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第3.2课《无线通信的编码与解码——莫尔斯电码收发实验》教学设计
课题 无线通信的编码与解码——莫尔斯电码收发实验 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：认识到信息在无线通信中的核心作用，理解信息的编码和解码对于信息传输的重要性，并且增强对信息传输方式多样性的认识。计算思维：锻炼逻辑推理能力，理解点与划的不同组合如何代表不同的字符和数字，学习并应用莫尔斯电码的编码规则。数字化学习与创新：在掌握莫尔斯电码基本原理的基础上，尝试创新，设计并实现新的编码方式或改进现有的解码算法。信息社会责任：认识到信息安全的重要性，了解编码和解码技术在保护信息安全方面的应用，能够理解并遵守相关的信息技术法律法规。
教学重点 认识莫尔斯电码，学习简单的莫尔斯电码原理。
教学难点 掌握莫尔斯电码实验的步骤与原理。
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3.2课 《无线通信的编码与解码——莫尔斯电码收发实验》板书课题。无线通信问世后，人类进入了无线电通信时代。但是无线电通信完全是一个开放的广播系统，在己方接收电文的同时，对方也可“一览无遗”。因此伴随战争出现的密码攻防术，也就立即与无线电结合，出现了无线电密码，这节课我们继续学习编码、解码、加密、解密的相关知识实际操作使用莫尔斯电码发送和接收信息，亲身感受密码攻防的魅力。思考：电影中有很多“嘀……嘀……嗒……嗒”的谍战镜头，你能猜到他们是如何传达信息的吗 在电影中，演员们通过“嘀……嘀……嘀”的方式传达信息，往往是通过电报机、无线电或其他通信设备发出的模拟的摩尔斯电码（Morse Code）或其他类似的编码方式，演员们可能会根据预设的编码规则，通过敲击或按键来产生这些声音，从而传递特定的信息。莫尔斯电码是一种通过不同的长短音（嘀和嗒）组合来表示字母和数字的编码系统，它在历史上的谍战和通信中扮演了重要角色。 学习新知引入完成思考。观看教学视频。 用生活中的常见现象引入课堂。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。电报与无线通信电报是一种通过电信技术传输文字信息的通信方式。它利用电流的传输来传递信息，将文字和数字转换成可以传输的信号。电报的发明开启了电信时代，成为人类历史上第一种可以实现远距离实时通信的技术。事实上，它增强了世界各国的通信能力，也使得无线通信和即时通信成为可能。在电报通信中，编码和解码是密不可分的两个过程。编码是将信息转换为可以传输的电信号的过程，而解码则是将接收到的电信号还原为原始信息的过程。早期人们探索了多种无线通信的方式，但最终莫尔斯电码成为早期无线电通信的主要编码方式，这是因为莫尔斯电码简单、易记、易学，并且抗干扰能力强。二、莫尔斯电码莫尔斯电码(Morsecode)也被称为莫尔斯密码或莫斯码，是通过点（·）和划（-）的组合来表达不同的字母、数字和标点符号的一种时通时断的无线通信编码方案。莫尔斯电码电报机按下电键时有电流通过，可以通过控制通电时间的长短来表示不同的信号状态。短按电键表示“点(·)”，听起来是“嘀”的声响;长按电键表示“划(-)”，听起来是“嗒”的声响，就是在各种谍战影片中经常出现的“嘀嘀嗒嗒”的节奏。莫尔斯电码采用了非常巧妙的编码方式，比较常用的字母E使用最简单的“点(·)”来表示,字母T则使用另一个最简单的“划(-)”来表示，而英文里相对较少的字母 Q则用相对烦琐的“----”表示。要想表示数字或标点符号就需要加大编码容量，比如数字9 使用“----”表示，而标点符号“，”则使用“----”，如图 3.2.1所示。莫尔斯电码只使用点（·）和划（-）的组合就能表达不同的信息，所以莫尔斯电码电报机可以做到只依靠一个平稳的无线电信号就能传送信息,可以在噪声复杂的电磁环境或恶劣条件下传输信息。实验活动1.将莫尔斯电码发送程序刷入一块乐动掌控中，再将莫尔斯电码接收程序刷入多块乐动掌控中，如图3.2.2所示。2.发送端按 A 键输入“点”，按B键输入“划”，稍作停顿表示同一单词内字母与字母间的间隔，较长时间的停顿表示单词与单词之间的间隔，按N键清空，重新发送信息，如图3.2.3所示。3.发送方的同学先在纸上写好要发送的内容，对照莫尔斯电码表，在旁边写下其对应的莫尔斯电码，然后对照着发送信息，接收方的同学将信号在纸上记录下来，书写的时候要注意间隔，避免写错，然后对照同一张电码表将电码转化为文字，如图3.2.4所示。表 3.2.1 莫尔斯电码实验过程记录表序号发送方发出的信息接收方破译出的信息通信是否成功通信不成功的原因1.- -... --- -.. . (A)A成功无2-... .-. .-. .-. -.. (B)B成功无3-.-. --- -. -. .-. (C)E不成功解码过程中失误4-.. .-.. .-.. (D)D成功无思考密码表在通信过程中起到什么作用？如果密码表泄露了会存在什么风险？为了保证信息的相对隐秘，在用莫尔斯电码加密时，人们通常会进行多次加密，比如双方可以互相约定其他的暗号。你们能创建一个只有你们知道的独一无二的密码表，从而保护你们的通信信息吗？作用：确保了信息在传输过程中的机密性，保障信息无法轻易被篡改或伪造，方便了对密码的管理。风险：泄露的密码表可能导致加密的信息被轻易解密，从而暴露通信内容，一旦密码表被敌方掌握，会对通信双方构成严重威胁。创建：根据符号和字母设定其对应代表的含义来制作属于自己的密码表。三、SOS救援信号SOS是国际莫尔斯电码救难信号，并非任何单词的缩写，特点是三短三长三短。鉴于过去海难事件频繁发生，往往由于不能及时发出求救信号和最快组SOS三个字母组合没有特定的字符含义，只是因为莫尔斯电码“…---…”(三个点，三个划，然后再加三个点)在电报中是发报方最容易发出且接报方最容易辨识的电码,如图3.2.5所示。四、拓展延伸1. 概率统计破译密码问：如果我们不知道加密的方式，该如何破译密码呢？答：像凯撒密码这样的替换式密码，它的明文和密文一一对应，这就导致密文中每个字母出现的概率和明文的一致，因此，通过概率分析就能破解这类密码。以英语为例，26 个字母中出现概率最高的字母就是 E，如图 3.2.6 所示。我们通过统计密文中英文字母出现的概率，并对一一换成相应的字母，即可破解出明文。 问：所有的密码最终都会被破译吗 答：破译密码是一个很艰难的过程，有很多密码至今无人能解。比如著名的克里普托斯(Kryptos)，它是一座位于美国弗吉尼亚州美国中央情报局广场上的雕塑作品。该雕塑作品上包含四段密码，共由865 个加密字符构成。美国中央情报局的分析师花费了7年的心血破译了其中的三段内容，但截至目前，第四段内容的 97 个字符仍然是个未解之谜。2. 电报机的原理与构成1. 原理：电报机主要基于电磁感应和编码传输技术。它将文字或符号转化为电信号进行传输，接收端再将电信号还原为文字或符号。2. 构成：电报机通常由发送器、接收器、电源和电线等部分组成。发送器用于将文字或符号转化为电信号，接收器则负责将接收到的电信号还原为原始的文字或符号。电源为电报机提供所需的电能，电线则作为电信号的传输媒介。3. 电报机的发展历史1.1832年，俄国外交家希林制作出了用电流计指针偏转来接收信息的机器。2.1835年，美国画家莫尔斯经过3年的研究，成功地用电流的“通断”和“长短”来代替了人类的文字进行传送，发明了第一台电报机，并采用了莫尔斯电码。3. 1837年，莫尔斯在纽约大学的会议室里，架设了518米长的导线，获得通报实验成功。4. 1844年3月24日，莫尔斯在国会议事厅里发出了世界上第一封电报。5. 随着科技的不断进步，电报机的技术也在不断发展，逐渐应用于军事、海事等领域，并推动了电信时代的到来。4. 电报机的特点与历史影响1.特点：电报机具有可靠性高、传输距离远、抗干扰能力强等优势。它使用的电磁波传输速度非常快，可以跨越整个地球，因此在早期通讯中扮演了重要角色。2.历史影响：电报的发明拉开了电信时代的序幕，开创了人类利用电来传递信息的历史。莫尔斯的电报机在军事、商业、政治等领域都发挥了重要作用，对全球社会的发展产生了深远影响。六、活动日志 活动日志 班级：XX姓名：XX活动名称无线通信的编码与解码——莫尔斯电码收发实验活动环节1口 2口 3口 4口（在对应环节画V）活动完成内容电报与无线通信、莫尔斯电码、SOS救援信号活动完成度口口口口口口口口口(100%)活动小结问题与反思：对于莫尔斯电码的使用不熟悉改进的方法：询问老师或者同学 学习电报与无线通信的定义和相关知识。学习莫尔斯电码的相关知识内容。进行实验活动。。进行课堂思考。学习 SOS救援信号的相关知识内容。进行课外知识拓展。完成活动日志记录。 初步学习电报与无线通信是什么以及有哪些实际应用。加深对莫尔斯电码的学习，了解其原理。引导学生对新知识进行探索与学习，考查学生的知识学习落地能力，加深对所学知识的全方位掌握。进一步加深学生对于编码的学习，掌握信息二维码的生成原理。锻炼学生的思考能力，加深学生对于课堂知识的理解与学习。加深学生对于课堂知识的理解与学习。拓宽学生知识面。将本课学习情况进行总结。
课堂小结 探索编码规则--编码与秩序1、引入新知内容2、学习电报与无线通信的相关知识3、学习莫尔斯电码、SOS救援信号的相关知识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 同学们谈一谈在日常生活中还有哪些地方会用到条形码或二维码。同学们自己动手生成一个趣味二维码。 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。
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