计算机与二进制

计算机与二进制
一、基本说明
1模块：初中信息技术基础
2年级：七年级
3所用教材版本：湖南科学技术出版社
4所属的章节：第一单元第一节
5学时数： 45分钟（多媒体教室授课）
二、教学设计
1、教学目标：
知识与技能目标：理解数制的基本概念；了解二进制的基本特征；知道计算机采用二进制的原因；了解计算机与二进制的关系。
操作技能目标：在探索“计算机为什么要采用二进制”问题的过程中，学习比较研究的方法。
情感目标：通过丰富的活动体验二进制对计算机工作的优势，体验二进制所蕴涵的技术思想、技术哲学。培养学生独立思考和探究性学习的能力，协作学习的能力 。
2、内容分析：“二进制”数的概念解析是计算机基础教学中的一个重点、难点。但很多老师在教学时容易将这节课上成“二进制与十进制转换”的数学课，学生无法理解的同时，更加畏惧这个内容。因此，这节课应从文化角度教出二进制的丰富多彩，二进制对思维方式培养的作用，二进制的意境。
3、学情分析：学生刚刚从小学升入初一，多数学生对于二进制还很陌生，对于计算机内部工作机制没有很清楚的认识。在认知能力方面，初一的学生对于事物本质规律的探究能力还处于逐步增长之中，如果要让他们对“二进制对于计算机的意义”有所体验，也绝非是教师的简要陈述就能实现的。
4、设计思路：计算机为什么要采用二进制？”是本节课的核心问题，然而鉴于这个问题背后所涉及的二进制对于计算机内部工作的特殊意义在学生来说并不“简单”，所以这自然也成为了本课教学的难点。通过以上分析，在本课教学中，围绕“计算机为什么要采用二进制？”这个问题的产生、认识的过程设计是本课教学设计中的关键，精心设计富有启发性的认识活动，期望学生在亲身实践的活动过程中去体验、认识二进制与计算机的特殊关系，并进一步体悟二进制所蕴涵的技术思想、哲学思想。在本课教学中还突出以“比较”作为探究活动的主线，一方面是因为这种方法很适合对本课核心问题的研究，另一方面也期望学生在探究活动中对这种基本的研究思想有所领略。
三、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 对学生学习过程的观察和考查及设计意图
创设情境问题引入 教师：今天老师来给大家表演一下算命，告诉我，下列哪组数字中有你的生日，哪组数字中没有，我就能说出你的生日，你信吗？投影：第一组：1，3，5，7，9，11，12，15，17、19，21，23，25，27，29，31；第二组：2，3，6，7，10，11，14，15，18，19，22，23，26，27，30，31；第三组：4，5，6，7，12，13，14，15，20，21，22，23，28，29，30，31；第四组：8，9，10，11，12，13，14，15，24，25，26，27，28，29，30，31；第五组：16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29、30，31教师：你们想知道老师是如何做到的吗？学习了今天的知识——二进制，你们就能“解密”了？ 1、积极参与游戏活动2、思考讨论“为什么老师可以做到？我也行吗？原理在哪？” 这个导入比较容易激发学生兴趣，能让学生很快进入信息技术的课堂氛围。通过游戏，激发起学生探讨游戏原理的兴趣，引出本课的课题：二进制。
新授：二进制与十进制 投影：想一想1、什么是十进制？2、为什么人们习惯十进制？3、除了十进制，你还知道哪些进制？教师：计算机中主要运用的是二进制，我们先来了解一下二进制的基础知识。 学生思考并讨论。举出生活中 常见的进制例子，如12个月为一年；60分钟为一小时等。 从学生熟悉的十进制入手了解进制的基本概念，引申到生活中其他进制，让学生明白并不是只有十进制，再引申到本课内容：二进制
投影：十进制二进制0,1,2,3,4,5,6,7,8,90,1逢十进一，借一当十逢二进一，借一当二0+0=0 0+1=11+0=1 1+1=100×0=0 0×1=01×0=0 1×1=1 通过对十进制的回顾，总结出二进制的特点，填写表中红色的内容。 通过对比的方式得出二进制的特点，给学生创新、想象的机会。
新授：计算机与二进制 老师：利用我们刚学过的二进制计算法则，你能写出二进制表示出的10个十进制数字吗？投影：012345011011100101678911011110001001投影：想一想：为什么计算机采用二进制？教师：如果我们用灯泡来表示数，亮一个表示1，亮两个表示2，依次类推，表示9要用几个灯泡？教师：换一种思路：灯泡开是一种状态1，关是一种状态0，对应刚填的二进制数表，表示9要用几个灯泡？投影：计算机就其本身来说是一个电器设备，为了能够快速存储、处理、传递信息，其内部采用了大量的电子元件，在这些电子元件中，电路的通和断、电压高低，这两种状态最容易实现，也最稳定、也最容易实现对电路本身的控制。我们将计算机所能表示这样的状态，用0，1来表示、即用二进制数表示计算机内部的所有运算和操作。
　　二进制数运算非常简单，计算机很容易实现，所以计算机内部都用二进制编码进行数据的传送和计算。 学生运用所学知识计算：0+1=1,1+1=10，10+1=11，11+1=100等，填写表中红色的内容。学生思考，通过比较，感悟为什么计算机采用二进制。 及时运用现学知识计算，既巩固所学，又学习新知识。利用简单易懂的逻辑比较，结合学生自己得出的结论，让学生感悟出二进制对计算机内部运行的一个巨大优势：容易表示、节约设备。
教师：你知道二进制是如何产生的吗？讲述课本读一读图1-2莱布尼茨的故事。投影：1701年，德国数学家莱布尼茨获得一幅来自中国的八卦图。八卦图是由阴和阳构成的图符，相传产生于3000多年前我国的周代，主要用于占卜等方术，《易经》中有较详细的记载。莱布尼茨从中悟出二进制原理，把阳变为“1”，把阴变为“0”，二进制产生了。1848年，英国数学家布尔推出二进制代数法则，为二进制计算机的诞生奠定了基础。第一台计算机诞生以后，冯·诺依曼观看了它的工作，因为是采用十进制来进行计算，数据量很大，工作起来慢极了。于是，冯·诺依曼提出计算机采用二进制，二进制计算机诞生了！投影：太极八卦图及对应二进制关系 阅读材料，根据资料说出体会，了解二进制的发展历史 通过知识的拓展，让学生更加了解二进制的发展，从文化角度教出二进制的丰富多彩，二进制对思维方式培养的作用，二进制的意境。
新授：数制的表示 教师：前面我们在计算二进制加法时，1+1=10中的10让很多同学有了疑惑：二进制中的10与十进制中10如何区别开呢？投影：同一数字在不同的进制表示的数值是不一样的，为了方便区分它们，一般用“（ ）角标”来表示不同的进制，例如（1011）2和（1011）10 学生讨论，阐述自己想到的区分方法。 解决前期学习遗留的疑惑点，让学生的印象更加深刻。
拓展：二进制的计算 教师：回到我们最开始的游戏，老师是如何算出你们的生日日期的？教师：结合二进制的知识想一想，我们把五组数字看成五位，如果那组数字里有你的生日日期就用1表示，如果那组数字里没有你的生日日期就用0表示，再按从下到上的顺序把五个数字排起来，就得到了一个二进制数，这就是你的生日密码了。把密码转换成十进制数便是你的生日日期。教师：二进制数转换为十进制数的方法，同学们自己利用网络学习。 学生结合本节课的知识寻找“解密生日密码”的方法，利用网络寻求帮助，自主学习，探究较高难度的知识。 二进制转换并不属于本课内容，作为拓展知识，提供给有更高学习能力的学生一个自足探究、提高的空间。
四、教学反思
1、成功之处：这节课用学生感兴趣的算命问题导入教学，在情绪高涨的状态下开始学习；注意整合教材内容，设计综合性问题，让学生围绕主题，自己探究，相互讨论交流。在教学活动中，凸显学生的主体地位，遵循学生的认知规律展开教学，根据学生的需求设计活动，通过创设情境、任务驱动，问题中心等多种方法引导学生主动学习、主动解疑。
不足之处： 教师讲解的过多，学生动手操作的内容太少。一部分原因是由于这节课的内容决定的，当然也有教师没有深入钻研教材，精心备课，设计环节的原因，以后要重视这部分内容的教学方法。
2、初中阶段的信息技术教学活动，应当还是在“打基础”，既然是“基础”，就要尽可能 “宽”一点。如老师要指导学生认识二进制对计算机内部工作存在着明显的“优势”，教师也有责任引导学生将二进制放到一个更广泛的领域，促进学生全面、深入的研究与认识，再如，探究活动本身中所表现出来的研究思想与方法，也值得师、生的重视，等等。
附：教学课件(共11张PPT)
计算机与二进制
第一组：1，3，5，7，9，11，12，15，17、19，21，23，25，27，29，31
第二组：2，3，6，7，10，11，14，15，18，19，22，23，26，27，30，31
第三组：4，5，6，7，12，13，14，15，20，21，22，23，28，29，30，31
第四组：8，9，10，11，12，13，14，15，24，25，26，27，28，29，30，31
第五组：16，17，18，19，20，21，22，23，24，25，26，27，28，29、30，31
猜一猜：
告诉我，下列哪组数字中有你的生日，哪组数字中没有，我就能说出你的生日，你信吗？
二进制
一、十进制与二进制
1、什么是十进制？
2、为什么人们习惯十进制？
3、除了十进制你还知道哪些进制？
想一想
12个月为一年
60分钟为一小时
古时候中国16两为一斤
十进制与二进制
十进制 二进制
0，1，2，3，4，5，
6，7，8，9
0，1
逢十进一
借一当十
逢二进一
借一当二
0+0=0 0+1=1
1+0=1 1+1=10
0×0=0 0×1=0
1×0=0 1×1=1
十进制与二进制
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
1
10
11
100
101
110
111
1000
1001
二进制
二、计算机与二进制
想一想
为什么计算机采用二进制？
计算机就其本身来说是一个电器设备，为了能够快速存储、处理、
传递信息，其内部采用了大量的电子元件，在这些电子元件中，电路
的通和断、电压高低，这两种状态最容易实现，也最稳定、也最容易
实现对电路本身的控制。我们将计算机所能表示这样的状态，用0，1
来表示、即用二进制数表示计算机内部的所有运算和操作。 　　二进制数运算非常简单，计算机很容易实现，所以计算机内部都用
二进制编码进行数据的传送和计算。
二进制
你知道二进制是如何产生的吗？
1701年，德国数学家莱布尼茨获得一幅来自中国的八卦图。
八卦图是由阴和阳构成的图符，相传产生于3000多年前我
国的周代，主要用于占卜等方术，《易经》中有较详细的
记载。莱布尼茨从中悟出二进制原理，把阳变为“1”，把
阴变为“0”，二进制产生了。1848年，英国数学家布尔推
出二进制代数法则，为二进制计算机的诞生奠定了基础。
第一台计算机诞生以后，冯·诺依曼观看了它的工作，因
为是采用十进制来进行计算，数据量很大，工作起来慢
极了。于是，冯·诺依曼提出计算机采用二进制，二进制计
算机诞生了！
想一想
二进制
四象生八卦
乾——111，兑——110，离——101，震——100，巽——011，坎——010，艮——001，坤——000
太极生两仪
阳（1）阴（0）
两仪生四象
太阴（00）
少阳（01）
少阴（10）
太阳（11）
二进制
三、数制的表示
同一数字在不同的进制表示的数值是不一样的，
为了方便区分它们，一般用“（ ）角标”来表示
不同的进制，例如（1011）2和（1011）10
二进制
课后拓展
上网查找有关二进制的计算法则，思考一个问题：
算盘是我国的传统运算工具，它用于十进制的加、减、
乘、除等运算，口诀很多。你能否设计一个二进制算盘
，每位需要几个算珠？加减运算共需要多少个口诀？