不插电的计算机科学点燃信息技术高效课堂Word格式.docx
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从提升教学效率、关注学生兴趣的角度，要求信息技术教师提升自身水平，加大备课力度：
挖掘教材内容，加入新鲜元素，多方寻找可借鉴的素材，设计趣味主题活动，力争既达到教学目标，又能使学生在过程中享受学习，学有所获。
因此，课堂教学效率与教师能力水平、备课质量密切相关，教师的信息技术学科专业知识与能力水平直接影响信息技术课程教学质量。
在理想与现实的困惑中，信息技术教师期待着一个统一的课程与教材，不仅教学形式上，更是教学内容上，让教师和学生充分享受教与学的乐趣。
（二）关于“不插电的计算机科学”
“不插电的计算机科学”是一个世界范围的信息学科学普及项目，着眼于各项计算机技术的原理，展示真实发生在计算机世界中的点滴，帮助学生理解新技术是如何被设计出来的，开发学生的“计算思维”来提高解决问题的能力。
“不插电的计算机科学”是一系列的学习活动，这些活动是专为青少年学习者设计的，活动中介绍了计算机科学中的很多概念，像二进制数、排序算法、以及数据压缩等。
不使用计算机，学生通过参与游戏、破解谜题，可以学到计算机科学中的很多思想。
每项活动都配有详细的解释说明，指出与相关性技术之间的联系，以及如何进一步影响我们的生活。
“不插电的计算机科学”的学习活动，原创者是新西兰Canterbury大学的教授和两位中小学教师，他们依据自己教学经验设计了大多数活动。
而后，随着“不插电的计算机”在世界范围内的普及，具有各国特色的新颖案例也不断补充进来。
这种“玩中学，做中学”（learningbyplaying,learningbydonging）的信息技术学习方法目前已经在美国、新西兰、意大利、日本、韩国产生广泛的影响。
“不插电的计算机科学”中运用了游戏教学的方式，通过精心设计游戏内容，其中不露声色地埋藏计算机原理知识，将抽象、复杂的计算机原理形象化、简单化，激发学生们依靠自己的力量发现新事物。
通过游戏，使学生在激烈的竞赛中，在无比的兴奋中，甚至是在刺激和上瘾中，不知不觉地学到了青少年必须掌握的知识。
其中体现了教学设计的智慧，在我看来，这是信息技术教学的一种理想境界。
（三）信息素养与计算思维
高中信息技术课程的总目标是提升学生的“信息素养”。
强调培养学生使用计算机这个工具本身的能力，利用现有工具与软件解决实际问题的能力。
那么，什么是信息素养呢？
“学生的信息素养表现在：
对信息的获取、加工、管理、表达与交流的能力；
对信息及信息活动的过程、方法、结果进行评价的能力；
发表观点、交流思想、开展合作并解决学习和生活中实际问题的能力；
遵守相关的伦理道德与法律法规，形成与信息社会相适应的价值观和责任感。
”
“不插电的计算机科学”重点培养“计算思维”，注重开发计算机科学家一样思考的能力，着重提高解决问题的方法和自我获取新知识的能力，趋向于培养计算机科学的开发者与设计者，而不是单调地学习和运用已有的信息技术。
那么，什么是“计算思维”呢？
简单地说，就是学会用计算机科学家的思维方式思考并解决问题。
具体而言，“计算思维就是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为。
它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
”目前，国内外很多从事计算机教育的科学家都认为：
计算思维，应该逐渐地成为我们每个人必备的一项基本技能，不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维。
通过对比，可以看出两者的共同点都是培养解决实际问题的能力，不同之处在于：
“信息素养”侧重于利用现有工具与软件解决实际问题的能力，而“计算思维”注重开发计算机科学的思考能力，趋向于培养计算机科学的开发者与设计者。
我一直在想，如果把这两者有机地结合在一起，将会是一个完美的信息技术课堂。
二、不插电计算机在高中信息技术教学中的尝试。
不插电的计算机围绕计算机存储数据、处理信息两大内容，涉及了15个专题，每个专题由浅入深设计了若干小游戏，逐步引导学生了解计算机原理，学习科学知识，过程中提升逻辑思维能力以及与同伴的沟通能力。
每一个内容都很精彩，时间恰好是一课时。
结合高中信息技术教学，我相应选取了部分专题，进行教学尝试。
这里仅以“信息的校验”专题为例，进行教学的简要说明。
（一）教学内容分析
“信息的校验”专题与高中信息技术教材中的“甄别信息的方法”在内容上非常契合,因此，我将“信息的校验”作为教学拓展课程，在学生了解信息甄别方法后，从外而内，引导学生全面了解计算机内部信息是如何校验的。
丰富现有教材，开阔学生的视野。
（见表1）
表1教学内容分析
专题模块
内容分析
课时
信息的校验
《不插电的计算机科学》
从内部的信息存储与传输的角度，介绍“计算机内部是如何对信息进行校验的”，使学生理解并思考计算机中的奇偶校验法、RAID磁盘阵列的原理、以及信息校验的方法在生活中的应用。
1
甄别信息的方法
《高中信息技术》
从外部的信息内容与来源的角度，让学生了解信息甄别的重要性，对获取信息不盲从；
初步具有甄别信息的意识，学习归纳甄别信息的方法；
通过甄别信息的活动，规范自身网络行为。
（二）教学过程设计
（教学设计简述请见表2）
表2教学过程设计
教学环节
教学设计简述
情景引入
在计算机内部，信息采用二进制数字来存储，无论是存储还是传输，其中都有不可见的信息校验环节，避免因存储设备或者传输设备发生故障而导致数据意外改变。
此处，例举一些常见故障（CD，硬盘，网络），学生发现，原来计算机内部的信息同样需要进行校验，进而思考如何进行信息的校验。
魔术探秘
观看魔术视频，通过学生参与卡片游戏，发现魔术真相：
被翻动过的卡片所在的行和列中白色卡片数量都变成奇数了。
而后，揭示常见的信息校验方法——奇偶校验法。
奇偶校验法
借助卡片游戏，学生归纳总结奇偶校验法；
发现奇偶校验法可以检测并修复数据中的一个比特错误。
应对数据中多个错误
通过参与卡片游戏，学生探究“数据中多个错误时，奇偶校验是否可以检测并修复？
”动手尝试当翻动2张、3张、4张卡片之后，还能否保持每行和每列的白色卡片数量均为偶数？
分组填表，总结规律。
由一种特殊的情况（一个奇偶校验的阵列中的某一列数据全部丢失）引出此时的多个错误，奇偶校验法也可以恢复数据。
这与刚形成的结论产生冲突，从而揭示RAID磁盘阵列主要采用了奇偶校验法的纠错方式，以提高系统运行速度，保障数据稳定性。
常用的信息校验方法
学生了解查询常用的信息校验方法。
教师指出信息校验方法都是基于类似的原理，通过在数据中增加额外的校验位，检查并纠错，以保证原数据的正确，或者保证至少能检测出原数据产生的错误。
学生认识到，信息的校验在数据的存储与传输过程中，发挥了重要的作用。
生活中的信息校验
例举ISBN的信息校验方法，使学生了解信息校验在生活中的运用。
分别讲解10位、13位ISBN的校验位计算方法，并练习验证几个实际的ISBN校验位，引导学生发现校验码的验证书号的科学性。
课后思考
学生在思考中，回顾本课所学，激发想象力与创造力。
（三）课后反思：
什么是高效课堂？
我认为，在课堂上实现教学内容与学生的需求有机结合，使学生在心理上与知识上都获得极大的满足，完成教学目标，这就是高效的。
本课的教学中，以神奇的魔术表演作为导入，揭秘魔术真相的过程中，卡片游戏贯穿整个教学环节。
通过环环相扣的卡片游戏，引导学生尝试、思考，将学生一步步地带入了计算机信息校验的神奇世界，理解信息校验方法的同时，还了解了在磁盘存储、网络传输、书号设计中的实际应用。
让学生发现，原来计算机科学源自生活又服务于生活。
学生收获与教师的课堂成就感都很强烈，我认为这样的教学应该就是高效的。
除了游戏教学，还有什么可以在其他课程中借鉴的呢？
我想，应该是科学合理的教学内容。
这节课中的教学流程、魔术视频、卡片游戏等均源自“不插电的计算机科学”，我仅仅对适应高中生的教学组织方式、一些实例的具体应用拓展，以及现有信息技术课堂上不容易实现的部分做了相应调整。
比如：
卡片游戏的环节，通过设计动态的翻卡网页，替换了实物卡片。
学生仅通过点击相应的方块，就可以实现每张卡片白色与黑色的转换。
方便直观，易于在课堂上操作。
给学生印象最深的还有针对内容精心录制的视频（教材中提供的原始资料），学生全神贯注地观看。
课后，不少学生兴趣盎然地告诉我，他们要回家和父母变魔术，也给他们讲讲奇偶校验法。
信息技术课堂在一定程度上实现了延伸。
这些都在我的意料之中，出乎我意料的是，学生的创造力与大胆质疑。
在课后思考环节“信息校验的方法还可以用在生活中哪些地方？
”除了商品条形码之外，还有学生想到了电话号码，认为电话号码中也可以添加一个校验码，当用户拨错号码时，电话机能自动判断出错误，从而可以避免一次错误的连接，节省了话费。
还有，比如在了解ISBN校验码的计算时，有的学生会质疑，为什么有的除以11，有的除以10？
别的数字行不行？
还没有等老师说明，同学之间便展开了争论。
学生的创造性与探究能力是不言而喻的，他们需要的仅仅是适当的开启与点拨。
因此，“不插电的计算机科学”中精心编排的内容、合理的教学流程、适合学生的教学方法以及齐全的配套教学资料，能够大大降低了老师备课的难度，统一了课程质量，提高了课堂效率。
三、结语
信息技术已经深入到了我们生活的各个方面，许多人都知道如何使用信息技术，只有少数人理解技术的原理。
带领学生探寻并领悟计算机的原理及其解决问题的思想，开发计算思维，更高效地使用计算机，培养运用所学研发促进社会发展新技术的原动力。
这是我们信息技术教师义不容辞的责任。
不插电的计算机科学是一个非常优秀的课程体系，在教学中我仅仅做了一些粗浅的尝试与思考。
如果要将其完全引入高中信息技术教学，还需要结合学生与教学发展的实际，进一步地斟酌与筛选，寻找计算思维与信息素养的最佳结合点，吸收借鉴优秀的案例与教学方法，力争在愉快有序的氛围中，激发学生学习兴趣，培养创造力，打造信息技术高效课堂。
期待着理想的高中信息技术教材早日到来。
参考文献
[1]TimBell（孙俊峰等译）.不插电的计算机科学.华中科技大学出版社.2010.
[2]WingJM.ComputationalThinking[J].CommunicationsoftheACM,2006（3）:
33-35.
[3]王飞跃.计算思维与计算文化.中国计算机学会通讯[J],2007.3,（11）.
[4]王荣良.计算思维对中小学信息技术课程的影响初探.中国教育技术装备[J],2012.9,（27）:
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[5]天津教育教学研究室.信息技术基础.中国地图出版社2009.
[6]天津教育教学研究室.信息技术基础教师教学用书.中国地图出版社.2009.
[7]教育部.普通高中技术课程标准（实验）.人民教育出版社.2003.
[8]崔允漷.有效教学.华东师范大学出版社.2009.
附录
“信息的校验”教学过程实录
环节1．情景引入
任何存储在计算机或在网络上传输的信息，实际上都采用二进制数字来存储。
当数据被存储或传送到网络上时，一般是不会发生改变的，但有时，存储设备或者传输设备也会发生故障，容易导致数据突然变化。
CD上的划痕或者表面的微小灰尘；
硬盘上存放数据的区域被意外磁化；
网络中的干扰……面对这些意外，我们怎样才能不用担心数据的变化呢？
计算机科学家发明了信息校验的方法，让计算机自动检测出数据的改变，有时甚至能自动修正错误。
它是如何做到的呢？
环节2．魔术探秘
学生：
观看视频——翻卡魔术。
（视频中，演员表演的非常夸张，有趣，情节紧凑，很吸引学生的眼球，魔术中使用的就是一种计算机中信息校验的方法。
）
教师：
魔术的过程看清楚了吗？
大家也可以来试一试：
找一个同伴来配合，你来做魔术师。
演示魔术过程：
事先准备36张卡片，每张卡片正反面颜色不同。
让同伴将其中25张卡片，摆成一个正方形。
由他决定每张卡片的正面或者反面。
然后，你来增加一行和一列，完成后，请转身。
这个魔术最神奇的地方在于，同伴在你看不到的情况下，任意翻转一张卡片。
当你回过头来时，立即可以发现同伴翻动的是哪一张。
（如图1）
图1卡片魔术示例
能发现其中的诀窍吗？
学生思考（提示）：
诀窍就在于魔术师所增加的那几张卡片。
（学生能够发现，教师引导他们继续思考下面的问题。
这些卡片有什么规律？
魔术师又是怎样添加这些卡片的呢？
学生思考，教师观察学生的反应，也可给提示：
包括魔术师所放置的卡片在内，每行每列白色卡片的数量。
（学生会发现其中的规律——每行每列白色卡片数量均为偶数。
你可以表演这个魔术吗？
学生活动1：
相邻的两个同学为一组，打开翻卡魔术的动态网页，一个同学摆放卡片，另一个同学当成魔术师。
看看魔术师能否找出对方翻动的是哪一张？
活动说明：
学生运用发现的规律摆放卡片，并通过自己的尝试找出被翻动的卡片。
学生在游戏过程中，逐渐可以发现：
拥有奇数张白色卡片的行与列相交的地方就是寻找的目标。
（如图2）
图2卡片游戏示例
这就是魔术的真相，这个魔术可以用能够组成矩形的任意多张卡片做，卡片的数量越多，魔术效果就越好。
环节3．奇偶校验法
卡片魔术，使用了一种信息校验的方法——奇偶校验法。
被放置的卡片就好比计算机中的比特，白色卡片代表1，黑色卡片代表0，0与1组成了信息，那些新增加的卡片我们称之为奇偶校验位。
简要归纳奇偶校验法的原理。
如果数据中的一个比特发生错误，奇偶校验法总可以发现错误并进行修复。
（为引入后续内容作铺垫——“对于多个错误，奇偶校验如何校验？
”）
环节4．如何应对数据中的多个错误
我们来看看如果不止一个比特发生错误了，奇偶校验法该如何进行数据的检测和修复呢？
如图，卡片阵列一开始符合奇偶校验规律（每行和每列白色卡片的数量开始均为偶数），但其中有两张卡片已经被翻动过了。
你能发现是哪两张卡片吗？
提示：
根据刚才的经验，哪行哪列处于错误状态？
能够按照被翻转卡片所在的行与列的白色卡片都为奇数的特点，找到了相应行列的交叉点，发现，这里竟然有两种卡片被翻动的可能性。
（究竟是哪种情况呢？
奇偶校验也不能判断。
）（如图3）
图3卡片游戏示例
我们能检测到错误发生，但无法修复！
引发置疑：
当发生错误的卡片数量大于1时，奇偶校验的情况是否都一样呢？
（能检测到错误发生，却无法修复？
学生活动2：
两个同学为一组，借助翻卡魔术的动态网页，先用卡片排列成满足奇偶检验原理的阵列，动手试一试当翻动2张、3张、4张卡片之后，还能保持每行和每列的白色卡片数量均为偶数吗？
奇偶校验是否可以发现错误，是否可以修复？
通过学生自行设计卡片翻动的位置，发现其中的问题。
以科学家的方式，探究信息中的多个比特发生错误时，奇偶校验法是否有效。
学生通过活动，得出结论：
（如图4）
图4奇偶校验法结论
再来看一种特殊的情况：
如图，显示了一个奇偶校验的阵列（每行每列的白色卡片数均为偶数），但是它的第四列全部丢失，能还原这一列的数据吗？
（如图5）
根据奇偶校验的规律，可以很快地恢复该列上的所有数据。
因此，在这种情况下，即使发生了多个错误，奇偶校验也是可以检错和纠错的。
（与刚刚的表格结论产生认知冲突——揭示RAID硬盘的信息校验原理）
图5奇偶校验法特例
服务器中的RAID硬盘系统主要采用了这种纠错方式。
RAID是“RedundantArrayofIndependentDisks”的缩写，中文含义是“独立冗余磁盘阵列”。
RAID主要包含RAID0、1、10、01、3、5、6、7、50等数个技术规范，它们的侧重点各不相同。
其中，RAID5采用了这种奇偶校验方式，它不对存储的数据进行备份，而是把数据和与其相对应的奇偶校验信息分别存储于不同的磁盘上。
当一个磁盘损坏后，利用剩下的数据和相应的奇偶校验信息去恢复被损坏的数据。
比如，你需要使用8个硬盘来储存大量的数据，这些数据包含了大量的字节，将每个字节打散成8比特，分别储存在8个硬盘上。
增加存放奇偶校验位的第9块硬盘，加快了系统运行速度，也提高了数据的可靠性。
（如图6）
图6RAID5奇偶校验方式举例
为了便于理解，这里将奇偶校验的信息全部存放在一块硬盘上来表示，实际上，RAID5没有单独指定奇偶校验盘，而是在所有的磁盘上交叉地存取数据及奇偶校验信息，存储的奇偶校验信息相当于占用了一块磁盘的容量，而实际数据占用了N-1块磁盘的容量。
（如图7）
图7RAID5奇偶校验方式举例
对于大型的数据中心和重要的网站来说，数据量大，需要保持稳定、高速，RAID已经成为了首选的经济方案。
环节5．常用的信息校验方法
计算机中常用的信息校验方法还有哪些呢？
网上查询，发现：
循环冗余码、海明码、里德—所罗门码等。
这些信息校验方法都基于类似的原理，通过在数据中增加额外的校验位，检查并纠错，以保证原数据的正确，或者保证至少能检测出原数据产生的错误。
所有的计算机数据都添加了不可见的校验码。
一旦系统中个别比特发生错误，计算机就会自动恢复原始数据。
信息的校验在数据的存储与传输过程中，发挥了重要的作用。
（详见表3）
表3常用的信息校验方法
Parity
编码规则：
先将所要传送的数据分组，并在每组数据后面附加一位校验位，使该组包括校验位在内的数据“1”的个数保持为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。
在接收端按照同样的规则检查，如发现不符，说明有错误发生；
只有“1”的个数仍然符合原定的规律时，认为传输正确。
实际数据传输中，奇偶校验法又分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验三种。
循环冗余码
CyclicRedundancyCode
采用一种多项式的编码方法。
使用在数据存储和数据通讯领域，WinRAR、NERO、ARJ、LHA等压缩工具软件采用的是CRC32，磁盘驱动器的读写采用了CRC16，通用的图像存储格式GIF、TIFF等也都用CRC作为检错手段。
海明码
Hammingcode
也叫汉明码，是一个错误校验码码集，由Bell实验室的R.W.Hamming发明。
通过在数据位中间增加一个以上的校验位，不仅可以验证数据是否有效，还能在数据出错的情况下指明错误位置。
里德—所罗门码
Reed-SolomonCodes
简称RS码，基于用多项式来表达数据，被用于硬盘、CD、DVD上的数据传输，以及调制解调器和网络上的数据传输。
环节6．生活中的信息校验
信息校验不仅可以用于计算机和网络，在日常生活中也是随处可见的。
仔细观察，会发现，信息校验就在我们身边。
每本公开发行的书在封底有一个10位或13位的编号，称为国际标准书号（ISBN），用来唯一的标识一本图书。
这个号码中，含有很多信息，国家地区、出版社、书的序号等，其中，最后一位数字是校验码，好比我们刚才了解到的“校验位”。
如果ISBN中前面的数字出现错误，校验位可以很快发现。
（如图8）
图813位国际标准书号（ISBN）
传统抄写或者手工输入号码时，常会出现这几种错误：
某一位数写错了、两个相邻的数字弄反了，多加一位或者少输一位数字。
这时，我们仅通过查看ISBN校验码就知道是否发生了数据错误。
细心的同学可能会发现，有的书ISBN中的数字是13位，有的是10位。
这是因为2007年1月开始，国际实行新的书号标准，图书统一开始使用13位的ISBN编号。
在此之前，ISBN通常只有10位。
1．10位ISBN信息校验
按照10位ISBN书号从左至右的次序，将每一位数字分别乘上相应的位权值，比如：
第一位数字乘以10,第二位数字乘以9,第三位数字乘以8，以此类推，一直到第9位数字乘以2，将它们相加计算总和S，然后，将S除以11，记下余数。
如果余数是0，那么，校验码的值是0，否则，取余数与11的差作为校验码，如果计算得到的校验码值为10，那么用X代替。
学生练习：
请检验以下这两个书号：
ISBN7-5309-2881-3
ISBN0-13-911991-4
学生思考：
如果遇到ISBN的一个数字写错或者两个数字颠倒，校验码会受到影响吗？
你能找出只改变其中一个数字，并保证最后的校验码不变的方法吗？
活动目的：
验证10位ISBN校验方法，学生发现校验码在以上两种情形中都会受到影响。
从而理解了校验方法的科学性。
2．13位ISBN信息校验：
按照13位ISBN书号从左至右的次序，将每一位数字分别乘上相应的位权值，第一位数字乘以1，第
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