1、1 比特旅行记比特旅行记认识计算机（硬件）认识计算机（硬件） 【教材分析】 ：【教材分析】 ： 本课内容认识计算机（硬件） 是苏科版初中信息技术教材第 2 章管理计算机 第 1 节中的内容，对应于纲要中信息的存储与管理的有关部分，要求学生了解计算机的 基本组成以及工作原理， 消除学生对于计算机的神秘感， 为后续优化管理计算机和学习应用 计算机解决生活中的实际问题打下良好的理论基础。 【学生分析】 ：【学生分析】 ： 本课的教学对象是初一的学生。初一的学生都是“数字土著” ，从小就有使用计算机的 经历和经验，加之小学阶段信息技术课堂的系统学习，使他们对计算机的应用并不陌生，但 是对于计算机内部的
2、硬件构造尤其是计算机的工作原理模糊不清。 另外， 初一学生的思维方式正由形象思维逐步向抽象思维转化， 相比较于被动倾听抽象 的理论，学生更愿意主动动手具象的操作。因此，教学设计中如何将抽象的知识可视化，如 何将静态的理论变成可操作、可测量、可评价，也就成为了教学设计的重中之重。 【教学目标】 ：【教学目标】 ： 知识与技能：知识与技能： （1） 能分辨组成计算机的不同硬件，能说出常见硬件的名称、功能、主要性能指标等； （2） 明确硬件的五大逻辑分类，能将常见的硬件正确归类； （3） 知道计算机中存储容量的计量单位，能熟练完成不同存储容量单位之间的换算； （4） 理解计算机的工作原理，能描述计算
3、机处理信息的过程。 过程与方法：过程与方法： （1） 通过“比特旅行记”的情境学习，理解计算机编码、处理、解码信息的一般过程， 理解计算机最底层的“思维”规律与方法； （2） 通过“自学网站”的辅助学习，学习自主探究学习的一般方法； （3） 通过“自我检测”的问题解决过程，学习问题解决的一般方法； 情感、态度与价值观：情感、态度与价值观： （1） 通过实际接触计算机硬件实物，消除对计算机的神秘感； （2） 通过了解与计算机硬件相关的一些“黑科技” ：如 CPU 电路图、 从沙子到芯片的 CPU 的制造过程、冯诺依曼以及“存储程序”工作原理等，体验到人类智慧的无 限伟大，产生对科学技术的崇尚、敬
4、畏之情； （3） 通过对比国内、国外 CPU 发展历程，引起学生自豪感与自信心的同时，增强紧迫感 与使命感，激发学生立志为我们国家的信息科学事业做贡献的情感态度。 2 【教学重点】 ：【教学重点】 ： （1） 能分辨不同的硬件，能说出常见硬件的名称、功能和主要性能指标等； （2） 能说出存储容量的单位，能熟练完成不同容量单位之间的换算； （3） 能描述硬件的五大逻辑分类，能将常用的硬件正确归类。 【教学难点】 ：【教学难点】 ： 理解并能描述计算机的“存储程序”的工作原理 【教学方法】 ：【教学方法】 ： 讨论法、观察法、自主探究、练习法等 【教学过程】【教学过程】 第一环节：巧设情境，激趣导
5、入第一环节：巧设情境，激趣导入 教师：请同学们欣赏一段视频（图 1） ，看完后说说他在做什么？ 图 1 学生：组装电脑。 教师： （追问）用到了哪些设备？ 学生： （多个学生补充回答）CPU、内存、硬盘、散热器、电源、主板、 教师： （追问）要组成一台完整的计算机还需要哪些设备？ 学生： （多个学生补充回答）显示器、键盘、鼠标 教师：可见计算机并不神秘，它只不过是由一些实实在在的、看得见摸得着的物理设备 组成的， 我们把这些设备统称为硬件。 今天这节课我们就跟随着二进制位比特 （bit） 在计算机内部的旅行顺序来认识计算机的硬件。 【设计意图】 ：【设计意图】 ：对于学生来说最神秘的计算机部件
6、莫过于主机箱， “四四方方 3 的机箱盒子里究竟藏着什么奥秘，才能够让计算机实现如此强大的功能”是每个 孩子脑子里未知的谜团。开篇的“装机视频”让学生初步了解主机箱内的部件、 获得感性认识的同时，也揭开了计算机硬件组成的神秘面纱，为后续的教学顺利 铺垫。 “比特旅行” 情境的提出， 亦为学生埋下了问题解决的伏笔： 比特从哪来？ 要到哪里去？旅行时经历了哪些地方？发生了什么样的变化？为什么会有这样 的变化？一系列问题接踵萌生，消除神秘感的同时又巧妙设疑，让学生的思 维瞬间活跃起来。 第二环节：比特旅行，建构新知第二环节：比特旅行，建构新知 本环节教师首先引导学生 “提取旧知识” 信息在自然界中表
7、现为图片、 文本、 声音、 视频等形态，而所有这些形态的信息在计算机内部都是以二进制的形式存在， “比特（bit） ” 就是二进制中的一“位” （一个 0，或者一个 1） ；然后“引入新知识”教师以计算机处 理信息时，二进制位“比特”在计算机内部流动的先后顺序（图 2） ，引导学生依次深入认 识体验输入设备、内存、CPU、硬盘和输出设备等硬件的名称、功能及主要性能指标等。 图 2 1比特的“出生”比特的“出生”输入设备输入设备 教师：通过前面的学习，我们知道，文本、图像、声音、视频等信息必须转化为二进制 代码才能被计算机识别和处理， 比特就是其中的一个二进制位， 一位 0 或者一位 1。 想一
8、想， 哪些设备可以实现这样的转化功能，即哪些设备可以将信息输入计算机呢？（提示：用什么 打字？用什么录音？用什么拍摄视频？） 学生：键盘、鼠标、麦克风、手写板 教师：像这样能将信息输入到计算机并编码为二进制的设备叫做输入设备。 【设计意图】 ：【设计意图】 ：正确分辨输入设备看起来简单，其实不然。从多年的教学经 4 验发现，学生很容易将 U 盘、光盘等外部存储器混淆为输入设备。究其原因，是 没有厘清输入设备的本质。自然界中的信息表现为文本、图像、声音、视频等形 态， 而计算机内部的信息表现为二进制的形态，这两者之间的转化依靠的就是输 入设备，输入设备输入外界信息的过程也是编码的过程。从信息的表
9、现形态角度 去思考辨别输入设备，问题迎刃而解。 2比特旅行第一站比特旅行第一站内存内存 教师： 比特在计算机内部又会经历怎样神奇的旅行呢？让我们一起进入比特旅行第一站 内存。 首先，教师引导学生分组观察拆开的主机箱，找一找内存在主机箱内的位置，近距 离看一看内存实物，获得感性认识，并引起学生思考：内存有什么功能？它分为哪几类？内 存的容量如何计算？ 其次，带着以上问题，教师引导学生登录“自学网站”的主页（图 3） ，进入到“比 特旅行第一站内存”子页面（图 4） ，依据“自学导航”自主学习网页中的内容，并完 成“自学检测” （图 5） 。 图 3 图 4 图 5 最后，师生共同梳理与内存相关的
10、知识，将知识结构化。 知识梳理如下： 1） 内存的功能：打比方。内存的功能：打比方。 内存相当于一个大旅馆，里面分成很多房间，房间里 面装着二进制信息。因此内存的功能就是存储数据。 2） 内存的分类：举例子。内存的分类：举例子。 从学生的生活经验出发，举学生平常利用电脑写日记 的例子， 如果没有保存就断电， 那么写了一半的日记信息会丢失。 为什么呢？ 因为此时的信息是临时存放在RAM中， 由此区分RAM 中的信息断电要丢失， 而 ROM 中的信息断电不丢失。 3） 存储容量的单位：作类比。存储容量的单位：作类比。 与数学和物理学的中的单位做类比，既找到联系 又发现区别，从联系中巩固千、兆、吉、
11、太的层级关系，从区别中了解信息 学中的存储容量单位的转换规则是 1024，即 2 的 10 次方。 【设计意图】 ：【设计意图】 ：初中阶段学生的思维方式正由形象思维初步向抽象思维转化， 5 相比较于倾听抽象的理论，学生更愿意亲自动手具象的操作。因此本环节的活动 设计旨在“化理论为操作” ， “化抽象为具体” ， “化被动为主动” 。从“观察实物” 引起学生的思考，然后带着问题登录自学网站“自主学习” ，并“自我检测”自 学成效，最后师生梳理以形成知识的结构化、条理化，加深记忆的印痕。 学生依托“自学网站”自主探究习得的知识与技能，比教师讲解演示的更加 持久有效。因为自主探究让学生经历“从问题
12、出发、主动寻找答案、尝试、出错、 纠正，直至正确”的循环操作，在这个过程中学生的思维在主动“回溯”中不断 被“迭代”更新，最终将问题解决获得“Good！你真棒！ ”的评价会令学生获得 满满的成就感，这样的情绪情感体验能令习得的知识技能历久弥新、经久难忘。 3比特特旅行第二站比特特旅行第二站CPU 教师：二进制信息比特在内存中只不过是被临时存储，如果要参与运算，就要进入到另 外一个设备CPU。 这部分的学习路径同上。即找一找、看一看、问一问、自主学习、最后师生梳理。 1） 找一找。即找一找 CPU 在主机箱内的位置，从整体上获得关于 CPU 的感官认识。 2） 看一看。即看一看 CPU 的长相，
13、初步体验 CPU 的小身材。 3） 问一问。即引发问题思考。通过介绍“CPU 叫做中央处理器，相当于计算机的大 脑 ，完成计算机所有的运算与控制功能”引发问题思考：如此小的身材何以会有 如此大的功能？它是怎么制造的？有哪些常见的制造商？我们国家能制造 CPU 吗？衡量 CPU 性能有哪些指标？ 经深度挖掘的问题佐证材料如下： 问题问题 佐证材料佐证材料 如此小的身材何以会有如此大的功能？ CPU 电路图、CPU 含晶体管的数目等 它是怎么制造的？ 从沙子到芯片 CPU 制造过程动画等 有哪些常见的制造商？ Intel、AMD 等 我们国家能制造 CPU 吗？ 龙芯一号、申威 26010 太湖之
14、光 CPU 等 衡量 CPU 性能有哪些指标？ 主频等 4） 自主学习。主要是通过“自学网站”自主学习并学会独立查看学生机 CPU 的主频， 并通过在线提交，获得实时评价。 5） 师生梳理。主要是让自学能力强的同学展示自学成果，获得成就感；帮助自学能力 弱的同学扫清学习障碍，对问题的解决达成一致。 【设计意图】 ：【设计意图】 ：通过前面内存部分的学习，学生已经熟悉了自学网站的结构， 6 初步掌握了自主学习的方法，延续前面的学习路径会提高课堂操作效率。本环节 通过揭秘 CPU 一小部分的电路图，和从沙子到芯片的 CPU 的制造过程，使学 生体验到 CPU 的小身材其实并不小，感受到人类科学智慧
15、的无限伟大。通过对比 国外 CPU 的研发历程和我们国家 CPU 的研发历程： 从 “龙芯一号” ， 到 “申威 26010” 太湖之光的 CPU，从一开始的落后 30 年，到世界第一的超级计算机，引起学生 的民族自豪感与自信心， 激发学生立志为我们国家的 IT 事业做贡献的情感倾向。 4比特旅行第三站比特旅行第三站外存外存 教师：CPU 运算的结果会返回内存，当我们执行“保存”命令，二进制比特信息才进入 到“外存”并被永久保存。 学生： 思考有哪些常见的外存？如何查看硬盘的容量？延续自学路径， 登录网站自 主学习并学会查看硬盘的分区和容量等。将查看的结果通过“自学检测”在线提交，获取实 时评
16、价。 【设计意图】 ：【设计意图】 ：学生学会查看硬盘容量，知道硬盘的“已用空间” 、 “可用空 间”等，能为今后有效管理计算机打下基础。 5比特的“转化”比特的“转化”输出设备输出设备 二进制信息比特在外存中只是被永久存储起来， 比特又是通过哪些设备转化而被我们看 到或者听到的呢？本环节通过师生对话， 梳理出常见的输出设备， 并对比它们不同的输出功 能，知道输出设备“解码”输出信息的本质。 【设计意图】 ：【设计意图】 ：信息通过输入设备“编码”加工，成为“比特” ，然后在计算 机内部按既定的规则进行“旅行” ，最后经由输出设备“解码”输出。通过“比 特旅行记”的情境将零散的、孤立的硬件知识
17、有机串联，令晦涩枯燥的硬件知识 拥有了鲜活的“生命” ，学生在“自学网站”的辅助下，自己也仿佛成为了那浩 瀚的数据海洋中的一位小小的“比特” ，在自主探究中不断汲取新知识，在“自 我检测”中获得成就感。 “自学网站”由教师依据学生的认知规律、学习基础等 自行设计制作，挂在机房内网服务器上。 “自学导航”帮助学生明确自学的路径； “自我检测”帮助学生实时评价自主学习的成效。教学重点在学生自主解决问题 的过程中，在学生理解、应用、分析、评价的高阶思维过程中轻松解决。 7 第三环节：回顾梳理，揭示原理第三环节：回顾梳理，揭示原理 学生：回顾比特旅行的全过程，说一说比特的旅行经历了哪些地方？并以“1+
18、1”的输 入信息为例，描述“1+1”在转化为二进制比特信息以后在计算机内部的走向。 教师： 根据学生的回答动态梳理出一张比特旅行图， 而这张比特旅行图也就是计算机的 工作原理图（图 6） ，世界上任何一台计算机都是在这五大逻辑部件的协调之下执行着一条 又一条的人为编制的程序而已。 图 6 【设计意图】 ：【设计意图】 ：通过梳理学习过程，形成知识结构图。通过比特旅行的顺序 将计算机深奥晦涩的工作原理顺利解构，将抽象的理论可视化，令教学难点轻松 突破。通过理解计算机的工作原理了解到计算机最底层的“思维”规律，知道了 计算机解决问题的一般过程。 通过接触了解计算机科学的先驱 “计算机之父” 冯诺依
19、曼以及他提出的“存储程序”的工作原理，产生对科学的崇尚、敬畏之 情。 第四环节：课堂总结，融会贯通第四环节：课堂总结，融会贯通 学生：说说今天这堂课学到的主要内容。 教师：根据学生的回答引导学生从“物理层面”和“逻辑层面”两方面对计算机硬件知 识作结构化的梳理（图 7） ，使融会贯通。 学生：登录自学网站进入到“课堂作业”子页面，自主完成课堂作业，根据“自动反馈” （图 8）及时评价课堂学习成效。 8 图 7 图 8 【设计意图】 ：【设计意图】 ：从逻辑层面到物理层面，从物理层面再到逻辑层面计算机 科学领域任何一项技术的发明创造都是遵循了这样的规律。 总是先由一部分人在 逻辑层面提出大胆的设
20、想，然后经由一部分人在物理层面反复实验得以初步实 现， 进而再在逻辑层面加以补充，然后再在物理层面得以扩展科学技术的进 步总是如此循环往复，科学思想和技术不断迭代与优化，才造就了今天的信息世 界。无论物理层面的硬件如何“改头换面” 、更新换代，然而计算机底层逻辑都 是遵循了“存储程序”和五大分类。课堂最后物理层面与逻辑层面的对比呈现帮 助学生建构更加清晰的知识脉络，融会贯通。 【教学后记】 ：【教学后记】 ： 信息技术的理论知识专业、抽象、概括，因此理论课也往往容易成为单纯的讲授课 教师滔滔不绝，学生云里雾里。但本节课却是一堂“全程不会走神”的理论新授课！如何化 理论为操作，化抽象为具体，让学
21、生在理论课上也能够经历“深度体验” ，本课在教学设计 中努力做到了以下几点： 1. 确立高阶思维发展的教学目标确立高阶思维发展的教学目标 著名教育家和心理学家布卢姆等人将认知领域的教学目标分为“记忆、理解、应用、分 析、评价、创造”六类，其中前两类属于低阶思维发展的教学目标，后四类属于高阶思维发 展的教学目标， 教学设计着意于高阶思维发展的教学目标， 才能更好地培养学生问题解决的 能力和发展创造性思维。本节课中，在“自主学习” “自我检测”环节，教师定位的目标并 不是自学之后的“复述” ，而是要求学生在理解的基础上解决问题，借助教学网站的动态交 互功能实现“自我检测”评价。那么显然， “问题解
22、决”需要学生将概念“理解” 、 “分析” 透彻，然后才能“应用”到新的情境中去，学生经历了对概念客观“评价”的过程，才能“创 造”性的解决问题。 9 2. 整合意义联接的学习内容整合意义联接的学习内容 计算机硬件相关的知识点较多、零散，教学中如果将大量零散、孤立的概念同时呈现， 只会增加学生识记概念的困难程度，造成混淆，并加速遗忘。而本节课教师巧妙地通过比特 旅行的先后顺序， 将计算机内部各个主要硬件有机串联， 使各个相对独立的硬件之间有了千 丝万缕的联系，最后一张“比特旅行图”更是在学生的头脑中形成清晰的脉络，加深了记忆 的印痕。 3. 创设促进深度学习的真实情境创设促进深度学习的真实情境
23、“比特旅行记” 这一情境的创设， 即为学生埋下了 “问题解决” 的伏笔比特从哪来？ 要到哪儿去？旅行时经历了哪些地方？分别发生了什么样的变化？为什么会有这样的变 化？等等这就将“知识的获取”还原成“问题的解决” ，激发了学生的主动探究欲望。 4. 选择持续关注的评价方式选择持续关注的评价方式 传统的信息技术课堂评价滞后， 绝大多数学生作业中存在的问题， 都需要教师在课后批 改作业的时候才能够被发现， 并在下堂课中纠正解决。 而本课中学生通过交互式的动态网页 提交问题解决的结果，可以立即看到评价反馈，这样就解决了计算机课堂学生多、教师少， 学生的操作教师来不及当堂评价的缺陷。 当将信息微观化为“
24、二进制位” ，当将存储器看成是“二进制位的排列仓库” ，当将输入 输出设备看成是“二进制位与图片、文本等信息相互转化的桥梁” ，那么，这样的思维就是 指向信息技术学科本质的思维，这样的思维就是一种“计算思维” 。同理，如果我们在讲解 计算机病毒的时候把病毒看成是二进制代码串，那么我就知道病毒并不可怕，因为我们 可以通过“格式化”操作将这些二进制位“清零” ，或者全都“清成 1” ，执行这样的初始化 操作后， “病毒”也就只是普通的二进制数据了。再如我们在讲解图片的获取通过数码 相机获取图片信息时，如果能够将“数据线”或“读卡器”中的数字信息微观化成 O 和 1 的数字串，那么我们也可以将抽象的理论可视化。
