數(shù)據(jù)的編碼與傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)案例：燈語的計(jì)算機(jī)表達(dá)與理解

蘇梅 楊洋

信息技術(shù)作為一門技術(shù)學(xué)科，經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)—網(wǎng)絡(luò)—數(shù)據(jù)的發(fā)展歷程，當(dāng)下的課程核心——數(shù)據(jù)，則成為整個(gè)教學(xué)的核心，關(guān)于數(shù)據(jù)的獲取、表示、傳輸、存儲(chǔ)、加工等則需要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)。現(xiàn)在信息技術(shù)教學(xué)處于新課改的風(fēng)口浪尖，我們需要探索培養(yǎng)的新途徑、新方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和學(xué)科思想，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)科的探究興趣。

本節(jié)課為信息技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)案例。信息技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，不僅需要傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)等相關(guān)設(shè)備，還需要類似“燈語發(fā)生器”等具有創(chuàng)新意義的實(shí)驗(yàn)及儀器。學(xué)生的信息技術(shù)創(chuàng)新發(fā)明也能夠?yàn)樾畔⒓夹g(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室添磚加瓦。如此，以提高學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)為目的，新建具有創(chuàng)新意義的信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，才能滿足學(xué)生選擇性學(xué)習(xí)和個(gè)性化發(fā)展的需求。

實(shí)驗(yàn)案例

實(shí)驗(yàn)名稱：燈語的計(jì)算機(jī)表達(dá)與理解。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸趨⑴c用“燈語發(fā)生器”及“燈語接收器”通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)編碼與發(fā)送、接收與識(shí)別，與人工操作電筒對(duì)燈語進(jìn)行編碼與發(fā)送、接收與識(shí)別的對(duì)比實(shí)驗(yàn)過程中，體驗(yàn)用計(jì)算機(jī)編程處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。

實(shí)驗(yàn)器材：手電筒、燈語發(fā)生器、燈語接收器、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接線等若干套。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：①使用電筒發(fā)送燈語，人工識(shí)別燈語，體驗(yàn)燈語的人工編碼、發(fā)送與識(shí)別過程；②使用“燈語發(fā)生器”發(fā)送燈語，使用“燈語接收器”接收燈語，并通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻譯；③嘗試改變程序，使用“自定義密碼”重復(fù)實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)燈語發(fā)送及翻譯機(jī)理。

實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)一：人工燈語的發(fā)送與識(shí)別

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）了解摩爾斯編碼。

學(xué)生：①觀看《聽風(fēng)者》視頻片段，引入莫爾斯編碼；②查看標(biāo)準(zhǔn)摩爾斯碼表，了解摩爾斯編碼規(guī)則。

（2）文本→摩爾斯編碼（一）。

學(xué)生：兩人為一組，其中A同學(xué)在草稿紙上編寫文本信息——Welcome to SCUFZ，并將此段文本信息轉(zhuǎn)換成摩爾斯碼。

（3）發(fā)送并接收摩爾斯編碼（一）。

學(xué)生：A同學(xué)用電筒發(fā)送編碼。B同學(xué)觀察電筒發(fā)送的信號(hào)，并做記錄。

設(shè)計(jì)意圖：小組合作，完成編碼的發(fā)送與接收。

（4）摩爾斯編碼→文本（一）。

學(xué)生：B同學(xué)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)摩爾斯碼表將記錄的電筒燈語翻譯成文本，與原始文本進(jìn)行對(duì)比。

（5）文本→摩爾斯編碼（二）。

學(xué)生：B同學(xué)在草稿紙上編寫文本信息——Thank You，并將此段文本信息轉(zhuǎn)換成摩爾斯碼。

（6）發(fā)送并接收摩爾斯編碼（二）。

學(xué)生：B同學(xué)用電筒發(fā)送編碼。A同學(xué)觀察電筒發(fā)送的信號(hào)，并做記錄。

（7）摩爾斯編碼→文本（二）。

學(xué)生：A同學(xué)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)摩爾斯碼表將記錄的電筒燈語翻譯成文本，與原始文本進(jìn)行對(duì)比。

（8）畫出人工編碼解碼的流程圖。

學(xué)生：體驗(yàn)整個(gè)過程后畫出人工識(shí)別燈語的流程圖。

（9）反思人工編碼解碼缺點(diǎn)。

學(xué)生：小組討論，總結(jié)人工編碼的缺點(diǎn)——速度慢，錯(cuò)誤率高，效率低。

（10）思考為什么要人工編碼。

人工編碼的目的：提高傳輸?shù)挠行裕用堋?/p>

實(shí)驗(yàn)二：計(jì)算機(jī)燈語的發(fā)送與識(shí)別

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）準(zhǔn)備和認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

學(xué)生：①分為兩人一小組，每組準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)兩臺(tái)，燈語發(fā)生器一臺(tái)，燈語接收器一臺(tái)，聯(lián)接線若干；②計(jì)算機(jī)上安裝“圖形化數(shù)字編碼實(shí)驗(yàn)演示程序”，并學(xué)習(xí)該程序的使用方法；③學(xué)習(xí)燈語發(fā)生器和燈語接收器的使用方法。

（2）連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

學(xué)生：小組合作，將設(shè)備進(jìn)行連接。

（3）發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)摩爾斯碼。

學(xué)生：①A同學(xué)負(fù)責(zé)發(fā)送端，B同學(xué)負(fù)責(zé)接收端，分別打開發(fā)送端和接收端的圖形化數(shù)字編碼實(shí)驗(yàn)演示程序，A同學(xué)在發(fā)送端輸入文本——Welcome to SCUFZ，B同學(xué)在接收端點(diǎn)擊接收；②比對(duì)發(fā)送端和接收端信息，將內(nèi)容填寫到實(shí)驗(yàn)記錄冊(cè)上；③A同學(xué)負(fù)責(zé)接收端，B同學(xué)負(fù)責(zé)發(fā)送端，重復(fù)步驟①、②。

（4）發(fā)送和接收自定義編碼。

學(xué)生：①A同學(xué)負(fù)責(zé)發(fā)送端，B同學(xué)負(fù)責(zé)接收端，分別打開發(fā)送端和接收端的圖形化數(shù)字編碼實(shí)驗(yàn)演示程序，A同學(xué)在發(fā)送端輸入文本——Thank You！！！，B同學(xué)在接收端點(diǎn)擊接收；②比對(duì)發(fā)送端和接收端信息，將內(nèi)容填寫到實(shí)驗(yàn)記錄冊(cè)上；③A同學(xué)負(fù)責(zé)接收端，B同學(xué)負(fù)責(zé)發(fā)送端，重復(fù)步驟①、②。

（5）畫出實(shí)驗(yàn)設(shè)備編碼解碼的流程圖。

學(xué)生：體驗(yàn)整個(gè)過程后畫出人工識(shí)別燈語的流程圖。

（6）反思計(jì)算機(jī)編碼解碼優(yōu)點(diǎn)。

學(xué)生：小組討論，總結(jié)計(jì)算機(jī)編碼的優(yōu)點(diǎn)——速度快，效率高。

（7）思考為什么要計(jì)算機(jī)編碼解碼。

計(jì)算機(jī)編碼的目的：加密，便于傳輸。解碼的目的：還原成我們能識(shí)別的信息。

課后反思

此項(xiàng)目涉及的課標(biāo)中的模塊有：必修課程模塊1——1.1在具體感知數(shù)據(jù)與信息的基礎(chǔ)上，描述數(shù)據(jù)與信息的特征，知道數(shù)據(jù)編碼的基本方式。1.7掌握一種程序設(shè)計(jì)語言的基本知識(shí)，使用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單算法。通過解決實(shí)際問題，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的基本流程，感受算法的效率，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法。必修課程模塊2——2.3 通過分析物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例，知道信息系統(tǒng)與外部世界的連接方式，了解常見的傳感與控制機(jī)制。

根據(jù)整節(jié)課的教學(xué)過程，學(xué)生先感知數(shù)據(jù)和信息，并可以描述數(shù)據(jù)和信息特征，在這個(gè)基礎(chǔ)上，讓學(xué)生實(shí)際感受計(jì)算機(jī)解決數(shù)據(jù)編碼解碼的過程，并探索學(xué)習(xí)用一種程序設(shè)計(jì)語言，設(shè)計(jì)算法，編寫程序，去呈現(xiàn)計(jì)算機(jī)編碼解碼的全過程，感受計(jì)算機(jī)解決問題的效率。

要完成這樣的課程內(nèi)容，我們需要依托相應(yīng)的載體，而在這節(jié)課中，“燈語發(fā)生器”就起到了這樣的載體作用，既能深化對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程的理解，又能引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“燈語發(fā)生器”的底層語言進(jìn)行探索，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握一種程序設(shè)計(jì)語言。整個(gè)過程都需要依托“燈語發(fā)生器”，該設(shè)備反過來又為學(xué)生的項(xiàng)目學(xué)習(xí)搭建橋梁，從知識(shí)建構(gòu)、技能培養(yǎng)到思維發(fā)展層層推進(jìn)，幫助學(xué)生成為有效的技術(shù)使用者、創(chuàng)新的技術(shù)設(shè)計(jì)者和理想的技術(shù)反思者。