数据的编码与传输的实验案例：灯语的计算机表达与理解

苏梅 杨洋

信息技术作为一门技术学科，经历了计算机—网络—数据的发展历程，当下的课程核心——数据，则成为整个教学的核心，关于数据的获取、表示、传输、存储、加工等则需要以实验为基础进行教学。现在信息技术教学处于新课改的风口浪尖，我们需要探索培养的新途径、新方法，培养学生的创新思维和学科思想，激发学生对学科的探究兴趣。

本节课为信息技术创新实验室的建设的一个实验案例。信息技术创新实验室，不仅需要传统的计算机等相关设备，还需要类似“灯语发生器”等具有创新意义的实验及仪器。学生的信息技术创新发明也能够为信息技术创新实验室添砖加瓦。如此，以提高学生信息技术核心素养为目的，新建具有创新意义的信息技术实验室，才能满足学生选择性学习和个性化发展的需求。

实验案例

实验名称：灯语的计算机表达与理解。

实验目的：在参与用“灯语发生器”及“灯语接收器”通过计算机实现编码与发送、接收与识别，与人工操作电筒对灯语进行编码与发送、接收与识别的对比实验过程中，体验用计算机编程处理数据的优势。

实验器材：手电筒、灯语发生器、灯语接收器、计算机、网络连接线等若干套。

实验内容：①使用电筒发送灯语，人工识别灯语，体验灯语的人工编码、发送与识别過程；②使用“灯语发生器”发送灯语，使用“灯语接收器”接收灯语，并通过计算机实现自动翻译；③尝试改变程序，使用“自定义密码”重复实验，体验灯语发送及翻译机理。

实验过程

实验一：人工灯语的发送与识别

实验步骤：

（1）了解摩尔斯编码。

学生：①观看《听风者》视频片段，引入莫尔斯编码；②查看标准摩尔斯码表，了解摩尔斯编码规则。

（2）文本→摩尔斯编码（一）。

学生：两人为一组，其中A同学在草稿纸上编写文本信息——Welcome to SCUFZ，并将此段文本信息转换成摩尔斯码。

（3）发送并接收摩尔斯编码（一）。

学生：A同学用电筒发送编码。B同学观察电筒发送的信号，并做记录。

设计意图：小组合作，完成编码的发送与接收。

（4）摩尔斯编码→文本（一）。

学生：B同学对照标准摩尔斯码表将记录的电筒灯语翻译成文本，与原始文本进行对比。

（5）文本→摩尔斯编码（二）。

学生：B同学在草稿纸上编写文本信息——Thank You，并将此段文本信息转换成摩尔斯码。

（6）发送并接收摩尔斯编码（二）。

学生：B同学用电筒发送编码。A同学观察电筒发送的信号，并做记录。

（7）摩尔斯编码→文本（二）。

学生：A同学对照标准摩尔斯码表将记录的电筒灯语翻译成文本，与原始文本进行对比。

（8）画出人工编码解码的流程图。

学生：体验整个过程后画出人工识别灯语的流程图。

（9）反思人工编码解码缺点。

学生：小组讨论，总结人工编码的缺点——速度慢，错误率高，效率低。

（10）思考为什么要人工编码。

人工编码的目的：提高传输的有效性，加密。

实验二：计算机灯语的发送与识别

实验步骤：

（1）准备和认识实验设备。

学生：①分为两人一小组，每组准备计算机两台，灯语发生器一台，灯语接收器一台，联接线若干；②计算机上安装“图形化数字编码实验演示程序”，并学习该程序的使用方法；③学习灯语发生器和灯语接收器的使用方法。

（2）连接实验设备。

学生：小组合作，将设备进行连接。

（3）发送和接收标准摩尔斯码。

学生：①A同学负责发送端，B同学负责接收端，分别打开发送端和接收端的图形化数字编码实验演示程序，A同学在发送端输入文本——Welcome to SCUFZ，B同学在接收端点击接收；②比对发送端和接收端信息，将内容填写到实验记录册上；③A同学负责接收端，B同学负责发送端，重复步骤①、②。

（4）发送和接收自定义编码。

学生：①A同学负责发送端，B同学负责接收端，分别打开发送端和接收端的图形化数字编码实验演示程序，A同学在发送端输入文本——Thank You！！！，B同学在接收端点击接收；②比对发送端和接收端信息，将内容填写到实验记录册上；③A同学负责接收端，B同学负责发送端，重复步骤①、②。

（5）画出实验设备编码解码的流程图。

学生：体验整个过程后画出人工识别灯语的流程图。

（6）反思计算机编码解码优点。

学生：小组讨论，总结计算机编码的优点——速度快，效率高。

（7）思考为什么要计算机编码解码。

计算机编码的目的：加密，便于传输。解码的目的：还原成我们能识别的信息。

课后反思

此项目涉及的课标中的模块有：必修课程模块1——1.1在具体感知数据与信息的基础上，描述数据与信息的特征，知道数据编码的基本方式。1.7掌握一种程序设计语言的基本知识，使用程序设计语言实现简单算法。通过解决实际问题，体验程序设计的基本流程，感受算法的效率，掌握程序调试与运行的方法。必修课程模块2——2.3 通过分析物联网应用实例，知道信息系统与外部世界的连接方式，了解常见的传感与控制机制。

根据整节课的教学过程，学生先感知数据和信息，并可以描述数据和信息特征，在这个基础上，让学生实际感受计算机解决数据编码解码的过程，并探索学习用一种程序设计语言，设计算法，编写程序，去呈现计算机编码解码的全过程，感受计算机解决问题的效率。

要完成这样的课程内容，我们需要依托相应的载体，而在这节课中，“灯语发生器”就起到了这样的载体作用，既能深化对数据传输过程的理解，又能引导学生对“灯语发生器”的底层语言进行探索，进而促进学生学习并掌握一种程序设计语言。整个过程都需要依托“灯语发生器”，该设备反过来又为学生的项目学习搭建桥梁，从知识建构、技能培养到思维发展层层推进，帮助学生成为有效的技术使用者、创新的技术设计者和理想的技术反思者。