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

该高中信息技术教学设计聚焦“数据编码”核心知识，涵盖二进制应用原因、进制转换及字符编码。通过回顾上节课量化值转二进制表格，以“为何计算机用二进制”设问衔接旧知，搭建从模拟数据数字化到编码原理的学习支架。 以“解码挑战”任务驱动教学，设三关卡融合进制转换与字符解码，如二进制转十进制得ASCII码“+”、十六进制转换观察文件头。融入信息意识（二进制必然性）、计算思维（转换模型）、信息社会责任（Unicode标准化），提升学生核心素养，为教师提供情境化教学资源。

年级 高一 课题 3.1数据编码 二进制与数制转换、字符编码（ASCII码与Unicode） 课时 2 教材分析 第1课时解决了“模拟数据如何数字化”的问题，学生已经理解了采样、量化、编码的完整过程，并完成了简单的量化值→二进制编码的转换练习。第2课时的核心任务是回答：“为什么计算机选用二进制？二进制与其他进制如何相互转换？文字符号又是如何编码的？” 本课时包含三大内容板块：二进制的基本特征及其在计算机中广泛应用的原因、二进制与十进制及十六进制之间的转换方法、常见字符编码方案（ASCII码和Unicode）。其中进制转换是操作性较强的技能内容，字符编码则是理解“信息如何被符号化表示”的重要载体 学情分析 通过第1课时的学习，学生已经知道“量化值要转换成二进制才能存入计算机”，但对“为什么非得是二进制”只有模糊认知。部分学生在初中数学中接触过二进制（如数学教材中“算法初步”章节），但绝大多数学生缺乏进制转换的熟练计算能力。学生对文字编码（如为什么不同国家的文字在计算机中显示不同）有一定好奇心，可以作为教学切入点。 进制转换教学容易陷入“纯数学计算操练”的误区，需时刻将其与“计算机底层存储”的真实情境绑定，体现信息技术课程的工具性与思想性。 教学目标 1. 信息意识：学生能够理解计算机采用二进制存储数据的根本原因（物理实现可靠、运算规则简单、逻辑代数基础），认识到编码方式的选择受限于技术条件，形成从底层理解信息系统的意识。 2. 计算思维：学生能够掌握二进制与十进制、十六进制之间的转换方法（按权展开法、除基取余法、8421法），能够抽象出不同进制之间的转换模型，能够运用进制转换计算文件的存储容量，体会“编码即计算”的思维本质。 3. 数字化学习与创新：学生能够利用在线进制转换工具验证手动计算结果，能够使用字符编码表查询并解读字符的编码值，利用数字化工具辅助学习、验证假设。 4. 信息社会责任：学生通过了解ASCII码与Unicode的发展历程，理解统一编码标准对信息共享、文化传承的重要意义，认识到编码标准化是信息社会的基础设施。同时关注信息时代少数语言文字的数字化保护问题，增强文化自信与人文关怀。 教学重点 · 二进制在计算机中广泛应用的原因 · 二进制与十进制之间的转换方法（按权展开法、除基取余法） · ASCII码与Unicode的基本含义及应用场景 教学难点 · 十六进制与二进制之间的快速转换（8421法），理解十六进制作为“二进制的简洁书写形式”的本质 · 理解从“声音/文字的编码”到“所有信息都是二进制串”的统一视角 教学准备 1.学案（含：进制转换练习表、ASCII码表附录、Unicode码点示例、知识结构填空图） 2.PPT课件（含：波形图对比、进制转换动画演示、ASCII/Unicode码表截图、乱码现象截图、十六进制编辑器截图） 3.解码挑战题卡（三个关卡的题目卡片，可用多媒体展示或纸质发放） 4.备用工具：Python环境（机房）或在线进制转换器链接（普通教室） 教学方法 以任务驱动法为主线，融合问题探究法和练习巩固法。创设“解码挑战”的游戏化情境——学生作为“数据侦探”，通过完成进制转换和字符解码逐步解锁信息，在趣味任务中完成技能训练。同时借助在线进制转换工具和字符编码表等数字化工具辅助学习。 教学过程 教学内容 学生活动 设计意图 （一）回顾导入——从“量化值已转成二进制”说起（约5分钟） 1. 展示第1课时学生完成的一张“量化值→二进制编码”表格，提问：“上节课我们做了这个转换，但大家有没有想过——为什么计算机只能用二进制？用十进制不是更符合我们的习惯吗？” 2. 板书呈现本课三大内容板块： ①为什么是二进制？ ②怎样做进制转换？ ③文字如何编码？ 明确本课学习目标。 回顾上节课内容，思考并回答教师提问，提出各自猜想（“因为计算机只通电和不通电两种状态”“因为0和1好区分”等）。 明确本课学习路径。 承接上节课，引出本课核心问题——二进制的必然性。制造认知冲突（十进制更符合人类习惯，为什么计算机不用），激发深层思考。体现“信息意识”素养。 让学生对整节课形成整体预期。 （二）任务一：探究计算机选用二进制的必然性（约8分钟） 任务描述：小组合作分析二进制相比十进制在计算机实现中的核心优势。 1. 提出引导性问题：“假设你要设计一台十进制计算机，让电路识别0-9十个状态，可能会遇到什么困难？” 组织学生小组讨论。 2. 归纳总结三点原因：①物理实现可靠——两种状态（高/低电平）抗干扰能力强；②运算规则简单——二进制只有0和1，算术运算和逻辑运算统一；③逻辑代数基础——与布尔代数完美契合。板书关键词。 3. 引用数据：当前最先进的CPU包含数百亿个晶体管，提问：“如果每个晶体管需要区分10种状态而不是2种，芯片设计会怎样？” 小组讨论，从电路稳定性角度提出“十个状态难以精确区分”“电路元件更复杂”等可能困难。 倾听、记录要点。 思考并回答：“芯片会更复杂”“成本更高”“更容易出错”。 让学生从“设计者”视角思考，而非被动接受结论。 将学生的零散回答整合为系统性认识。 让学生体会二进制在技术实现上的巨大优势。 （三）任务二：进制转换——“解码挑战”（约18分钟） 任务描述：通过闯关式解码游戏，掌握二进制与十进制、十六进制之间的转换方法。 关卡1：二进制→十进制（按权展开法） 1. 以二进制数1101为例，讲解“按权展开法”：从右向左第n位的“权”是2的n次方。 板书示范：1101₂ = 1×2³+1×2²+0×2¹+1×2⁰ = 8+4+0+1 = 13。 2. 布置练习： ①1011₂ = ? ②11010₂ = ? ③100101₂ = ? 巡视指导，关注学生在“位权”对应上是否出错。 关卡2：十进制→二进制（除基取余法） 1.在关卡1基础上反转问题：“如果我知道十进制数25，想把它变成二进制，怎么办？” 以25为例，讲解除2取余法：连续除以2，记录余数，倒序排列。 板书示范：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 → 11001₂。 2.布置解码挑战第1题：“二进制代码 101011 是某个字符的ASCII码，它的十进制值是多少？” 学生计算得出43。 3. 引导学生查询ASCII码表（学案附录），43对应字符“+”。学生在学案上填入“+”符号。 关卡3：十六进制的引入——8421快速转换法 1.提出问题：“刚才我们写的二进制数越来越长，比如存储一幅图片需要几千万个0和1，这样写出来太长了，有没有更简洁的表示方式？” 2.讲解十六进制与二进制的对应关系：1位十六进制=4位二进制，引出8421法（8、4、2、1分别是4位二进制的位权）。 示范：二进制1011 → 8×1+4×0+2×1+1×1=11 → B₁₆。 3.布置解码挑战第2题：“二进制 1110 0101 对应十六进制是多少？” 学生分组计算得出E5。 4. 展示一张图片文件在十六进制编辑器中的截图，提问：“如果我们用十六进制查看一张图片的原始编码，看到的是怎样的数据？” 引导学生观察十六进制数值与文件格式标识的对应。 观察示范，在学案上记录方法。 独立完成练习，同桌交换核对。 观察示范，理解“倒序排列”的原因——最后一次除法的商是最高位。 用按权展开法计算： 1×32+0×16+1×8 +0×4+1×2+1×1 = 43。 查询ASCII码表，填写解码结果。 思考后回答：“用十六进制！”（部分学生可能预习过）。 观察并理解“4位一组”的本质。 分组计算，互相核对：1110→E，0101→5，结果为E5。 观察截图，发现“FF D8 FF E0”等规律，了解到JPEG文件有固定的文件头标识。 让学生先看到“解码”过程，理解二进制数的数学含义。 及时练习巩固，暴露并纠正常见错误（如权值从0次方开始而不是1次方） 将二进制的“按权展开”逆向操作，形成完整的思维闭环。 将进制转换嵌入“解码”情境，赋予计算以意义。 将进制转换与字符编码自然衔接。 从实际需求出发引入十六进制，而非硬性介绍。 让学生理解十六进制是二进制的“缩写”，而非另一种无关的进制。 固8421法，小组合作提高效率。 将十六进制与真实文件存储关联，避免知识“悬浮”。体现“信息意识”素养。 （四）任务三：字符编码——从ASCII到Unicode（约12分钟） 任务描述：了解字符编码方案的发展，完成字符与编码的相互查询与解码任务 1. 展示解码挑战第3题：学案上的ASCII码串“01001000 01100101 01101100 01101100 01101111”，让学生分组解码。 2. 追问：“为什么ASCII码用7位而不是8位？最高位多出来一位用来做什么？” 引导到奇偶校验位的讨论。若学生能力不足，简要提及即可。 3.展示中文“信息”两个字的GB2312和Unicode编码对比，提问：“为什么同一个汉字在不同编码标准下数值不同？这会造成什么问题？” 展示“乱码”现象的真实截图，让学生理解编码不统一带来的麻烦。 4.讲解ASCII码的局限性与Unicode的诞生。板书对比：ASCII（7位，128字符，主要为英文）→ Unicode（统一编码，可容纳所有人类文字，常见UTF-8/16/32三种存储方式）。 5. 展示“中华民族”四个字的Unicode码点（十六进制），引导学生思考：这几个码点转换成二进制后需要多少个字节？ 分组计算每个字节的十进制值，查ASCII表拼出“Hello”。 思考讨论，了解字符编码中同样存在“效率与可靠性”的权衡——这是计算机系统中一以贯之的设计思想。 观察对比表格和乱码截图，讨论后回答：“不同系统用不同规则解析同一段二进制，就会得到不同的文字”。 完成学案上ASCII与Unicode的对比表格填空。 快速计算：每个码点4位十六进制=16位=2字节，四个字共8字节。 让学生亲身经历“字符→编码→存储→解码→字符”的完整过程。体现“计算思维”素养。 体现计算思维中的“系统性”视角，让学生看到“权衡”思维在不同层面的应用。 从“乱码”这一学生熟悉的现象出发，引出统一编码标准的必要性。体现“信息社会责任”素养——标准化是信息共享的基础。 梳理编码发展的脉络，理解Unicode对信息全球化的重要意义。 将本课的进制转换技能应用到字符编码的容量估算中。体现“数字化学习与创新”素养。 （五）总结升华——从数据编码到信息安全（约5分钟） 1. 用一张思维导图串联两节课内容：连续变化的模拟信号→采样→量化→二进制编码→（十进制/十六进制作为辅助表示）→按不同规则（ASCII/Unicode）解释为字符，形成“数据编码”的完整图景 2. 播放一段简短视频/展示一则材料：数据编码与信息安全（如加密算法本质上是对二进制数据的变换；国防通信中的数据编码涉及国家信息安全）。 3. 布置课后作业。 跟随教师梳理，在学案上完成知识结构图的填空。 观看/阅读，自由发表感受。 将两课时的碎片知识整合为系统性理解。 回扣“信息社会责任”素养，让学生认识到编码不仅是技术问题，更是安全和文化问题。 板 书 设 计 3.1 数据编码（第2课时） 一、为什么用二进制？ ①物理实现可靠（2种状态 vs 10种状态） ②运算规则简单 ③与逻辑代数匹配 二、进制转换 二进制→十进制：按权展开（权=2ⁿ，从右向左） eg. 1101₂ = 1×8+1×4+0×2+1×1 = 13 十进制→二进制：除基取余，倒序排列 eg. 25 = 11001₂ 十六进制↔二进制：8421法（1位十六进制=4位二进制） eg. 1011₂ = B₁₆ 三、字符编码 ASCII：7位，128字符，英文为主 Unicode：统一编码，多字节，包容全球文字 UTF-8、UTF-16、UTF-32（存储方式不同） 学科网（北京）股份有限公司 $