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第2单元 第3课
编码、解码与校验—计算机中的编码
（清华大学版）四年级
上
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
在学习过程中，培养个人技术手段、确保网络数据安全、以及在传播计算机知识时保持准确性和可靠性。
明白能够利用计算机常见系统，并通过编码、解码与校验等方式提升保障计算机的稳定运行。
能在计算机编码学习中，学会利用各种编码，识别计算机各种程序，从而更好地理解计算机系统。
意识到能够有效利用计算机程序，理解其对自身电脑的影响，从而能够顺利运用电脑程序。
02
新知导入
二进制编码和解码是计算机中常见的操作，涉及计算机将数据从一种形式转换为另一种形式的几乎所有过程。在数据传输或存储过程中，为了确保数据的完整性和准确性，提高计算机系统的可靠性和稳定性，计算机经常需要进行校验操作。通过这节课的学习，希望同学们能够进一步领悟到，计算机这样的复杂系统，需要编码、解码、校验等一系列技术手段，来保障计算机的高效、准确、稳定运行。
02
新知导入
计算机中的编码是什么样子的呢
在我看来，计算机编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
02
新知导入
思考
同学们，想一想，计算机要如何理解事物和外界的信息呢
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
计算机理解事物主要依赖于数据和算法。首先，数据是计算机理解事物的基础。通过各种输入设备，如摄像头、麦克风、传感器等，计算机收集大量的原始数据。这些数据可以是图像、声音、文本等各种形式。
02
新知导入
在我看来，计算机计算机依靠传感器来接收外界的信息。就像我们的眼睛和耳朵一样，传感器可以感知光、声音、温度、压力等各种物理量，并将这些信息转化为电信号。例如，摄像头就是一种图像传感器，它可以将外界的图像转化为数字信号，让计算机能够处理和分析。编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。
计算机还可以通过建立知识图谱来增强对事物的理解。知识图谱是一种将各种实体和关系以图形的方式表示出来的结构。计算机可以通过从不同的数据源中提取知识，并将其整合到知识图谱中。
计算机是通过传感器、编码存储、算法处理、模型表示和输出反馈等一系列环节，逐步理解外界信息。
02
新知导入
03
新知讲解
一、计算机中的编码
进制也就是进位计数制，是带进位的计数方法。我们日常生活中采用的是十进制，十进制就是逢十进一，只要数字满十就会往前进一位，如图 2.3.1所示。因此，在十进制中，只有数字0到9。
二进制码
图 2.3.1 逢十进一
03
新知讲解
计算机内部采用二进制，即以“0”和“1”的组合来表示和处理信息，二进制是逢二进位的进位制,0和1代表着两种不同的状态可以用“1”来表示一种状态(如电路的导通)，用“0”来表示相反的另一种状态(如电路的断开)。
03
新知讲解
从物理层面来看，二进制的两种状态易于实现和区分。在电子电路中，用低电压和高电压可以很方便地表示 0 和 1。
从数学的角度来看，二进制的两种状态也具有独特的优势。二进制的运算规则相对简单，只有加法和乘法两种基本运算。
为什么二进制只有两种状态
思考
03
新知讲解
二进制就是逢二进一，只要数字满二就往前进一位，如图 2.3.2 所示。
图2.3.3 逢二进一
03
新知讲解
十进制中的“1”在二进制中也是“1”，十进制中的“2”在二进制中是“10”，十进制中的“3”在二进制中是“11”，十进制中的“4”在二进制中是“100”……逢二就进一位，因此在二进制中永远都不会出现2，只有0和1，如图2.3.3所示。二进制在计算机的运用中非常重要，所有的计算机操作都使用二进制系统。
图2.3.3 十进制数和二进制数的对应关系
03
新知讲解
ASCII 码又叫美国信息交换标准代码，它诞生于1963年，是基于拉丁字母的一套计算机编码系统，用于计算机内部字符的存储和计算机与外部设备的通信。标准ASCI码为7位二进制编码，之所以采用7位编码是因为这样可以有效地节省空间，同时也不会影响编码的表达能力。
7位二进制编码一共可以表示128个字符(2x2x2x2x2x2x2=128)，包括所有的大小写英文字母、数字 0~9、标点符号，以及在英语中使用的特殊字符。所以，也可以用十进制数0-127来表示 ASCII值。
ASCII码
03
新知讲解
汉字在计算机内也是以二进制代码形式表示的，这些代码称为汉字编码。汉字种类繁多，编码比拼音文字困难，因此在不同的场合要使用不同的编码，如输入码、国标码、内码、字形码等，其中最常用的是国标码(GB2312)。
汉字编码
04
课堂练习
实践
请参照表2.3.1，把下列ASCII码转换成英语句子。
73、32、108、111、118、101、32、73、84、46
I、(space)、1、o、v、e、（ space ）、I、T、.
03
新知讲解
二、解码
通过编码，计算机可以获取我们传输的信息，而我们想了解计算机存储的信息或计算处理的结果，就需要计算机将已经编码的数据恢复到编码前的状态，这个过程就叫解码。
03
新知讲解
比如，通过麦克风输入的语音需要先转换成数字信号，然后对数字信号进行编码处理，将其转换为计算机能够识别和处理的数字数据。经过编码处理的数字数据可以通过网络传输到目标设备或服务器，以便进行后续的处理和识别。接收端接收到经过传输的数字数据后，需要进行解码处理，将数字数据转换为原始的语音信号。解码后的语音信号可以被计算机进行语音识别处理，将语音内容转换为文字或命令等，从而实现语音输入功能。计算机编码和解码过程如图 2.3.4 所示。
图2.3.4 计算机编码和解码过程
03
新知讲解
校验码通常是一组数字的最后一位，由前面的数字通过某种运算得出，用来检验这组数字的真伪。我们最熟悉的身份证号的最后一位就是校验码，如图2.3.5所示。
图2.3.5 居民身份证
三、校验
校验码
03
新知讲解
在知道身份证号码前17位的情况下，可以通过一系列运算得出最后一位校验码。首先要用前17位数字分别乘以表2.3.2所示的固定数字并求和。
首先要用前 17位数字分别乘以表2.3.2所示的固定数字并求和。
表2.3.2 位数与固定数字对应表
03
新知讲解
接着用相加后的和除以11求得余数,余数只可能是0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10这11个数字。然后根据图2.3.6中的数字对应关系查找出最后一位校验值，并将校验值添加到最后一位，形成完整的18位身份证号码。
图2.3.6 校验值对应关系
03
新知讲解
在人们日常生活中使用身份证号码进行信息登记或其他活动时,计算机系统会自动将我们输入的18位号码的前17位拆分出来，按照上述的运算方式得出一个结果，并用它和输入号码的最后一位进行比对，如果一致则代表我们输入的号码正确，反之则输入错误，这时系统会拒绝我们提交信息或继续访问。
此外，图书封底上的国际标准书号、银行卡的卡号、商品上印刷的商品码等(见图2.3.7)，这些编码的最后一位都是校验码,但是得出校验码的计算方法却各不相同。
图2.3.7 带有校验的编码
05
拓展延伸
通信与数据校验
但是如果校验需要很长时间，我们又是怎么做到实时视频聊天的呢
你说到的视频聊天其实属于通信的范畴了。通信分为即时通信和实时通信，像手机发送短信，语音消息，文件、音频或视频等，这些都是即时通信;而实时通信，则是语音通话、视频会议等。
05
拓展延伸
通信与数据校验
数据校验可以保证数据的完整性，校验的过程需要时间吗
当然需要时间，数据量越大，需要的时间越长。
05
拓展延伸
通信与数据校验
那通信的过程中，需要进行数据校验吗
当然需要，但是会根据不同的需求，有不同的侧重。比如上面说到的即时通信，它对时效性的要求低于准确性，就是说我们可以稍微延迟一些接收到消息，但一定要是准确的消息，这种情况下一般会使用 TCP 协议，这种互联网协议自带校验功能。
05
拓展延伸
通信与数据校验
而对于实时通信来说，大家更看重时效性，也就是不要有太长的延时，但是可以接受少量的画面或语音卡顿，这种情况下通常使用的是 UDP协议，它的校验功能是可选的。
05
拓展延伸
编码在实际应用中的影响。
软件开发：
编码标准对软件开发至关重要，不同的编程语言和开发工具可能采用不同的编码方式。
互联网应用：
互联网上的信息传输和交互离不开编码技术，网页的显示、数据的传输等都需要使用合适的编码方式。
05
拓展延伸
编码在实际应用中的影响。
多媒体应用：
图像、音频、视频等多媒体数据的存储和播放需要特定的编码格式，编码技术的发展将直接影响多媒体应用的质量和体验。
数据库管理：
数据库中的数据存储和查询也需要使用合适的编码方式，以提高数据的存储效率和查询速度。
05
拓展延伸
列举一些常见的编码安全漏洞。
SQL 注入漏洞：
这是一种非常常见且危害极大的漏洞。当应用程序在与数据库交互时，未对用户输入的数据进行充分的验证和过滤。
缓冲区溢出漏洞：
在 C、C++ 等编程语言中较为常见。当程序向缓冲区写入数据时，如果写入的数据超过了缓冲区的大小，就会导致缓冲区溢。
05
拓展延伸
列举一些常见的编码漏洞。
跨站脚本攻击（XSS）漏洞：
攻击者通过在目标网站中注入恶意脚本，当其他用户访问该网站时，恶意脚本就会在用户的浏览器中执行。可以分存储型 XSS、反射型 XSS。
跨站请求伪造（CSRF）漏洞：
攻击者诱导用户在已登录的目标网站上执行恶意操作，如攻击者构造一个恶意链接，该用户就会点击该链接执行一些敏感操作。
05
拓展延伸
你知道编码的历史发展吗？
早期的计算机编码主要是为了满足特定的需求而设计的，如 ASCII 编码就是为了在英语国家的计算机系统中表示字符而产生的。随着计算机技术的不断发展，出现了更多编码如Unicode 编码。
在编码的发展过程中，不断有新的技术和标准出现。例如，随着互联网的普及，UTF-8 编码成为了网页中最常用的编码方式。
05
拓展延伸
完成数据校验的具体布置。
为了确保数据的质量，进行有效的数据校验是必不可少的环节。以下是完成数据校验的具体布置。
明确校验目标：确定要校验的数据类型、范围。
建立校验规则：格式校验制定数据的格式要求。
选择校验工具：数据库约束、编程语言。
数据采集阶段的校验：输入验证、数据清洗。
数据存储阶段的校验：数据库校验、数据备份与恢复。
数据处理阶段的校验：数据转换校验、数据分析校验。
06
活动日志
活动日志 班级：XX 姓名：XX
活动名称 编码、解码与校验—计算机中的编码
活动环节 1口 2口 3口 4口（在对应环节画V）
活动完成内容 计算机中的编码、解码、校验
活动完成度 口口口口口口口口口(100%)
活动小结 问题与反思：语法错误、编辑错误。
改进的方法：加强讲解介绍原理。
07
课堂总结
1
引入新知内容
编码、解码与校验—计算机中的编码
2
学习计算机编码
3
学习解码和校验
4
完成课题练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
08
板书设计
编码、解码与校验—计算机中的编码
1.进行新知引入
2.学习计算机编码
3. 学习解码、校验
4.完成课堂练习
5.进行知识拓展
09
课后作业
01
列举具体编码技术在信息安全领域的应用实例。
09
课后作业
02
学完本节课，说一说你觉得编码的作用有哪些？
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine中小学教育资源及组卷应用平台
第2.3课《编码、解码与校验—计算机中的编码》教学设计
课题 编码、解码与校验—计算机中的编码 单元 第二单元 学科 信息科技 年级 四年级
核心素养目标 信息意识：意识到能够有效利用计算机程序，理解其对自身电脑的影响，从而能够顺利运用电脑程序。 计算思维：能在计算机编码学习中，学会利用各种编码，识别计算机各种程序，从而更好地理解计算机系统。 数字化学习与创新：明白能够利用计算机常见系统，并通过编码、解码与校验等方式提升保障计算机的稳定运行。 信息社会责任：在学习过程中，培养个人技术手段、确保网络数据安全，以及在传播计算机知识时保持准确性和可靠性。
教学重点 认识学习计算机编码并如何运用编码。
教学难点 掌握获取编码的转换方式并能有效地帮助更好地学习等。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2.3课 《编码、解码与校码—计算机中的编码》板书课题。1.二进制编码和解码是计算机中常见的操作，涉及计算机将数据从一种形式转换为另一种形式的几乎所有过程。在数据传输或存储过程中，为了确保数据的完整性和准确性，提高计算机系统的可靠性和稳定性，计算机经常需要进行校验操作。通过这节课的学习，希望同学们能够进一步领悟到，计算机这样的复杂系统，需要编码、解码、校验等一系列技术手段，来保障计算机的高效、准确、稳定运行。 在我看来，计算机编码就像是一个神秘的密码世界。它虽然看不见摸不着，却在计算机的世界里起着非常重要的作用。思考：同学们，想一想，计算机要如何理解事物和外界的信息呢 计算机理解事物主要依赖于数据和算法。首先，数据是计算机理解事物的基础。通过各种输入设备，如摄像头、麦克风、传感器等，计算机收集大量的原始数据。这些数据可以是图像、声音、文本等各种形式。计算机还可以通过建立知识图谱来增强对事物的理解。知识图谱是一种将各种实体和关系以图形的方式表示出来的结构。计算机可以通过从不同的数据源中提取知识，并将其整合到知识图谱中。计算机是通过传感器、编码存储、算法处理、模型表示和输出反馈等一系列环节，逐步理解外界信息。2.播放视频。 学习新知引入完成思考问题。观看教学视频。 用计算机知识引入课堂。用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：板书课题。一、计算机中的编码二进制码进制也就是进位计数制，是带进位的计数方法。我们日常生活中采用的是十进制，十进制就是逢十进一，只要数字满十就会往前进一位，如图 2.3.1所示。因此，在十进制中，只有数字0到9。计算机内部采用二进制，即以“0”和“1”的组合来表示和处理信息，二进制是逢二进位的进位制,0和1代表着两种不同的状态可以用“1”来表示一种状态(如电路的导通)，用“0”来表示相反的另一种状态(如电路的断开)。思考：为什么二进制只有两种状态 从物理层面来看，二进制的两种状态易于实现和区分。在电子电路中，用低电压和高电压可以很方便地表示 0 和 1。从数学的角度来看，二进制的两种状态也具有独特的优势。二进制的运算规则相对简单，只有加法和乘法两种基本运算。二进制就是逢二进一，只要数字满二就往前进一位，如图 2.3.2 所示。十进制中的“1”在二进制中也是“1”，十进制中的“2”在二进制中是“10”，十进制中的“3”在二进制中是“11”，十进制中的“4”在二进制中是“100”……逢二就进一位，因此在二进制中永远都不会出现2，只有0和1，如图2.3.3所示。二进制在计算机的运用中非常重要，所有的计算机操作都使用二进制系统。ASCII码ASCII 码又叫美国信息交换标准代码，它诞生于1963年，是基于拉丁字母的一套计算机编码系统，用于计算机内部字符的存储和计算机与外部设备的通信。标准ASCI码为7位二进制编码，之所以采用7位编码是因为这样可以有效地节省空间，同时也不会影响编码的表达能力。7位二进制编码一共可以表示128个字符(2x2x2x2x2x2x2=128)，包括所有的大小写英文字母、数字 0~9、标点符号，以及在英语中使用的特殊字符。所以，也可以用十进制数0-127来表示 ASCII值。汉字编码汉字在计算机内也是以二进制代码形式表示的，这些代码称为汉字编码。汉字种类繁多，编码比拼音文字困难，因此在不同的场合要使用不同的编码，如输入码、国标码、内码、字形码等，其中最常用的是国标码(GB2312)。二、课堂练习实践：请参照表2.3.1，把下列ASCII码转换成英语句子。73、32、108、111、118、101、32、73、84、46I、(space)、1、o、v、e、（ space ）、I、T、.三、解码通过编码，计算机可以获取我们传输的信息，而我们想了解计算机存储的信息或计算处理的结果，就需要计算机将已经编码的数据恢复到编码前的状态，这个过程就叫解码。比如，通过麦克风输入的语音需要先转换成数字信号，然后对数字信号进行编码处理，将其转换为计算机能够识别和处理的数字数据。经过编码处理的数字数据可以通过网络传输到目标设备或服务器，以便进行后续的处理和识别。接收端接收到经过传输的数字数据后，需要进行解码处理，将数字数据转换为原始的语音信号。解码后的语音信号可以被计算机进行语音识别处理，将语音内容转换为文字或命令等，从而实现语音输入功能。计算机编码和解码过程如图 2.3.4 所示。四、校验校验码通常是一组数字的最后一位，由前面的数字通过某种运算得出，用来检验这组数字的真伪。我们最熟悉的身份证号的最后一位就是校验码，如图2.3.5所示。在知道身份证号码前17位的情况下，可以通过一系列运算得出最后一位校验码。首先要用前17位数字分别乘以表2.3.2所示的固定数字并求和。首先要用前 17位数字分别乘以表2.3.2所示的固定数字并求和。接着用相加后的和除以11求得余数,余数只可能是0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10这11个数字。然后根据图2.3.6中的数字对应关系查找出最后一位校验值，并将校验值添加到最后一位，形成完整的18位身份证号码。在人们日常生活中使用身份证号码进行信息登记或其他活动时,计算机系统会自动将我们输入的18位号码的前17位拆分出来，按照上述的运算方式得出一个结果，并用它和输入号码的最后一位进行比对，如果一致则代表我们输入的号码正确，反之则输入错误，这时系统会拒绝我们提交信息或继续访问。此外，图书封底上的国际标准书号、银行卡的卡号、商品上印刷的商品码等(见图2.3.7)，这些编码的最后一位都是校验码,但是得出校验码的计算方法却各不相同。 五、拓展延伸1.通信与数据校验问：但是如果校验需要很长时间，我们又是怎么做到实时视频聊天的呢 答：你说到的视频聊天其实属于通信的范畴了。通信分为即时通信和实时通信，像手机发送短信，语音消息，文件、音频或视频等，这些都是即时通信;而实时通信，则是语音通话、视频会议等。问：数据校验可以保证数据的完整性，校验的过程需要时间吗 答：当然需要时间，数据量越大，需要的时间越长。问：那通信的过程中，需要进行数据校验吗 答：当然需要，但是会根据不同的需求，有不同的侧重。比如上面说到的即时通信，它对时效性的要求低于准确性，就是说我们可以稍微延迟一些接收到消息，但一定要是准确的消息，这种情况下一般会使用 TCP 协议，这种互联网协议自带校验功能。而对于实时通信来说，大家更看重时效性，也就是不要有太长的延时，但是可以接受少量的画面或语音卡顿，这种情况下通常使用的是 UDP协议，它的校验功能是可选的。2.编码在实际应用中的影响。软件开发：编码标准对软件开发至关重要，不同的编程语言和开发工具可能采用不同的编码方式。期监测血压有助于早期发现问题。互联网应用：互联网上的信息传输和交互离不开编码技术，网页的显示、数据的传输等都需要使用合适的编码方式。多媒体应用：图像、音频、视频等多媒体数据的存储和播放需要特定的编码格式，编码技术的发展将直接影响多媒体应用的质量和体验。数据库管理：数据库中的数据存储和查询也需要使用合适的编码方式，以提高数据的存储效率和查询速度。3、列举一些常见的编码安全漏洞。SQL 注入漏洞：这是一种非常常见且危害极大的漏洞。当应用程序在与数据库交互时，未对用户输入的数据进行充分的验证和过滤。缓冲区溢出漏洞：在 C、C++ 等编程语言中较为常见。当程序向缓冲区写入数据时，如果写入的数据超过了缓冲区的大小，就会导致缓冲区溢。跨站脚本攻击（XSS）漏洞：攻击者通过在目标网站中注入恶意脚本，当其他用户访问该网站时，恶意脚本就会在用户的浏览器中执行。可以分存储型 XSS、反射型 XSS。跨站请求伪造（CSRF）漏洞：攻击者诱导用户在已登录的目标网站上执行恶意操作，如攻击者构造一个恶意链接，该用户就会点击该链接执行一些敏感操作。4、你知道编码的历史发展吗？早期的计算机编码主要是为了满足特定的需求而设计的，如 ASCII 编码就是为了在英语国家的计算机系统中表示字符而产生的。随着计算机技术的不断发展，出现了更多编码如Unicode 编码。在编码的发展过程中，不断有新的技术和标准出现。例如，随着互联网的普及，UTF-8 编码成为了网页中最常用的编码方式。5、完成数据校验的具体布置。为了确保数据的质量，进行有效的数据校验是必不可少的环节。以下是完成数据校验的具体布置。明确校验目标：确定要校验的数据类型、范围。建立校验规则：格式校验制定数据的格式要求。选择校验工具：数据库约束、编程语言。数据采集阶段的校验：输入验证、数据清洗。数据存储阶段的校验：数据库校验、数据备份与恢复。数据处理阶段的校验：数据转换校验、数据分析校验。六、活动日志 活动日志 班级：XX姓名：XX活动名称编码、解码与校码—计算机中的编码活动环节1口 2口 3口 4口（在对应环节画V）活动完成内容计算机中的编码、解码、校验活动完成度口口口口口口口口口(100%)活动小结问题与反思：编辑错误、语法错误。改进的方法：加强讲解介绍原理。 学习计算机编码。完成思考问题。完成课堂练习。完成学习解码内容。完成学习校码内容。进行课外知识拓展。完成活动日志记录。 初步学习计算机编码，锻炼学生的学习能力和观察能力。通过思考问题引入学习计算机常用编码，培养学生思考能力和学习能力。在课堂练习中强化所学知识内容。通过学习掌握计算机编码并运用。通过学习校验掌握并运用校验方法。拓宽学生知识面。将本课学习情况进行总结。
课堂小结 编码、解码与校验—计算机中的编码1、引入新知内容2、学习计算机中的编码3、学习解码和校验4、完成课题练习5、进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 列举具体编码技术在信息安全领域的应用实例。学完本节课，说一说你觉得编码的作用有哪些？ 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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