《二值的黑白图像》教学设计-2026-2027学年华中科大版（新版）小学信息科技四年级全一册

《二值的黑白图像》教学设计-2026-2027学年华中科大版（新版）小学信息科技四年级全一册一、教材分析本课是华中科技大学出版社《小学信息科技》四年级全一册第三单元《有趣的编码应用》中的第12课。单元围绕“编码”展开，前一课《嘀嘀嗒嗒的秘密》让学生认识了摩尔斯电码，体会到“用有限符号组合表示信息”的编码思想。本课《二值的黑白图像》则把目光转向计算机世界最基础的图像表示方式——用0和1（二值）来表示黑白图像，是单元“由声音编码走向图像编码”的关键一环，也是学生认识“计算机如何表示信息”的重要起点。根据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》及《义务教育信息科技教学指南·数据与编码》，本课属于“数据与编码”模块，核心内容是“0和1能表示信息，编码长度与所包含信息量之间的关系”。本课的定位与作用在于：其一，把“编码”这一抽象概念从声音领域拓展到图像领域，丰富学生对编码的多元认识；其二，揭示图像数字化最基本的原理——图像由一个个像素组成，每个像素用0或1表示黑白，从而让学生初步理解“计算机用二进制表示信息”的底层思想；其三，为下一课《多彩的数字世界》奠定基础——从“两个值”到“更多值”，正是黑白图像走向彩色图像的本质区别。本课核心内容包括：图像由大量小方块（像素）组成；用0表示白色方块、用1表示黑色方块，实现黑白方块图与0、1编码的相互转化；探索编码长度与所包含信息量之间的关系；知道计算机中图片、文字等信息是用0和1的不同排列组合来表示的。二、学情分析经过前一课的学习，四年级学生已经对“编码”“用符号表示信息”有了初步认识，知道可以用“嘀”“嗒”等符号组合表示信息，具备了一定的编码与译码经验，这为本课从“声音编码”迁移到“图像编码”奠定了认知基础。从心理与认知特点看，四年级学生正处于形象思维向逻辑思维过渡的阶段，对直观、可视、可操作的“方格图”“像素图”十分感兴趣，喜欢通过动手涂色、拼图等方式学习。学生日常生活中广泛接触电视、平板、手机等电子设备，看过无数图片和画面，但对“图像究竟是怎样在机器里存下来的”这一问题几乎从未思考过，存在强烈的好奇心与探究欲。需要注意的是，学生对“二进制”“0和1”的概念是陌生的，直接讲授抽象的“二值”概念容易造成理解困难。因此教学应充分借助“黑白方格图”“点阵”等直观载体，让学生在“涂—数—写—猜”的操作中，自然感悟“黑白两种状态就能拼出图像”的道理。三、核心素养目标依据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，本课落实信息科技四大核心素养，具体目标如下：（一）信息意识1.认识到图像可以被分解、被表示、被记录，体会“数字化图像”的存在与意义。2.能关注到生活中大量图像背后隐藏的编码规律，形成用信息科技视角观察世界的意识。（二）计算思维1.理解“像素”的含义，知道图像由大量小方块组成，方块数量越多越清晰。2.掌握用0和1（二值）表示黑白像素的方法，能看懂并填写黑白图像的点阵编码。3.了解编码长度与所包含信息量之间的关系，体会“图像越复杂、0和1编码越长”的朴素思想。（三）数字化学习与创新1.能利用方格图、点阵图，独立完成简单黑白图像的编码与译码。2.能发挥想象，设计并用0、1编码表示自己创意的图案（如汉字、图形、符号）。（四）信息社会责任1.体会编码规则的约定性与重要性，养成认真细致、规范编码的习惯。2.初步了解数字化图像技术给生活带来的便利，感受科技进步的力量。四、教学重难点（一）教学重点1.认识像素，理解黑白图像可以用0和1（二值）来表示。2.掌握用方格点阵进行简单图像编码与译码的方法，了解编码长度与所包含信息量之间的关系。（二）教学难点1.理解“二值”的含义——只用0和1两个值就能表示黑白两色，从而拼出图像。2.在编码与译码过程中做到规范、准确地用0和1填写点阵，不遗漏、不错位。五、教学过程（一）情境导入，发现“图像的秘密”【教师活动】教师出示两张对比鲜明的图片：一张是高清彩色照片，一张是经过放大的、布满小方格的马赛克图（或黑白像素图）。【教师提问】“同学们看，当我们把一张照片不断放大，你发现了什么？”学生回答：“变成一个个小方块了”“有好多小格子”。【教师提问】“这幅由一个个小方块组成的图，是用什么‘拼’出来的？”教师小结：这些组成图像的一个个“小方块”，在计算机里有一个专门的名字，叫作“像素”。今天我们就来探究，图像是怎样由一个一个像素组成的，看看“黑白图像”背后藏着什么秘密。（板书课题：二值的黑白图像）【设计意图】通过“放大照片出现方格”的直观现象创设认知冲突，引发学生对图像组成的思考，自然引出“像素”概念，激发探究欲望。（二）新知探究，认识“二值”表示1.认识像素，感知图像由像素组成。教师出示一张由若干方格组成的点阵图（如8×8方格），指出：图像就像拼图一样，是由许多小像素拼成的，每一格就是一个像素。【教师提问】“如果把图像中的小方块变大，图像看起来会怎样？如果把小方块变小、变多，又会怎样？”学生回答：“变大就模糊了”“变小、变多就更清晰”。教师小结：像素越小、越多，图像就越细腻、越清楚；方块数量越多，清晰度越高。【设计意图】以直观的点阵图为载体，帮助学生建立“图像=像素的集合”的表象认识，理解像素与清晰度的关系。2.引入二值：黑与白，用0和1表示。【教师提问】“一幅黑白图像里，像素的颜色有几种？”学生回答：“两种”“黑色和白色”。教师引导：“对！只有黑、白两种颜色，我们把它叫作‘二值’。如果我们规定‘黑色记作1，白色记作0’，请同学们想一想，下面这组数字表示的是黑还是白？”教师出示一组数字：“10110”，学生回答：“黑白黑黑白”。教师小结：这样，我们就能用一串只有0和1的数字，表示出黑、白两种颜色，进而拼出一幅图像。这就是“二值”的秘密——只用两个数字，就能表示黑白世界。教师板书：黑色→1，白色→0；图像（黑白）=像素×二值（0/1）。【设计意图】通过“黑色记作1、白色记作0”的简单约定，让学生直观理解二值编码的规则，突破“0和1能表示黑白”这一核心难点。3.动手实践：我给图像来编码。教师出示一幅黑白方格图（如一个“爱心”或数字“2”），请学生两人一组，按照“黑色记1、白色记0”的规则，把图像转写成一行一行的数字编码，填写在表格中。行次黑白方块图（示意）0、1编码第1行黑黑白白1100第2行黑白白白1000第3行白白白白0000第4行白白黑黑0011学生动手填写，教师巡视指导，请一位学生上台展示并口述过程：“第1行前两格是黑色写1，后两格是白色写0……”教师小结：把图像变成数字的过程，就是“图像编码”；相反，根据数字还原图像的过程，就是“图像译码”。编码和译码是一对相反的、借助“0/1规则”完成的过程。【设计意图】通过亲手编码，让学生在操作中掌握用0和1表示黑白像素的方法，体验“图像→数字”的编码全过程，落实本课重点。（三）游戏深化，玩转“译码还原”教师组织“我是小小译码员”活动：教师先展示一串按行排列的0、1编码（代表一幅图像），请学生对照规则，在方格纸上把对应的格子涂黑（1涂黑、0留白），看看最后能还原出什么图案。活动要求：1.先弄清规则：1涂黑、0留白；2.从第一行开始逐行涂色，注意别涂错、别漏格；3.涂完后猜一猜、说一说这幅图是什么。学生活动，教师巡视，随后请学生展示成果并揭示答案（如是一个“爱心”或“笑脸”）。【教师提问】“译码的时候，为什么有的同学能准确还原，有的却涂错了位置？需要注意什么？”学生回答：“要一行一行看仔细”“要数准格子”。教师小结：编码和译码都要严格遵守约定好的规则，做到细致、准确，任何一格出错，图像就会“走样”。这正体现了编码的规范性和严谨性。【设计意图】通过译码还原游戏，让学生在“数字→图像”的逆向操作中巩固二值编码方法，同时自然渗透“规则约定、细致严谨”的编码素养，突破教学难点。（四）拓展提升，感受“二值”的力量教师引导：“用0和1表示黑白图像，虽然只有两种颜色，却能‘拼’出各种各样的图案。你能用二值编码，设计一个属于自己的图案吗？”学生发挥想象，在方格纸上用0、1设计图案（如汉字、小动物、几何图形），并写出对应的编码；小组间互换编码，尝试解码获得黑白方块图，再与原始图对比查验解码是否正确。【教师提问】“同样的0和1，为什么能表示这么多不同的图案？”学生回答：“因为位置不同”“组合不同”。教师小结：0和1的位置、数量、组合千变万化，所以能表示出丰富多彩的图形——这也正是编码的魅力所在。教师拓展：其实，电脑里不仅图像，文字、声音，一切信息归根到底都是靠0和1（二进制）来表示的。课后请同学们上网查找并了解“点阵字库”，看看文字是怎样用0、1拼出来的。今天我们用0和1画出了黑白图像，明天我们还要让图像变得更“多彩”。【设计意图】通过创意设计与拓展，让学生在创造中深化理解，体会“有限符号的组合能表达丰富信息”的编码思想，并为下一课“彩色图像”埋下伏笔。（五）总结反思，梳理“二值”之法【教师提问】“这节课我们研究了《二值的黑白图像》，你们有什么收获？你能用自己的话说一说，图像是怎么用0和1存进电脑的吗？编码越长，信息是变多还是变少？”学生总结，教师板书梳理：图像→像素（小方块）→二值（黑1/白0）→数字编码→图像。并强调：图像越复杂、方块越多，0和1编码就越长，所含信息量也越多。教师升华：原来一幅看似平常的黑白图像，背后藏着“像素”和“二值”的智慧。希望同学们在今后的学习中，继续带着好奇的眼睛，去发现信息世界更多隐藏的秘密。六、结语《二值的黑白图像》一课，紧扣“像素”与“二值”两大核心，以直观的方格点阵为桥梁，让学生经历了“认