設(shè)計(jì)“主題活動(dòng)”切入項(xiàng)目式教學(xué)

吳陽妹

摘要：主題活動(dòng)的開展能使教學(xué)主線的推進(jìn)具有邏輯性、整體性、趣味性，并為分層次教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)提供有效支撐。本課作為一節(jié)研討課，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行了整合、重構(gòu)，將“編碼”與“數(shù)制轉(zhuǎn)換”融合為“數(shù)據(jù)編碼”章節(jié)的第一課時(shí)，以主題活動(dòng)“解密壓縮文件”做明線，以編碼、數(shù)制的概念、數(shù)制轉(zhuǎn)換的方法做暗線，在明暗交織中達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，并為在后續(xù)課程中開展項(xiàng)目式教學(xué)做好準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：主題活動(dòng);編碼;數(shù)制轉(zhuǎn)換;項(xiàng)目式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2022）12-0052-04

● 案例背景

“數(shù)據(jù)編碼”是教育科學(xué)出版社出版的信息技術(shù)《必修1 數(shù)據(jù)與計(jì)算》第三單元第一節(jié)的內(nèi)容。該節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)為：①了解各類數(shù)據(jù)采集的基本方法;②能夠解釋文本、音頻等數(shù)據(jù)的編碼原理;③理解數(shù)據(jù)編碼的意義和作用。由于聲音的數(shù)字化、文本數(shù)據(jù)的編碼等均涉及二進(jìn)制數(shù)值的使用，因此，作為一節(jié)研討課，筆者嘗試將編碼與數(shù)制轉(zhuǎn)換作為本節(jié)第一課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容，聲音的數(shù)字化、文本數(shù)據(jù)的編碼等教學(xué)內(nèi)容在后續(xù)課時(shí)展開。

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出，“培育以學(xué)習(xí)為中心的教與學(xué)關(guān)系，在問題解決過程中提升信息素養(yǎng)”，建議把項(xiàng)目整合于課堂教學(xué)中，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。在《必修1 數(shù)據(jù)與計(jì)算》模塊中，編程計(jì)算、計(jì)算與問題解決、數(shù)據(jù)分析與人工智能等教學(xué)內(nèi)容能夠融入程序設(shè)計(jì)語言的教學(xué)中，具備邏輯性和系統(tǒng)性，適合運(yùn)用項(xiàng)目式教學(xué)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。反觀本節(jié)“數(shù)據(jù)編碼”的教學(xué)內(nèi)容，概念性較強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)相對(duì)分散，學(xué)生實(shí)踐操作空間較小，開展項(xiàng)目式教學(xué)的難度較大，因此筆者嘗試搭建“項(xiàng)目支架”，設(shè)計(jì)了“解密壓縮文件”的主題活動(dòng)。以發(fā)送密碼、解讀密碼、打開壓縮文件、提取拓展任務(wù)的活動(dòng)主線貫穿《編碼與數(shù)制轉(zhuǎn)換》的教學(xué)，并在后續(xù)課程中，引導(dǎo)學(xué)生通過程序設(shè)計(jì)實(shí)踐測(cè)試本次“主題活動(dòng)”中的設(shè)計(jì)方案。通過“主題活動(dòng)”塑造項(xiàng)目，以“主題活動(dòng)”作為項(xiàng)目式教學(xué)的關(guān)鍵素材切入項(xiàng)目式教學(xué)，推動(dòng)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)。在本節(jié)課上，學(xué)生以小組合作的形式開展活動(dòng)、生成方案，并在教師的引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)微課，在活動(dòng)中充分理解、運(yùn)用知識(shí)，在歸納、總結(jié)、延伸的過程中領(lǐng)悟?qū)W科思想與方法。

根據(jù)以上的學(xué)習(xí)內(nèi)容分析和學(xué)情分析，筆者將教學(xué)目標(biāo)設(shè)定如下：在運(yùn)用編碼傳遞三位數(shù)字密碼的過程中體會(huì)編碼的作用與意義;掌握數(shù)制、數(shù)碼、基數(shù)、位權(quán)的概念及不同數(shù)制的表示方法;掌握十進(jìn)制整數(shù)與R進(jìn)制整數(shù)的轉(zhuǎn)換方法;深入理解數(shù)據(jù)編碼的作用，激發(fā)對(duì)聲音的數(shù)字化、文本數(shù)據(jù)的編碼等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)欲望。教學(xué)重點(diǎn)：理解編碼的概念;掌握十進(jìn)制、二進(jìn)制、十六進(jìn)制的特點(diǎn)與表示方法;運(yùn)用“除R反向取余法”“按權(quán)展開求和法”解決十進(jìn)制整數(shù)與R進(jìn)制整數(shù)間的轉(zhuǎn)換問題。教學(xué)難點(diǎn)：理解數(shù)據(jù)編碼對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要意義。

● 教學(xué)過程分析

1.創(chuàng)設(shè)情境，完成活動(dòng)環(huán)節(jié)“寫寫你的方案”

學(xué)生以小組合作的方式開展活動(dòng)，在體驗(yàn)編碼、解碼的過程中理解編碼的概念，體會(huì)編碼的作用

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

教師根據(jù)學(xué)生的活動(dòng)情況，逐步添加限制條件，如學(xué)生用口語傳遞密碼，教師添加“不可以動(dòng)口”的限制;學(xué)生用肢體語言傳遞密碼，教師添加“背靠背、無法看到舉止動(dòng)作”的限制;在學(xué)生嘗試用敲桌子或者拍手傳遞密碼時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入活動(dòng)環(huán)節(jié)“寫寫你的方案”。

教師請(qǐng)學(xué)生分小組合作探究在重重限制下傳遞三位數(shù)字密碼的方案。在學(xué)生充分活動(dòng)、形成小組方案后，教師請(qǐng)一組或兩組學(xué)生上臺(tái)演示方案，并提問關(guān)鍵問題：①方案能夠準(zhǔn)確表達(dá)“021”和“210”嗎？②方案需要使用幾種符號(hào)描述？學(xué)生在思考過關(guān)鍵問題之后，能夠自主判斷方案可行，可使用兩種符號(hào)進(jìn)行書面描述。

師：我們現(xiàn)在能運(yùn)用兩種符號(hào)來表示三位數(shù)字密碼，改變了三位數(shù)字密碼的形式，體驗(yàn)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(zhuǎn)換為另一種形式或格式的過程。在確立了規(guī)則后，信息的不同形式或格式間就建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系：一方面，傳遞信息的媒介或環(huán)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(jù)大家的方案，通過手電筒的短閃、長(zhǎng)亮或桌面的敲劃同樣能夠傳遞密碼;另一方面，有了對(duì)應(yīng)關(guān)系，從A能轉(zhuǎn)換到B，從B也能轉(zhuǎn)換到A，就像我們現(xiàn)在能夠用信號(hào)發(fā)送密碼、能夠由信號(hào)解讀出密碼一樣。

2.教師點(diǎn)明數(shù)據(jù)編碼意義并與主題活動(dòng)聯(lián)系起來

師：編碼對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)有十分重要的意義。我們?cè)谏钪蝎@得數(shù)值、文本、音頻、圖像等各式各樣的數(shù)據(jù)，而計(jì)算機(jī)內(nèi)部只能識(shí)別0、1兩種狀態(tài)，怎樣把紛繁的數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)呢？我們既需要轉(zhuǎn)換其表達(dá)形式還要能準(zhǔn)確地表達(dá)意思，這就需要對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。而和解決傳遞密碼問題緊密相關(guān)的就是數(shù)值編碼。

為什么說數(shù)值編碼和密碼問題緊密相關(guān)呢？數(shù)值編碼是把數(shù)值轉(zhuǎn)換成用0、1表示的數(shù)據(jù)，三位密碼是不是可以作為一個(gè)三位數(shù)？當(dāng)它轉(zhuǎn)換為用0、1表示的數(shù)據(jù)時(shí)，是不是就能用于傳遞密碼了？“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”，我們來重新審視一下日常生活中使用的數(shù)值。

3.認(rèn)識(shí)十進(jìn)制、二進(jìn)制的特點(diǎn)與掌握不同數(shù)制的表示方法

（1）教師由十進(jìn)制引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)制、數(shù)碼、基數(shù)、位權(quán)的概念;學(xué)生自主推導(dǎo)二進(jìn)制的特點(diǎn)。

師：在日常生活中我們使用的是十進(jìn)制，而十進(jìn)制只是許多數(shù)制中的一種。

教師引入數(shù)制、數(shù)碼、基數(shù)、位權(quán)的概念，并借分析十進(jìn)制在數(shù)碼、基數(shù)、位權(quán)三方面的特點(diǎn)加深學(xué)生對(duì)相關(guān)概念的理解。在此基礎(chǔ)上，教師提問關(guān)鍵問題：①日常生活中我們使用十進(jìn)制，而計(jì)算機(jī)中只能識(shí)別0、1兩種狀態(tài)，它使用哪種進(jìn)制？②二進(jìn)制的數(shù)碼、基數(shù)、位權(quán)分別是什么？教師將學(xué)生的回答梳理成表。

（2）教師引入不同數(shù)制的表示方法。

師：我們梳理了二進(jìn)制、十進(jìn)制的特點(diǎn)，現(xiàn)在看到一個(gè)數(shù)“1101”，它是二進(jìn)制數(shù)還是十進(jìn)制數(shù)？（由此引發(fā)學(xué)生思考，教師引入不同數(shù)制的表示方法）

4.學(xué)生自主學(xué)習(xí)微課與完成活動(dòng)環(huán)節(jié)“傳一傳”

師：我們知道了二進(jìn)制、十進(jìn)制的特點(diǎn)，而想要傳遞密碼需要把數(shù)值用0、1表示出來，這不就是把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)嗎？請(qǐng)大家自學(xué)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(gè)示例。第一個(gè)示例為1234D轉(zhuǎn)換為1234D，通過演示十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)十進(jìn)制數(shù)的過程，減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，加深其對(duì)方法的理解。第二個(gè)示例為12D轉(zhuǎn)換為1100B，學(xué)生認(rèn)識(shí)到“R”為目標(biāo)進(jìn)制數(shù)的基數(shù)，“除R反向取余法”能夠解決十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)R進(jìn)制整數(shù)的問題。

（2）教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)方案予以評(píng)價(jià)。學(xué)生通過自學(xué)微課，將58D轉(zhuǎn)換為111010B，用兩種信號(hào)實(shí)現(xiàn)密碼的發(fā)送。教師提問關(guān)鍵問題，推動(dòng)學(xué)生深入思考，拓展認(rèn)識(shí)：十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)這種編碼方案同我們?cè)O(shè)計(jì)的傳遞密碼的方案，哪個(gè)更優(yōu)？理由是什么？學(xué)生通過自主思考意識(shí)到編碼的效率問題。

5.學(xué)生自主學(xué)習(xí)微課與完成活動(dòng)環(huán)節(jié)“解一解”

師：我們能夠依據(jù)規(guī)則把三位密碼傳遞出去，現(xiàn)在你收到這樣一串信號(hào)（教師通過敲劃桌面表達(dá)“10011”），你能否解出它背后的三位數(shù)字密碼？這是不是要把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)？請(qǐng)大家自學(xué)微課，解出信號(hào)對(duì)應(yīng)的密碼。

（1）教師利用微課講解“按權(quán)展開求和法”并演示兩個(gè)示例。第一個(gè)示例為1234D轉(zhuǎn)換為1234D，第二個(gè)示例為10111B轉(zhuǎn)換為23D。學(xué)生通過微課的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到抓住原進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼與位權(quán)、利用“按權(quán)展開求和法”能夠解決R進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)十進(jìn)制數(shù)的問題。

（2）學(xué)生通過自學(xué)微課，將10011B轉(zhuǎn)換為19D，解出信號(hào)對(duì)應(yīng)的密碼為“019”。

6.完成活動(dòng)環(huán)節(jié)“打開秘密文件”，解鎖拓展任務(wù)

師：我們能用信號(hào)傳遞密碼，還能解讀信號(hào)還原密碼。現(xiàn)在每個(gè)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(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。我們知道，掌握了數(shù)碼、基數(shù)、位權(quán)，就可以完成數(shù)制的轉(zhuǎn)換?！澳サ恫徽`砍柴工”，你能否根據(jù)表格中梳理出的二進(jìn)制、十進(jìn)制的特點(diǎn)（如下表）推導(dǎo)出R進(jìn)制的特點(diǎn)？掌握了R進(jìn)制的特點(diǎn)，那么十六進(jìn)制的特點(diǎn)是什么？

學(xué)生自主推導(dǎo)R進(jìn)制、十六進(jìn)制的特點(diǎn)。教師給出關(guān)鍵提示：①十六進(jìn)制中使用數(shù)碼A、B、C、D、E、F分別對(duì)應(yīng)10～15的值;②十六進(jìn)制數(shù)的表示方法。

學(xué)生運(yùn)用“除R反向取余法”，自主推導(dǎo)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)十六進(jìn)制數(shù)的過程。將58D轉(zhuǎn)換為3AH，打開壓縮文件，取出拓展任務(wù)（含任務(wù)說明、操作表格）。

7.加深學(xué)生對(duì)編碼的作用與意義的理解

拓展任務(wù)包含兩個(gè)文件，分別為任務(wù)說明（如下頁圖1）、操作表格（如下頁圖2）。本練習(xí)是基于人教版教材1.1.2章節(jié)實(shí)踐活動(dòng)“顏色碼的數(shù)制轉(zhuǎn)換”的改編。教師將班級(jí)學(xué)生分為七組開展活動(dòng)，小組成員需要先將十六進(jìn)制顏色碼轉(zhuǎn)換為該顏色對(duì)應(yīng)的RGB十進(jìn)制值，再利用這組值填涂Excel表格。

學(xué)生開展活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)填涂的是彩虹的顏色。教師給予活動(dòng)評(píng)價(jià)并通過提問的方式提醒學(xué)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(duì)應(yīng)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(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)紅色與綠色混合得到黃色，藍(lán)色與綠色混合得到青色，教師做活動(dòng)總結(jié)：①編碼建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過顏色編碼能夠方便地調(diào)用目標(biāo)顏色;②編碼實(shí)現(xiàn)了信息的數(shù)字化，在此基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)加以運(yùn)算能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的處理、加工。

8.歸納總結(jié)，承上啟下

學(xué)生在主題活動(dòng)中，體驗(yàn)了編碼的過程，掌握了數(shù)制轉(zhuǎn)換的方法。教師基于學(xué)生的體會(huì)、經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)編碼對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要意義：一方面多種形式的數(shù)據(jù)通過編碼能夠轉(zhuǎn)化成用0、1表示的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)將信息傳遞給計(jì)算機(jī);另一方面由于0、1是數(shù)字格式，計(jì)算機(jī)對(duì)其加以運(yùn)算能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的處理、加工，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。學(xué)生在深入了解數(shù)據(jù)編碼的意義后，能夠?yàn)楹罄m(xù)課程（聲音的數(shù)字化、文本數(shù)據(jù)的編碼等）的展開做好學(xué)習(xí)興趣、知識(shí)與技能等方面的積極準(zhǔn)備。

● 項(xiàng)目反思

主題活動(dòng)的開展使教學(xué)主線的推進(jìn)具有邏輯性、整體性、趣味性，有利于學(xué)生認(rèn)知的發(fā)展，如在本課中，以主題活動(dòng)“解密壓縮文件”做明線，以編碼、數(shù)制的概念、數(shù)制轉(zhuǎn)換的方法做暗線，在明暗交織中達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

主題活動(dòng)的“可延展性”為分層次教學(xué)提供支撐。教師體察學(xué)生的思維活動(dòng)，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格，以活動(dòng)主題為中心延展教學(xué)，其最終形成的教學(xué)脈絡(luò)可以是多向的、豐富的。例如在本課中，活動(dòng)環(huán)節(jié)“傳一傳”“打開秘密文件”包含了58D與111010B、3AH的轉(zhuǎn)換過程，教師可請(qǐng)學(xué)生觀察學(xué)習(xí)任務(wù)單，將教學(xué)拓展至“二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)快捷互轉(zhuǎn)”。

復(fù)用主題活動(dòng)的模式、思維成果，切入項(xiàng)目式教學(xué)。同章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)有邏輯上的延展關(guān)系，因而主題活動(dòng)的模式可在本章的教學(xué)中酌情復(fù)用，如將本章的活動(dòng)主題抽象為“猜猜它是誰”，本課利用0、1傳遞數(shù)值，后續(xù)課時(shí)則利用0、1傳遞文本、描畫位圖等，通過多課時(shí)的串聯(lián)生成本章的項(xiàng)目教學(xué)。另外，在“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊的教學(xué)中，教師可將程序設(shè)計(jì)作為容器承載起多個(gè)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，如學(xué)生在參與主題活動(dòng)時(shí)掌握了不同的編碼方案并進(jìn)行了評(píng)價(jià)，教師可在開展程序設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，請(qǐng)學(xué)生運(yùn)用程序設(shè)計(jì)測(cè)試不同編碼方案的效率，將本節(jié)課的思維成果作為“評(píng)價(jià)編碼方案的效率”這一項(xiàng)目的背景素材，開展跨章節(jié)的項(xiàng)目式教學(xué)。