信息传递

（注意：本课程包含 A 和 B 两个部分，它们对于完全达到教学标准都至关重要。如果时间有限，请根据学生的需要从这两部分中选取一些内容进行讲解。）

本课程的主要学习内容是比较各种信息传递模式（代码）。学生们将搭建一个模型，用来测试和比较他们设计的代码，这是一种充满乐趣的动手实践式体验。鼓励学生设计和编写自己的代码，并搭建一个装置来发送这些代码。强调说明，不存在唯一正确的模型。

• 科学背景 - 信息传递:
  • 熟悉“探究”部分提供的几种编程方案，让学生用“灯模块”和/或“声音模块”以不同的模式传递消息。
  • 提供的两种方式都是替换密码，其中每个字母都对应一个数字，通过一次或多次闪光或发声来表示，例如 A=1、B=2 等。
  • 学生需要遵循一定的标准和限制条件以确保测试的有效性，这些可以在“参与”部分进行建立。
• 前期知识铺垫 - 信息传递: 利用常备科学材料、共享信息、图片和定义。
  • 代码是一系列数字、字母、声音、灯光和/或符号的使用模式，可用来传递不同的消息。例如，在摩尔斯电码中，每个字母都由长短不等的闪光或哔哔声表示。
  • 人们曾经在不同的时期和不同的地点使用过各式各样的模式系统来发送编码消息。
  • 如今，信息通常是以二进制代码的形式传递的，系统将文本、声音和图像转化成由 1 和 0 构成的一组代码，然后以电子方式从一个来源传递到另一个来源。手机等电子设备能够将这些数字解码，从而变成我们可以识别的形式。
  • 标准是指项目要取得成功而必须满足的要求，例如简单易用，安全可靠。
    约束条件是对于项目的限制，例如时间或成本。
  • 关键词汇: 模式、代码、信息传递、标准、约束条件
• 搭建和编程提示: 请查看[学习单元][1]中的建议。针对本课程的建议：
  • 利用 SPIKE App 应用程序“开始”菜单中的“灯”和“颜色传感器”教程强化教学效果。
  • 尝试学习科学单元中的一节或多节其它课程，以积累更多搭建经验，同时熟悉 SPIKE App 应用程序中的“词语模块”。
  • 通过用灯光和声音进行交流课程来获取灵感和搭建支持。
• **材料: ** 查找介绍摩尔斯电码的纸质或数字示例，作为“参与”部分的分享材料。

A 部分（45 分钟

• 介绍故事的主人公和第一项挑战：玛利亚、李欧、丹尼尔和苏菲使用一种特殊的代码进行交流。你也来设计一种代码，用它跟朋友们交流吧！

• 思考 — 引导学生围绕课程主题展开简短的讨论，期间可根据需要使用故事图片。

  • 传递信息的模式有哪些？（鼓点或声音模式；使用长短信号模式的摩尔斯电码；机场或船上的信号灯。可以用一个例子来介绍摩尔斯电码。）
  • 设计代码时应遵循哪些标准？（以一种模式对信息进行编码，信息传递准确无误，系统简单易用、传递速度快）
  • 存在哪些约束条件？（距离、材料、安全性，即避免过多学生同时活动；代码的发送速度太慢，可能导致紧急信息发送延误）
  • 帮助学生制订他们将会用到的标准和约束条件：使用同一套标准和约束条件能够简化各组之间的比较。使用不同的标准和约束条件能够让解决方案更加多样化。

• 给每个小组分发一套 SPIKE^™ 科创基础套装和一台设备。

• 在学生编程的过程中，可以通过分享下面的示例来给他们提供协助。强调说明，不存在唯一正确的模型或程序。本课程是一个开放式项目，学生可以设计和创建自己喜欢的任何模型和消息代码。

• 让学生：

  • 用 A-E 之间的字母编写至少两个不同的信息传递代码，并将编好的代码记录下来（例如，A = 狼的叫声；B = 鸟的叫声；C = 猫的叫声；等等）。
  • 开始搭建模型，并通过编程使它能够利用不同的系统发送编码消息。展示模型是如何帮助朋友之间进行交流的。
  • 与组内成员或其他组成员一起，根据设定的标准和约束条件来测试代码。

• 鼓励学生开展头脑风暴，讨论可以用哪些方式对矩阵灯进行编程，使它能够按照某种模式来传递信息。例如，学生可以根据同一套设计标准和约束条件来测试下面的方案：

  • 用矩阵灯上像素灯的图案来表示 BED，并给出字母 A 至 E 的代码。
  • 用动物的声音来表示 BEAD，并给出字母 A 至 E 的代码。

• 在活动进行到一半的时候，让学生按照他们习惯的方式交流想法，并利用在分享中获得的灵感进一步完善他们的模型。

创意示例

• 将学生召集到一起分享彼此的成果和创意。 

• 让每个小组用他们的模型进行演示并解释：

  • 他们在测试不同的代码时，是如何用不同的模式来传递信息的。
  • 他们的设计方案所依据的标准和约束条件。
  • 通过比较两种代码的测试结果而得出的结论。
  • 他们的代码是否有助于分享信息，如果是，具体是如何实现的。

• 鼓励小组分享在搭建模型或编程过程中遇到的困难，并向其他小组寻求建议。

如果要继续学习“B 部分 — 解释”，请让学生保留搭建好的模型，或者给他们一些时间重新进行搭建。

B 部分（45 分钟

• 重复“A 部分 — 解释”中的步骤，促使学生在继续对模型进行编程的过程中进行分享、开展头脑风暴和获取灵感。

• 组织学生以某种方式进行分享，让他们观看和评估彼此的设计，可以采用的方式包括“拼图”方式（打乱小组划分，重新分组）和“内外圈”方式（让学生围成两个圈，两两相对进行分享，再让两个圈的学生以相反的方向转动位置，然后与新同伴再次进行分享）。收集或让学生记录他们的模型与其他模型的比较数据，包括彼此在速度、准确性和易用性等主要标准上的比较。鼓励他们记下自己想要尝试的任何想法，并思考哪种设计是向朋友发送秘密消息时的最佳解决方案。

• 让学生：

  • （15 分钟）继续搭建和编程，加入从分享活动中获取的灵感。
  • （10 分钟）用搭建好的模型与全班分享设计和测试结果，并一起比较不同的代码分别能够在多大程度上满足速度、准确性和易用性标准。收集学生投票，选出向朋友发送秘密消息时的最佳解决方案。

• （5 分钟）鼓励学生分享：

  • 帮助他们完成挑战的知识、想法或技能。
  • 他们在设计模型和编程过程中获得的知识、想法或技能。

• 让学生整理套装和工作区。

• 在学生构思、搭建和编程的过程中，利用引导性问题促使他们进行思考和做出决策。

教师观察清单

• 查看学习目标（_教师支持_部分）。
• 利用清单观察学生的进度：
  • 设计至少两种不同的代码设计来传输信息。
  • 确定测试和使用系统的标准（例如，消息传递准确无误、以一种模式对信息进行编码、系统具有快速性和易用性）和约束条件（例如，距离、材料、安全性）。
  • 根据速度、准确性和易用性评估每个代码和设计方案。

自我评估

让每位学生选择一块最能代表自己当前水平的积木。

• 蓝色积木：我觉得自己能够按照说明创建程序。
• 黄色积木：我能够按照说明创建程序。
• 绿色积木：我能够按照说明创建程序，还能帮助同伴达到相同水平。

同伴反馈

让学生在各自小组内讨论他们的合作经验。
鼓励他们使用如下表达方式：

• 当你……我非常感兴趣
• 我想了解更多关于你如何……

可通过如下方式简化本节课：

• 限定学生设计一个用于回答简单问题的代码模式，闪烁一次表示“否”，闪烁两次表示“是”。 然后用“是/否”句陈述或更少的标准进行比较。

可通过下列方式增加难度：

• 让学生扩展他们的设计方案，包括使用更多的字母，从而用其他的单词来传递信息。（示例代码中只包含 A-E 中的字母。） 引导他们找出系统因某些代码无法扩展而可能存在的问题。

• 提供有关利用代码和模式传递信息的学习材料，包括重要历史时刻的使用案例（例如，摩尔斯电码；内战中的旗帜代码；第一次世界大战中的 Choctaw 代码；第二次世界大战中的 Enigma 密码机；或搜索“历史上曾经使用过的顶级代码”）。让学生探究一种方式，然后制作一张海报来展示他们的研究成果，利用文字和图示介绍这种方式的工作原理。

如果实施该部分内容，课程时间将超过 45 分钟。