義教信息科技教學實施 | “數據與編碼”模塊-數字與編碼

“數據與編碼”模塊

數字與編碼

本期內容

1

課標理解

●從概念意義入手，夯實編碼教學

——“數字與編碼”單元的教學

2

教學課例+同步教學資源

●“數字與編碼”單元的教學思考

●數字編碼視角下跨學科主題式教學設計研究與實踐

——以“用編碼描繪世界”設計為例

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課標理解

從概念意義入手，夯實編碼教學

——“數字與編碼”單元的教學

本文圍繞數據編碼教學展開多方面論述。數據編碼實現了信息的高效存儲、傳輸，確保了信息的準確性與一致性，同時數據編碼也是維系信息社會組織與秩序的科學基礎。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系，指出設計編碼需平衡二者。在教學上，因四年級學生生活經驗有限，所以應從實際生活體驗出發，開展數據編碼教學，以提升教學效果，培養學生實踐與創新能力。

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中的“數字與編碼”單元屬于四年級學習內容，考慮到四年級學生的心智水平和生活經驗有限，教學應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，以驅動學生對數字與編碼的學習。

了解基本概念

1.數字與數據

在信息科技領域，數字與數據是構建現代社會信息網絡的核心要素。數字是一種基礎的符號系統，通常以阿拉伯數字（0～9）的形式存在，用于表示數量、順序或編碼，而數據則是對客觀事物的記錄和描述，可以使用數字、字母或文字編碼來表達。從應用角度來看，數字和數據密不可分。數字是數據的重要組成部分，常用于量化和精確表達信息。數據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，數據間的內在聯系得以建立，從而實現高效的信息組織與傳輸。

2.數字與編碼

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

例如，數字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，還有其他數字表示系統，如二進制、八進制和十六進制。

編碼是將信息轉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、數據存儲和信息安全等領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、音頻和視頻編碼標準。ASCII編碼是美國信息交換標準代碼的縮寫，它使用7位二進制數表示128個不同的字符，包括英文字母、數字、標點符號和控制字符。Unicode編碼是ASCII編碼的擴展，它使用更多的位數（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。

在數據存儲方面，編碼用于確保數據的完整性和可靠性。例如，奇偶校驗位、循環冗余校驗（CRC）和海明碼等編碼技術用于檢測和糾正數據傳輸或存儲過程中的錯誤。在信息安全領域，編碼用于加密和解密信息，以保護數據不被未授權的用戶訪問。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（如SHA-256）。

明確編碼意義

第一，結合真實情境，了解編碼在生活中的應用，認識數據編碼的目的，理解數據編碼是保持信息社會組織與秩序的科學基礎。

①數據編碼是生活中的隱形秩序構建者。

在當今的數字化時代，編碼無處不在，從日常出行到電子設備的使用，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是統一的，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，每個條形碼對應著特定商品的名稱、價格、產地等信息。當收銀員用掃碼槍掃描條形碼時，系統瞬間識別并獲取商品數據，完成結算。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、統計銷量，從而精準進貨，合理安排貨架。

在網絡通信領域，IP地址是設備在網絡中的編碼標識，每臺連接互聯網的設備都有獨一無二的IP地址，數據通過IP地址在網絡中準確傳輸，保證信息能從發送端準確無誤到達接收端。例如，當訪問一個網站時，計算機依據網站服務器的IP地址找到對應的服務器，獲取網頁數據并顯示在屏幕上。若沒有IP地址編碼，網絡數據將如無頭蒼蠅般無序傳輸，互聯網世界將無法正常運轉。

數據編碼的目的首先是實現信息的高效存儲與傳輸。在有限的存儲空間與網絡帶寬下，通過編碼將信息轉換為特定形式，能減少數據量，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，在保證圖像質量的前提下大幅壓縮文件大小，便于存儲與在網絡上快速傳播。其次，編碼可確保信息的準確性與一致性。統一編碼標準讓不同系統、不同地區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、書店等機構對圖書進行分類、檢索與管理，避免因命名差異導致的混亂。

②數據編碼是維持信息社會組織與秩序的科學基礎。

在龐大的社會信息體系中，編碼如同規則與秩序的制訂者，它將海量無序的信息進行分類、標識，使信息在各個領域有序流動與交互。從金融交易到醫療記錄，從物流配送到教育管理，編碼讓信息在復雜的社會網絡中找到自己的位置，實現高效管理與共享。沒有數據編碼，社會將因信息混亂而陷入無序，各行業的運轉也將停滯。

綜上所述，編碼在生活中應用廣泛，其目的在于高效處理信息，同時它也是構建信息社會組織與秩序的核心要素。隨著科技的發展，編碼將持續發揮關鍵作用，為人們創造更有序、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據間的內在聯系，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系。

③數據編碼是數據、信息間的橋梁。

編碼就像一把神奇的鑰匙，開啟了數據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據間的內在聯系，以及編碼長度與所包含信息量之間微妙的關系。

例如，超市為了實現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。當收銀員掃描商品條形碼時，計算機系統能迅速識別出商品的名稱、價格、庫存等詳細信息。這背后的原理是，條形碼編碼規則將商品的各項數據進行了巧妙關聯。不同的數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，最后的數字則用于區分具體的單品。這樣，通過這一串編碼，就建立起了商品數據間的內在聯系，計算機因此得以快速、準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），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置，讓其所包含的個人的重要基礎信息全面且有序。它以18位的固定長度，將一個人在身份識別方面的關鍵數據緊密聯系起來，方便政府部門、金融機構等各類組織基于這些編碼進行身份確認、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，前兩位數字表示省（直轄市、自治區），第三位數字表示郵區，第四位數字表示縣（市），最后兩位數字表示投遞局（所）。相比一些僅用3～4位編碼來劃分大致區域的方式，6位的郵政編碼能夠更細致地定位郵件的收發區域，且能提供更豐富的信息，讓郵件能夠更精準地投遞。

當然，編碼長度并非越長越好，過長的編碼可能會增加數據錄入、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中，如果只是為了在一個較小區域內區分不同包裹，設置過長的編碼就顯得冗余。此時，應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聯的需求即可。所以，在設計編碼時，需要在滿足信息量需求的同時，綜合考慮實際應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揮著至關重要的作用，它就像一條無形的紐帶，將各種數據緊密相連，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系，更是一門需要深入研究的學問，只有把握好這個關系，才能設計出高效、實用的編碼系統，更好地服務于數字化社會的各個領域。

夯實編碼教學

編碼的重要作用毋容置疑，但四年級的學生生活經驗有限，因此，在教學時要從學生實際生活體驗出發，開展數據編碼的教學。具體的教學可以通過以下幾個實例來說明。

1.通過電子地圖導航的應用，了解數字化表示信息的優勢

教學中要通過分析生活中的具體應用，了解數字化表示信息的優勢。以生活中常用的電子地圖導航為例，讓學生感受到“數字化表示信息的優勢”。①準確性提升。在傳統紙質地圖時代，人們尋找路線依賴地圖上的標識和自己的方向感，容易出現偏差。而電子地圖通過數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（用不同顏色標識擁堵程度）、周邊的各類場所（如商場、醫院、停車場等）及其詳細信息（營業時間、聯系電話等）。這使得用戶能獲取更加全面的信息，進而更好地規劃出行。③便捷性與實時更新。紙質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、地名變更等導致使用不便。電子地圖依靠網絡和數字化技術，可實時更新數據。

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

當用手機拍照時，圖像傳感器將光信號轉換為電信號，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，對圖像數據進行壓縮，去除一些人眼不易察覺的冗余信息，將圖像數據轉換為二進制代碼存儲在手機存儲設備中。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量。例如，一張原本很大的高清照片，經過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

當要將照片發送給朋友時，照片以二進制編碼數據的形式通過網絡傳輸到對方手機。對方手機接收到這些數據后，需要進行解碼操作。手機的圖像解碼程序按照JPEG編碼的規則，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容。

3.以網購支付過程為例，了解數據校驗的目的和意義

（1）數據校驗目的

在網購支付過程中，涉及大量重要信息的傳輸，如銀行卡號、支付金額等。數據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生錯誤或被篡改。例如，當輸入銀行卡號后，支付系統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則等。同時，在支付金額傳輸時，也會對金額數據進行校驗，防止因網絡傳輸故障等導致金額數據錯誤。

（2）數據校驗意義

數據校驗可以有效保障支付信息的完整性和準確性，維護用戶的利益。同時，對于商家和支付平臺來說，準確的數據校驗能保證交易的正常進行，避免因數據錯誤引發的糾紛，維護交易秩序，提高整個電子商務系統的可靠性和安全性。

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

同時，從學生實際生活體驗出發開展數據編碼教學，還有助于培養學生的實踐能力和創新思維。在數據編碼的學習過程中，學生不僅需要理解和掌握基本的編碼原理和方法，還需要具備將所學知識應用于實際問題的能力。通過讓學生參與一些與數據編碼相關的實踐活動，如設計簡單的編碼方案、解讀和分析數據編碼等，可以培養他們的實踐能力和創新思維，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

四川省教育科學研究院

文章刊登于《中國信息技術教育》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——“數字與編碼”單元的教學[J].中國信息技術教育，2025（17）：20-23.

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教學課例+同步教學資源

“數字與編碼”單元的教學思考

作者：

朱偉 鄧藝 四川省成都市玉林小學

宋雨婷 成都市龍江路小學分校

資源：

（1）教學論文：“數字與編碼”單元的教學思考點擊閱讀

（2）教學設計：“數字與編碼”單元的教學思考（教案、PPT）點擊下載

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

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預覽、教學資源（可下載使用）。

數字編碼視角下

跨學科主題式教學設計研究與實踐

——以“用編碼描繪世界”設計為例

作者：

魏凌萱 新疆塔城地區托里縣第四小學

資源：

（1）教學論文：數字編碼視角下跨學科主題式教學設計研究與實踐——以“用編碼描繪世界”設計為例點擊閱讀

（2）教學設計：數字編碼視角下跨學科主題式教學設計研究與實踐點擊下載

課例介紹：包括《古往今來的編碼》《數據編碼隨處可見》兩課時的教案設計和PPT。

提示：在線兌換完雜志后自動解鎖本期目錄、原貌預覽、教學資源（可下載使用）。

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