“數(shù)據(jù)與編碼”模塊

數(shù)字與編碼

本期內(nèi)容

1

課標(biāo)理解

●從概念意義入手，夯實編碼教學(xué)

——“數(shù)字與編碼”單元的教學(xué)

2

教學(xué)課例+同步教學(xué)資源

●“數(shù)字與編碼”單元的教學(xué)思考

●數(shù)字編碼視角下跨學(xué)科主題式教學(xué)設(shè)計研究與實踐

——以“用編碼描繪世界”設(shè)計為例

1

課標(biāo)理解

從概念意義入手，夯實編碼教學(xué)

——“數(shù)字與編碼”單元的教學(xué)

本文圍繞數(shù)據(jù)編碼教學(xué)展開多方面論述。數(shù)據(jù)編碼實現(xiàn)了信息的高效存儲、傳輸，確保了信息的準(zhǔn)確性與一致性，同時數(shù)據(jù)編碼也是維系信息社會組織與秩序的科學(xué)基礎(chǔ)。文章通過超市商品條形碼、身份證號碼等案例，揭示編碼長度與信息量的關(guān)系，指出設(shè)計編碼需平衡二者。在教學(xué)上，因四年級學(xué)生生活經(jīng)驗有限，所以應(yīng)從實際生活體驗出發(fā)，開展數(shù)據(jù)編碼教學(xué)，以提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力。

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中的“數(shù)字與編碼”單元屬于四年級學(xué)習(xí)內(nèi)容，考慮到四年級學(xué)生的心智水平和生活經(jīng)驗有限，教學(xué)應(yīng)從基本概念的理解和編碼意義的闡釋入手，并通過豐富的實際案例進行展示，以驅(qū)動學(xué)生對數(shù)字與編碼的學(xué)習(xí)。

了解基本概念

1.數(shù)字與數(shù)據(jù)

在信息科技領(lǐng)域，數(shù)字與數(shù)據(jù)是構(gòu)建現(xiàn)代社會信息網(wǎng)絡(luò)的核心要素。數(shù)字是一種基礎(chǔ)的符號系統(tǒng)，通常以阿拉伯?dāng)?shù)字（0～9）的形式存在，用于表示數(shù)量、順序或編碼，而數(shù)據(jù)則是對客觀事物的記錄和描述，可以使用數(shù)字、字母或文字編碼來表達。從應(yīng)用角度來看，數(shù)字和數(shù)據(jù)密不可分。數(shù)字是數(shù)據(jù)的重要組成部分，常用于量化和精確表達信息。數(shù)據(jù)的價值在于其能夠被計算機識別、存儲和管理。通過編碼技術(shù)，數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系得以建立，從而實現(xiàn)高效的信息組織與傳輸。

2.數(shù)字與編碼

數(shù)字是數(shù)學(xué)中的基本概念，是構(gòu)成數(shù)學(xué)體系的基石。它們用于表示數(shù)量、順序、位置等信息。在數(shù)學(xué)中，數(shù)字可以分為自然數(shù)、整數(shù)、有理數(shù)、實數(shù)和復(fù)數(shù)等類別。數(shù)字的表示方法多種多樣，最常見的是十進制系統(tǒng)。十進制系統(tǒng)基于10個符號：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。每個位置上的數(shù)字代表其值乘以10的冪次。

例如，數(shù)字1234可以表示為1×10^3+2×10^2+3×10^1+4×10^0。除了十進制系統(tǒng)，還有其他數(shù)字表示系統(tǒng)，如二進制、八進制和十六進制。

編碼是將信息轉(zhuǎn)換為某種形式的過程，以便于存儲、傳輸或處理。編碼在通信、計算機科學(xué)、數(shù)據(jù)存儲和信息安全等領(lǐng)域中扮演著重要角色。常見的編碼方法包括ASCII編碼、Unicode編碼和各種圖像、音頻和視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。ASCII編碼是美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼的縮寫，它使用7位二進制數(shù)表示128個不同的字符，包括英文字母、數(shù)字、標(biāo)點符號和控制字符。Unicode編碼是ASCII編碼的擴展，它使用更多的位數(shù)（通常是16位或32位）來表示更多的字符，支持世界上幾乎所有的書寫系統(tǒng)。

在數(shù)據(jù)存儲方面，編碼用于確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。例如，奇偶校驗位、循環(huán)冗余校驗（CRC）和海明碼等編碼技術(shù)用于檢測和糾正數(shù)據(jù)傳輸或存儲過程中的錯誤。在信息安全領(lǐng)域，編碼用于加密和解密信息，以保護數(shù)據(jù)不被未授權(quán)的用戶訪問。常見的加密算法包括對稱加密（如AES）、非對稱加密（如RSA）和哈希函數(shù)（如SHA-256）。

明確編碼意義

第一，結(jié)合真實情境，了解編碼在生活中的應(yīng)用，認(rèn)識數(shù)據(jù)編碼的目的，理解數(shù)據(jù)編碼是保持信息社會組織與秩序的科學(xué)基礎(chǔ)。

①數(shù)據(jù)編碼是生活中的隱形秩序構(gòu)建者。

在當(dāng)今的數(shù)字化時代，編碼無處不在，從日常出行到電子設(shè)備的使用，編碼以各種形式存在，成為維持信息社會組織與秩序的科學(xué)基石。

以“交通信號燈”為例，紅、綠、黃三種顏色是一種簡單而有效的編碼。紅色代表停止，綠色表示通行，黃色意味著警示即將變換。這種編碼方式在全球范圍內(nèi)是統(tǒng)一的，讓不同語言、不同文化背景的人們在道路上能夠遵循共同的規(guī)則。超市商品上的條形碼也是一種常見的編碼，每個條形碼對應(yīng)著特定商品的名稱、價格、產(chǎn)地等信息。當(dāng)收銀員用掃碼槍掃描條形碼時，系統(tǒng)瞬間識別并獲取商品數(shù)據(jù)，完成結(jié)算。對于超市管理者而言，通過條形碼對商品進行編碼，便于庫存管理、統(tǒng)計銷量，從而精準(zhǔn)進貨，合理安排貨架。

在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，IP地址是設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的編碼標(biāo)識，每臺連接互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備都有獨一無二的IP地址，數(shù)據(jù)通過IP地址在網(wǎng)絡(luò)中準(zhǔn)確傳輸，保證信息能從發(fā)送端準(zhǔn)確無誤到達接收端。例如，當(dāng)訪問一個網(wǎng)站時，計算機依據(jù)網(wǎng)站服務(wù)器的IP地址找到對應(yīng)的服務(wù)器，獲取網(wǎng)頁數(shù)據(jù)并顯示在屏幕上。若沒有IP地址編碼，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)將如無頭蒼蠅般無序傳輸，互聯(lián)網(wǎng)世界將無法正常運轉(zhuǎn)。

數(shù)據(jù)編碼的目的首先是實現(xiàn)信息的高效存儲與傳輸。在有限的存儲空間與網(wǎng)絡(luò)帶寬下，通過編碼將信息轉(zhuǎn)換為特定形式，能減少數(shù)據(jù)量，提高傳輸效率。例如，圖像的JPEG編碼，通過特定算法去除圖像中冗余信息，在保證圖像質(zhì)量的前提下大幅壓縮文件大小，便于存儲與在網(wǎng)絡(luò)上快速傳播。其次，編碼可確保信息的準(zhǔn)確性與一致性。統(tǒng)一編碼標(biāo)準(zhǔn)讓不同系統(tǒng)、不同地區(qū)對同一信息有相同的解讀。例如，全球每一本正式出版的圖書都有唯一的ISBN編碼，便于圖書館、書店等機構(gòu)對圖書進行分類、檢索與管理，避免因命名差異導(dǎo)致的混亂。

②數(shù)據(jù)編碼是維持信息社會組織與秩序的科學(xué)基礎(chǔ)。

在龐大的社會信息體系中，編碼如同規(guī)則與秩序的制訂者，它將海量無序的信息進行分類、標(biāo)識，使信息在各個領(lǐng)域有序流動與交互。從金融交易到醫(yī)療記錄，從物流配送到教育管理，編碼讓信息在復(fù)雜的社會網(wǎng)絡(luò)中找到自己的位置，實現(xiàn)高效管理與共享。沒有數(shù)據(jù)編碼，社會將因信息混亂而陷入無序，各行業(yè)的運轉(zhuǎn)也將停滯。

綜上所述，編碼在生活中應(yīng)用廣泛，其目的在于高效處理信息，同時它也是構(gòu)建信息社會組織與秩序的核心要素。隨著科技的發(fā)展，編碼將持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，為人們創(chuàng)造更有序、高效的生活。

第二，通過觀察身邊的真實案例，知道如何使用編碼建立數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，以便計算機識別和管理，了解編碼長度與所包含信息量之間的關(guān)系。

③數(shù)據(jù)編碼是數(shù)據(jù)、信息間的橋梁。

編碼就像一把神奇的鑰匙，開啟了數(shù)據(jù)管理和計算機識別的大門。通過觀察身邊的真實案例，可以深入了解如何運用編碼建立數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，以及編碼長度與所包含信息量之間微妙的關(guān)系。

例如，超市為了實現(xiàn)計算機對超市中每件商品的高效識別與管理，超市工作人員為每個商品賦予特定的條形碼。當(dāng)收銀員掃描商品條形碼時，計算機系統(tǒng)能迅速識別出商品的名稱、價格、庫存等詳細(xì)信息。這背后的原理是，條形碼編碼規(guī)則將商品的各項數(shù)據(jù)進行了巧妙關(guān)聯(lián)。不同的數(shù)字段代表不同的含義，如前幾位可能表示商品的類別，中間部分與品牌相關(guān)，最后的數(shù)字則用于區(qū)分具體的單品。這樣，通過這一串編碼，就建立起了商品數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，計算機因此得以快速、準(zhǔn)確地處理和管理海量的商品信息。

又如，居民身份證號碼也是一種典型的編碼。身份證號碼長度為18位，每一位數(shù)字都承載著特定的信息：前6位代表地址碼，精確到省、市、縣（區(qū)），這就確定了個人的出生地信息；接下來8位是出生日期碼，明確了個人的出生年月日；第15～17位是順序碼，其中第17位還能區(qū)分性別；最后一位是校驗碼，用于驗證身份證號碼的正確性。從這個例子可以看出，身份證編碼通過合理的長度設(shè)置，讓其所包含的個人的重要基礎(chǔ)信息全面且有序。它以18位的固定長度，將一個人在身份識別方面的關(guān)鍵數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系起來，方便政府部門、金融機構(gòu)等各類組織基于這些編碼進行身份確認(rèn)、信息管理等工作。

通過這些案例，來探討編碼長度與所包含的信息量之間的關(guān)系，一般而言，編碼長度越長，其所能承載的信息量越大。以郵政編碼為例，我國采用6位編碼，前兩位數(shù)字表示省（直轄市、自治區(qū)），第三位數(shù)字表示郵區(qū)，第四位數(shù)字表示縣（市），最后兩位數(shù)字表示投遞局（所）。相比一些僅用3～4位編碼來劃分大致區(qū)域的方式，6位的郵政編碼能夠更細(xì)致地定位郵件的收發(fā)區(qū)域，且能提供更豐富的信息，讓郵件能夠更精準(zhǔn)地投遞。

當(dāng)然，編碼長度并非越長越好，過長的編碼可能會增加數(shù)據(jù)錄入、存儲和處理的成本與難度。例如，在一些物流包裹的簡易編碼系統(tǒng)中，如果只是為了在一個較小區(qū)域內(nèi)區(qū)分不同包裹，設(shè)置過長的編碼就顯得冗余。此時，應(yīng)采用較短但有效的編碼，只要能滿足包裹識別和基本物流信息關(guān)聯(lián)的需求即可。所以，在設(shè)計編碼時，需要在滿足信息量需求的同時，綜合考慮實際應(yīng)用場景中的效率和成本因素，找到編碼長度與信息量之間的最佳平衡點。

編碼在人們的生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它就像一條無形的紐帶，將各種數(shù)據(jù)緊密相連，便于計算機進行識別和管理。而編碼長度與信息量之間的關(guān)系，更是一門需要深入研究的學(xué)問，只有把握好這個關(guān)系，才能設(shè)計出高效、實用的編碼系統(tǒng)，更好地服務(wù)于數(shù)字化社會的各個領(lǐng)域。

夯實編碼教學(xué)

編碼的重要作用毋容置疑，但四年級的學(xué)生生活經(jīng)驗有限，因此，在教學(xué)時要從學(xué)生實際生活體驗出發(fā)，開展數(shù)據(jù)編碼的教學(xué)。具體的教學(xué)可以通過以下幾個實例來說明。

1.通過電子地圖導(dǎo)航的應(yīng)用，了解數(shù)字化表示信息的優(yōu)勢

教學(xué)中要通過分析生活中的具體應(yīng)用，了解數(shù)字化表示信息的優(yōu)勢。以生活中常用的電子地圖導(dǎo)航為例，讓學(xué)生感受到“數(shù)字化表示信息的優(yōu)勢”。①準(zhǔn)確性提升。在傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖時代，人們尋找路線依賴地圖上的標(biāo)識和自己的方向感，容易出現(xiàn)偏差。而電子地圖通過數(shù)字化表示地理位置信息，能夠精確到具體的街道、門牌號。②信息豐富度增強。紙質(zhì)地圖受限于版面，所能承載的信息有限。電子地圖則可借助數(shù)字化手段，集成多種信息，如除了道路信息外，還能實時顯示交通擁堵狀況（用不同顏色標(biāo)識擁堵程度）、周邊的各類場所（如商場、醫(yī)院、停車場等）及其詳細(xì)信息（營業(yè)時間、聯(lián)系電話等）。這使得用戶能獲取更加全面的信息，進而更好地規(guī)劃出行。③便捷性與實時更新。紙質(zhì)地圖需要定期購買新的版本才能獲取最新信息，否則可能因道路新建、地名變更等導(dǎo)致使用不便。電子地圖依靠網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字化技術(shù)，可實時更新數(shù)據(jù)。

2.以手機拍照分享照片為例，了解信息存儲和傳輸中的編碼與解碼

（1）編碼步驟

當(dāng)用手機拍照時，圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，這些電信號代表了圖像的不同像素信息。手機內(nèi)部的圖像處理器會對這些電信號進行編碼處理，常見的編碼格式如JPEG。它會通過一系列算法，對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮，去除一些人眼不易察覺的冗余信息，將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進制代碼存儲在手機存儲設(shè)備中。這樣既減少了圖像文件的大小，便于存儲，又能在一定程度上保證圖像質(zhì)量。例如，一張原本很大的高清照片，經(jīng)過JPEG編碼后，文件大小可能縮小到原來的幾分之一，卻依然能保持較好的視覺效果。

（2）解碼步驟

當(dāng)要將照片發(fā)送給朋友時，照片以二進制編碼數(shù)據(jù)的形式通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綄Ψ绞謾C。對方手機接收到這些數(shù)據(jù)后，需要進行解碼操作。手機的圖像解碼程序按照J(rèn)PEG編碼的規(guī)則，將接收到的二進制代碼還原為圖像像素的電信號，再通過屏幕將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，最終在屏幕上顯示出照片。這個過程就如同將一個加密的信息解開，讓我們能夠看到原本的圖像內(nèi)容。

3.以網(wǎng)購支付過程為例，了解數(shù)據(jù)校驗的目的和意義

（1）數(shù)據(jù)校驗?zāi)康?/p>

在網(wǎng)購支付過程中，涉及大量重要信息的傳輸，如銀行卡號、支付金額等。數(shù)據(jù)校驗的目的就是確保這些信息在傳輸和存儲過程中沒有發(fā)生錯誤或被篡改。例如，當(dāng)輸入銀行卡號后，支付系統(tǒng)會通過一定的算法對銀行卡號進行校驗，檢查其格式是否正確、是否符合該銀行的編碼規(guī)則等。同時，在支付金額傳輸時，也會對金額數(shù)據(jù)進行校驗，防止因網(wǎng)絡(luò)傳輸故障等導(dǎo)致金額數(shù)據(jù)錯誤。

（2）數(shù)據(jù)校驗意義

數(shù)據(jù)校驗可以有效保障支付信息的完整性和準(zhǔn)確性，維護用戶的利益。同時，對于商家和支付平臺來說，準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)校驗?zāi)鼙ＷC交易的正常進行，避免因數(shù)據(jù)錯誤引發(fā)的糾紛，維護交易秩序，提高整個電子商務(wù)系統(tǒng)的可靠性和安全性。

這些實例并不是教學(xué)的全部，但對夯實數(shù)據(jù)與編碼教學(xué)可以起到舉一反三的作用。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，他們的生活經(jīng)驗、認(rèn)知水平和興趣愛好都是影響教學(xué)效果的重要因素。在數(shù)據(jù)編碼的教學(xué)中，如果能夠充分利用學(xué)生的這些特點，將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的實際生活相結(jié)合，那么教學(xué)效果無疑會得到顯著提升。例如，可以引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析他們在日常生活中所接觸到的各種數(shù)據(jù)和信息，如身份證號碼、電話號碼、郵政編碼等，這些都是數(shù)據(jù)編碼在實際生活中的應(yīng)用實例。通過讓學(xué)生親自動手去查找、分析和理解這些數(shù)據(jù)編碼背后的含義和規(guī)律，可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，使他們在輕松愉快的氛圍中掌握數(shù)據(jù)編碼的基本概念和原理。

同時，從學(xué)生實際生活體驗出發(fā)開展數(shù)據(jù)編碼教學(xué)，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維。在數(shù)據(jù)編碼的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不僅需要理解和掌握基本的編碼原理和方法，還需要具備將所學(xué)知識應(yīng)用于實際問題的能力。通過讓學(xué)生參與一些與數(shù)據(jù)編碼相關(guān)的實踐活動，如設(shè)計簡單的編碼方案、解讀和分析數(shù)據(jù)編碼等，可以培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新思維，使他們在解決問題的過程中不斷成長和進步。

本文作者：

李維明

四川省教育科學(xué)研究院

文章刊登于《中國信息技術(shù)教育》2025年第17期

引用請注明參考文獻：

李維明.從概念意義入手，夯實編碼教學(xué)——“數(shù)字與編碼”單元的教學(xué)[J].中國信息技術(shù)教育，2025（17）：20-23.

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教學(xué)課例+同步教學(xué)資源

“數(shù)字與編碼”單元的教學(xué)思考

作者：

朱偉 鄧藝 四川省成都市玉林小學(xué)

宋雨婷 成都市龍江路小學(xué)分校

資源：

（1）教學(xué)論文：“數(shù)字與編碼”單元的教學(xué)思考點擊閱讀

（2）教學(xué)設(shè)計：“數(shù)字與編碼”單元的教學(xué)思考（教案、PPT）點擊下載

課例介紹：包括《數(shù)字的雙重含義》《校園秩序設(shè)計師》《莫爾斯電碼探秘》《數(shù)字世界的小秘密——編碼與解碼》四課時的教案設(shè)計及PPT設(shè)計。

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預(yù)覽、教學(xué)資源（可下載使用）。

數(shù)字編碼視角下

跨學(xué)科主題式教學(xué)設(shè)計研究與實踐

——以“用編碼描繪世界”設(shè)計為例

作者：

魏凌萱 新疆塔城地區(qū)托里縣第四小學(xué)

資源：

（1）教學(xué)論文：數(shù)字編碼視角下跨學(xué)科主題式教學(xué)設(shè)計研究與實踐——以“用編碼描繪世界”設(shè)計為例點擊閱讀

（2）教學(xué)設(shè)計：數(shù)字編碼視角下跨學(xué)科主題式教學(xué)設(shè)計研究與實踐點擊下載

課例介紹：包括《古往今來的編碼》《數(shù)據(jù)編碼隨處可見》兩課時的教案設(shè)計和PPT。

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預(yù)覽、教學(xué)資源（可下載使用）。

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