = ( 57 )₁₀ 57 32+16+8+0+0+1=57 38₁₀ = ( 100110 )₂ 100110 38÷2=19余0， 19÷2=9余1， 9÷2=4余1， 4÷2=2余0， 2÷2=1余0， 1÷2=0余1 →倒序100110 77₁₀ = ( 1001101 )₂ 1001101 77÷2=38余1， 38÷2=19余0， 19÷2=9余1， 9÷2=4余1， 4÷2=2余0， 2÷2=1余0， 1÷2=0余1 →倒序1001101 10111100₂ = ( BC )₁₆ BC 1011→B，1100→C A3₁₆ = ( 10100011 )₂ 10100011 A→1010，3→0011 2. 编程实践 字符 ASCII码 （十进制） ASCII码 （二进制） Unicode码点 （十六进制） A 65 1000001 U+0041 a 97 1100001 U+0061 你 （无ASCII） （无ASCII） U+4F60 好 （无ASCII） （无ASCII） U+597D 验证方法： Python中运行 ord('A') 返回65，bin(65) 返回 '0b1000001'，hex(65) 返回 '0x41'。 注意：ASCII码是7位，但Python的bin()输出不包含前导0，如'A'的7位ASCII码应为1000001，而Python输出'0b1000001'，去掉'0b'后是7位，正好。若输出为8位（如01000001），可引导学生分析原因。 补充说明：Unicode码点中，ASCII字符的码点与ASCII码值一致（如'A'的Unicode码点为U+0041，即十进制的65），这体现了Unicod对ASCII的向下兼容。 3. 拓展思考 选题A参考：CJK统一表意文字（CJK Unified Ideographs）的Unicode编码范围为 U+4E00 至 U+9FFF，共包含 20992个码位，涵盖了中、日、韩三国使用的汉字。此外还有扩展A区（U+3400-U+4DBF，6592个码位）、扩展B区（U+20000-U+2A6DF，42720个码位）等多个扩展区域。 选题B参考：以藏文为例：藏文的Unicode编码范围为 U+0F00 至 U+0FFF，共256个码位，涵盖了藏文字母、数字、标点和各种组合符号。藏文数字化面临的主要挑战包括：①藏文是拼音文字，字符组合方式复杂，同一字符在不同位置形态不同，给字库设计和输入法开发带来难度；②藏文古籍中大量使用特殊符号和连笔写法，现有Unicode标准难以完全覆盖；③藏族地区信息化基础薄弱，藏文操作系统、软件生态尚不完善，需要政府和社会力量的持续投入。藏文的数字化保护不仅是一个技术问题，更关系到少数民族语言文化的传承。 解析：选做题A侧重于数据查询和整理能力，选做题B侧重于信息搜集、分析和人文思考能力。教师可根据课时情况选择布置其中一题，或让学生二选一完成。 学科网（北京）股份有限公司 $