义教信息科技教学实施 | “数据与编码”模块-数字与编码

“数据与编码”模块

数字与编码

本期内容

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课标理解

●从概念意义入手，夯实编码教学

——“数字与编码”单元的教学

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教学课例+同步教学资源

●“数字与编码”单元的教学思考

●数字编码视角下跨学科主题式教学设计研究与实践

——以“用编码描绘世界”设计为例

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课标理解

从概念意义入手，夯实编码教学

——“数字与编码”单元的教学

本文围绕数据编码教学展开多方面论述。数据编码实现了信息的高效存储、传输，确保了信息的准确性与一致性，同时数据编码也是维系信息社会组织与秩序的科学基础。文章通过超市商品条形码、身份证号码等案例，揭示编码长度与信息量的关系，指出设计编码需平衡二者。在教学上，因四年级学生生活经验有限，所以应从实际生活体验出发，开展数据编码教学，以提升教学效果，培养学生实践与创新能力。

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中的“数字与编码”单元属于四年级学习内容，考虑到四年级学生的心智水平和生活经验有限，教学应从基本概念的理解和编码意义的阐释入手，并通过丰富的实际案例进行展示，以驱动学生对数字与编码的学习。

了解基本概念

1.数字与数据

在信息科技领域，数字与数据是构建现代社会信息网络的核心要素。数字是一种基础的符号系统，通常以阿拉伯数字（0～9）的形式存在，用于表示数量、顺序或编码，而数据则是对客观事物的记录和描述，可以使用数字、字母或文字编码来表达。从应用角度来看，数字和数据密不可分。数字是数据的重要组成部分，常用于量化和精确表达信息。数据的价值在于其能够被计算机识别、存储和管理。通过编码技术，数据间的内在联系得以建立，从而实现高效的信息组织与传输。

2.数字与编码

数字是数学中的基本概念，是构成数学体系的基石。它们用于表示数量、顺序、位置等信息。在数学中，数字可以分为自然数、整数、有理数、实数和复数等类别。数字的表示方法多种多样，最常见的是十进制系统。十进制系统基于10个符号：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。每个位置上的数字代表其值乘以10的幂次。

例如，数字1234可以表示为1×10^3+2×10^2+3×10^1+4×10^0。除了十进制系统，还有其他数字表示系统，如二进制、八进制和十六进制。

编码是将信息转换为某种形式的过程，以便于存储、传输或处理。编码在通信、计算机科学、数据存储和信息安全等领域中扮演着重要角色。常见的编码方法包括ASCII编码、Unicode编码和各种图像、音频和视频编码标准。ASCII编码是美国信息交换标准代码的缩写，它使用7位二进制数表示128个不同的字符，包括英文字母、数字、标点符号和控制字符。Unicode编码是ASCII编码的扩展，它使用更多的位数（通常是16位或32位）来表示更多的字符，支持世界上几乎所有的书写系统。

在数据存储方面，编码用于确保数据的完整性和可靠性。例如，奇偶校验位、循环冗余校验（CRC）和海明码等编码技术用于检测和纠正数据传输或存储过程中的错误。在信息安全领域，编码用于加密和解密信息，以保护数据不被未授权的用户访问。常见的加密算法包括对称加密（如AES）、非对称加密（如RSA）和哈希函数（如SHA-256）。

明确编码意义

第一，结合真实情境，了解编码在生活中的应用，认识数据编码的目的，理解数据编码是保持信息社会组织与秩序的科学基础。

①数据编码是生活中的隐形秩序构建者。

在当今的数字化时代，编码无处不在，从日常出行到电子设备的使用，编码以各种形式存在，成为维持信息社会组织与秩序的科学基石。

以“交通信号灯”为例，红、绿、黄三种颜色是一种简单而有效的编码。红色代表停止，绿色表示通行，黄色意味着警示即将变换。这种编码方式在全球范围内是统一的，让不同语言、不同文化背景的人们在道路上能够遵循共同的规则。超市商品上的条形码也是一种常见的编码，每个条形码对应着特定商品的名称、价格、产地等信息。当收银员用扫码枪扫描条形码时，系统瞬间识别并获取商品数据，完成结算。对于超市管理者而言，通过条形码对商品进行编码，便于库存管理、统计销量，从而精准进货，合理安排货架。

在网络通信领域，IP地址是设备在网络中的编码标识，每台连接互联网的设备都有独一无二的IP地址，数据通过IP地址在网络中准确传输，保证信息能从发送端准确无误到达接收端。例如，当访问一个网站时，计算机依据网站服务器的IP地址找到对应的服务器，获取网页数据并显示在屏幕上。若没有IP地址编码，网络数据将如无头苍蝇般无序传输，互联网世界将无法正常运转。

数据编码的目的首先是实现信息的高效存储与传输。在有限的存储空间与网络带宽下，通过编码将信息转换为特定形式，能减少数据量，提高传输效率。例如，图像的JPEG编码，通过特定算法去除图像中冗余信息，在保证图像质量的前提下大幅压缩文件大小，便于存储与在网络上快速传播。其次，编码可确保信息的准确性与一致性。统一编码标准让不同系统、不同地区对同一信息有相同的解读。例如，全球每一本正式出版的图书都有唯一的ISBN编码，便于图书馆、书店等机构对图书进行分类、检索与管理，避免因命名差异导致的混乱。

②数据编码是维持信息社会组织与秩序的科学基础。

在庞大的社会信息体系中，编码如同规则与秩序的制订者，它将海量无序的信息进行分类、标识，使信息在各个领域有序流动与交互。从金融交易到医疗记录，从物流配送到教育管理，编码让信息在复杂的社会网络中找到自己的位置，实现高效管理与共享。没有数据编码，社会将因信息混乱而陷入无序，各行业的运转也将停滞。

综上所述，编码在生活中应用广泛，其目的在于高效处理信息，同时它也是构建信息社会组织与秩序的核心要素。随着科技的发展，编码将持续发挥关键作用，为人们创造更有序、高效的生活。

第二，通过观察身边的真实案例，知道如何使用编码建立数据间的内在联系，以便计算机识别和管理，了解编码长度与所包含信息量之间的关系。

③数据编码是数据、信息间的桥梁。

编码就像一把神奇的钥匙，开启了数据管理和计算机识别的大门。通过观察身边的真实案例，可以深入了解如何运用编码建立数据间的内在联系，以及编码长度与所包含信息量之间微妙的关系。

例如，超市为了实现计算机对超市中每件商品的高效识别与管理，超市工作人员为每个商品赋予特定的条形码。当收银员扫描商品条形码时，计算机系统能迅速识别出商品的名称、价格、库存等详细信息。这背后的原理是，条形码编码规则将商品的各项数据进行了巧妙关联。不同的数字段代表不同的含义，如前几位可能表示商品的类别，中间部分与品牌相关，最后的数字则用于区分具体的单品。这样，通过这一串编码，就建立起了商品数据间的内在联系，计算机因此得以快速、准确地处理和管理海量的商品信息。

又如，居民身份证号码也是一种典型的编码。身份证号码长度为18位，每一位数字都承载着特定的信息：前6位代表地址码，精确到省、市、县（区），这就确定了个人的出生地信息；接下来8位是出生日期码，明确了个人的出生年月日；第15～17位是顺序码，其中第17位还能区分性别；最后一位是校验码，用于验证身份证号码的正确性。从这个例子可以看出，身份证编码通过合理的长度设置，让其所包含的个人的重要基础信息全面且有序。它以18位的固定长度，将一个人在身份识别方面的关键数据紧密联系起来，方便政府部门、金融机构等各类组织基于这些编码进行身份确认、信息管理等工作。

通过这些案例，来探讨编码长度与所包含的信息量之间的关系，一般而言，编码长度越长，其所能承载的信息量越大。以邮政编码为例，我国采用6位编码，前两位数字表示省（直辖市、自治区），第三位数字表示邮区，第四位数字表示县（市），最后两位数字表示投递局（所）。相比一些仅用3～4位编码来划分大致区域的方式，6位的邮政编码能够更细致地定位邮件的收发区域，且能提供更丰富的信息，让邮件能够更精准地投递。

当然，编码长度并非越长越好，过长的编码可能会增加数据录入、存储和处理的成本与难度。例如，在一些物流包裹的简易编码系统中，如果只是为了在一个较小区域内区分不同包裹，设置过长的编码就显得冗余。此时，应采用较短但有效的编码，只要能满足包裹识别和基本物流信息关联的需求即可。所以，在设计编码时，需要在满足信息量需求的同时，综合考虑实际应用场景中的效率和成本因素，找到编码长度与信息量之间的最佳平衡点。

编码在人们的生活中发挥着至关重要的作用，它就像一条无形的纽带，将各种数据紧密相连，便于计算机进行识别和管理。而编码长度与信息量之间的关系，更是一门需要深入研究的学问，只有把握好这个关系，才能设计出高效、实用的编码系统，更好地服务于数字化社会的各个领域。

夯实编码教学

编码的重要作用毋容置疑，但四年级的学生生活经验有限，因此，在教学时要从学生实际生活体验出发，开展数据编码的教学。具体的教学可以通过以下几个实例来说明。

1.通过电子地图导航的应用，了解数字化表示信息的优势

教学中要通过分析生活中的具体应用，了解数字化表示信息的优势。以生活中常用的电子地图导航为例，让学生感受到“数字化表示信息的优势”。①准确性提升。在传统纸质地图时代，人们寻找路线依赖地图上的标识和自己的方向感，容易出现偏差。而电子地图通过数字化表示地理位置信息，能够精确到具体的街道、门牌号。②信息丰富度增强。纸质地图受限于版面，所能承载的信息有限。电子地图则可借助数字化手段，集成多种信息，如除了道路信息外，还能实时显示交通拥堵状况（用不同颜色标识拥堵程度）、周边的各类场所（如商场、医院、停车场等）及其详细信息（营业时间、联系电话等）。这使得用户能获取更加全面的信息，进而更好地规划出行。③便捷性与实时更新。纸质地图需要定期购买新的版本才能获取最新信息，否则可能因道路新建、地名变更等导致使用不便。电子地图依靠网络和数字化技术，可实时更新数据。

2.以手机拍照分享照片为例，了解信息存储和传输中的编码与解码

（1）编码步骤

当用手机拍照时，图像传感器将光信号转换为电信号，这些电信号代表了图像的不同像素信息。手机内部的图像处理器会对这些电信号进行编码处理，常见的编码格式如JPEG。它会通过一系列算法，对图像数据进行压缩，去除一些人眼不易察觉的冗余信息，将图像数据转换为二进制代码存储在手机存储设备中。这样既减少了图像文件的大小，便于存储，又能在一定程度上保证图像质量。例如，一张原本很大的高清照片，经过JPEG编码后，文件大小可能缩小到原来的几分之一，却依然能保持较好的视觉效果。

（2）解码步骤

当要将照片发送给朋友时，照片以二进制编码数据的形式通过网络传输到对方手机。对方手机接收到这些数据后，需要进行解码操作。手机的图像解码程序按照JPEG编码的规则，将接收到的二进制代码还原为图像像素的电信号，再通过屏幕将电信号转换为光信号，最终在屏幕上显示出照片。这个过程就如同将一个加密的信息解开，让我们能够看到原本的图像内容。

3.以网购支付过程为例，了解数据校验的目的和意义

（1）数据校验目的

在网购支付过程中，涉及大量重要信息的传输，如银行卡号、支付金额等。数据校验的目的就是确保这些信息在传输和存储过程中没有发生错误或被篡改。例如，当输入银行卡号后，支付系统会通过一定的算法对银行卡号进行校验，检查其格式是否正确、是否符合该银行的编码规则等。同时，在支付金额传输时，也会对金额数据进行校验，防止因网络传输故障等导致金额数据错误。

（2）数据校验意义

数据校验可以有效保障支付信息的完整性和准确性，维护用户的利益。同时，对于商家和支付平台来说，准确的数据校验能保证交易的正常进行，避免因数据错误引发的纠纷，维护交易秩序，提高整个电子商务系统的可靠性和安全性。

这些实例并不是教学的全部，但对夯实数据与编码教学可以起到举一反三的作用。学生是学习的主体，他们的生活经验、认知水平和兴趣爱好都是影响教学效果的重要因素。在数据编码的教学中，如果能够充分利用学生的这些特点，将教学内容与学生的实际生活相结合，那么教学效果无疑会得到显著提升。例如，可以引导学生观察和分析他们在日常生活中所接触到的各种数据和信息，如身份证号码、电话号码、邮政编码等，这些都是数据编码在实际生活中的应用实例。通过让学生亲自动手去查找、分析和理解这些数据编码背后的含义和规律，可以激发他们的学习兴趣，使他们在轻松愉快的氛围中掌握数据编码的基本概念和原理。

同时，从学生实际生活体验出发开展数据编码教学，还有助于培养学生的实践能力和创新思维。在数据编码的学习过程中，学生不仅需要理解和掌握基本的编码原理和方法，还需要具备将所学知识应用于实际问题的能力。通过让学生参与一些与数据编码相关的实践活动，如设计简单的编码方案、解读和分析数据编码等，可以培养他们的实践能力和创新思维，使他们在解决问题的过程中不断成长和进步。

本文作者：

李维明

四川省教育科学研究院

文章刊登于《中国信息技术教育》2025年第17期

引用请注明参考文献：

李维明.从概念意义入手，夯实编码教学——“数字与编码”单元的教学[J].中国信息技术教育，2025（17）：20-23.

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教学课例+同步教学资源

“数字与编码”单元的教学思考

作者：

朱伟 邓艺 四川省成都市玉林小学

宋雨婷 成都市龙江路小学分校

资源：

（1）教学论文：“数字与编码”单元的教学思考点击阅读

（2）教学设计：“数字与编码”单元的教学思考（教案、PPT）点击下载

课例介绍：包括《数字的双重含义》《校园秩序设计师》《莫尔斯电码探秘》《数字世界的小秘密——编码与解码》四课时的教案设计及PPT设计。

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数字编码视角下

跨学科主题式教学设计研究与实践

——以“用编码描绘世界”设计为例

作者：

魏凌萱 新疆塔城地区托里县第四小学

资源：

（1）教学论文：数字编码视角下跨学科主题式教学设计研究与实践——以“用编码描绘世界”设计为例点击阅读

（2）教学设计：数字编码视角下跨学科主题式教学设计研究与实践点击下载

课例介绍：包括《古往今来的编码》《数据编码随处可见》两课时的教案设计和PPT。

提示：在线兑换完杂志后自动解锁本期目录、原貌预览、教学资源（可下载使用）。

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