資源簡介

(共35張PPT)
第3單元 第3課
無線通信的編碼與解碼——莫爾斯電碼收發實驗
（清華大學版）四年級
上
1
核心素養目標
3
新知講解
5
拓展延伸
7
板書設計
2
新知導入
4
課堂練習
6
課堂總結
課后作業
8
01
核心素養目標
信息意識
計算思維
數字化學習與創新
信息社會責任
認識到信息安全的重要性，了解編碼和解碼技術在保護信息安全方面的應用，能夠理解并遵守相關的信息技術法律法規。
在掌握莫爾斯電碼基本原理的基礎上，嘗試創新，設計并實現新的編碼方式或改進現有的解碼算法。
鍛煉邏輯推理能力，理解點與劃的不同組合如何代表不同的字符和數字，學習并應用莫爾斯電碼的編碼規則。
認識到信息在無線通信中的核心作用，理解信息的編碼和解碼對于信息傳輸的重要性，并且增強對信息傳輸方式多樣性的認識。
02
新知導入
無線通信問世后，人類進入了無線電通信時代。但是無線電通信完全是一個開放的廣播系統，在己方接收電文的同時，對方也可“一覽無遺”。因此伴隨戰爭出現的密碼攻防術，也就立即與無線電結合，出現了無線電密碼，這節課我們繼續學習編碼、解碼、加密、解密的相關知識實際操作使用莫爾斯電碼發送和接收信息，親身感受密碼攻防的魅力。
02
新知導入
無線通信太容易被監聽了如何保證信息不被破譯呢
別擔心，現代密碼學可以為我們提供安全保障,
思考
電影中有很多“嘀……嘀……嗒……嗒”的諜戰鏡頭，你能猜到他們是如何傳達信息的嗎
02
新知導入
在電影中，演員們通過“嘀……嘀……嘀”的方式傳達信息，往往是通過電報機、無線電或其他通信設備發出的模擬的莫爾斯電碼（Morse Code）或其他類似的編碼方式，演員們可能會根據預設的編碼規則，通過敲擊或按鍵來產生這些聲音，從而傳遞特定的信息。摩爾斯電碼是一種通過不同的長短音（嘀和嗒）組合來表示字母和數字的編碼系統，它在歷史上的諜戰和通信中扮演了重要角色。
02
新知導入
03
新知講解
一、電報與無線通信
電報是一種通過電信技術傳輸文字信息的通信方式。它利用電流的傳輸來傳遞信息，將文字和數字轉換成可以傳輸的信號。電報的發明開啟了電信時代，成為人類歷史上第一種可以實現遠距離實時通信的技術。事實上，它增強了世界各國的通信能力，也使得無線通信和即時通信成為可能。
03
新知講解
在電報通信中，編碼和解碼是密不可分的兩個過程。編碼是將信息轉換為可以傳輸的電信號的過程，而解碼則是將接收到的電信號還原為原始信息的過程。
早期人們探索了多種無線通信的方式，但最終莫爾斯電碼成為早期無線電通信的主要編碼方式，這是因為莫爾斯電碼簡單、易記、易學，并且抗干擾能力強。
03
新知講解
二、莫爾斯電碼
莫爾斯電碼(Morsecode)也被稱為莫爾斯密碼或莫斯碼，是通過點（·）和劃（-）的組合來表達不同的字母、數字和標點符號的一種時通時斷的無線通信編碼方案。莫爾斯電碼電報機按下電鍵時有電流通過，可以通過控制通電時間的長短來表示不同的信號狀態。短按電鍵表示“點(·)”，聽起來是“嘀”的聲響;長按電鍵表示“劃(-)”，聽起來是“嗒”的聲響，就是在各種諜戰影片中經常出現的“嘀嘀嗒嗒”的節奏。
03
新知講解
莫爾斯電碼采用了非常巧妙的編碼方式，比較常用的字母E使用最簡單的“點(·)”來表示,字母T則使用另一個最簡單的“劃(-)”來表示，而英文里相對較少的字母 Q則用相對煩瑣的“----”表示。要想表示數字或標點符號就需要加大編碼容量，比如數字9 使用“----”表示，而標點符號“，”則使用“----”，如圖 3.2.1所示。
圖 3.2.1 莫爾斯電碼表
03
新知講解
莫爾斯電碼只使用點（·）和劃（-）的組合就能表達不同的信息，所以莫爾斯電碼電報機可以做到只依靠一個平穩的無線電信號就能傳送信息,可以在噪聲復雜的電磁環境或惡劣條件下傳輸信息。
03
新知講解
實驗活動
莫爾斯電碼收發實驗
1.將莫爾斯電碼發送程序刷入一塊樂動掌控中，再將莫爾斯電碼接收程序刷入多塊樂動掌控中，如圖3.2.2所示。
圖3.2.2 英爾斯電碼收發實驗
03
新知講解
實驗活動
2.發送端按 A 鍵輸入“點”，按B鍵輸入“劃”，稍作停頓表示同一單詞內字母與字母間的間隔，較長時間的停頓表示單詞與單詞之間的間隔，按N鍵清空，重新發送信息，如圖3.2.3所示。
圖3.2.3 發送信息
03
新知講解
實驗活動
3.發送方的同學先在紙上寫好要發送的內容，對照莫爾斯電碼表，在旁邊寫下其對應的莫爾斯電碼，然后對照著發送信息，接收方的同學將信號在紙上記錄下來，書寫的時候要注意間隔，避免寫錯，然后對照同一張電碼表將電碼轉化為文字，如圖3.2.4所示。
圖3.2.4 發送和接收的信息
03
新知講解
實驗活動
表 3.2.1 莫爾斯電碼實驗過程記錄表
序號 發送方發出的信息 接收方破譯出的信息 通信是否成功 通信不成功的原因
1 .- -... --- -.. . (A) A 成功 無
2 -... .-. .-. .-. -.. (B) B 成功 無
3 -.-. --- -. -. .-. (C) E 不成功 解碼過程中失誤
4 -.. .-.. .-.. (D) D 成功 無
03
新知講解
思考
密碼表在通信過程中起到什么作用？如果密碼表泄露了會存在什么風險？為了保證信息的相對隱秘，在用莫爾斯電碼加密時，人們通常會進行多次加密，比如雙方可以互相約定其他的暗號。你們能創建一個只有你們知道的獨一無二的密碼表，從而保護你們的通信信息嗎？
03
新知講解
思考
作用：確保了信息在傳輸過程中的機密性，保障信息無法輕易被篡改或偽造，方便了對密碼的管理。
風險：泄露的密碼表可能導致加密的信息被輕易解密，從而暴露通信內容，一旦密碼表被敵方掌握，會對通信雙方構成嚴重威脅。
創建：根據符號和字母設定其對應代表的含義來制作屬于自己的密碼表。
03
新知講解
三、SOS救援信號
SOS是國際莫爾斯電碼救難信號，并非任何單詞的縮寫，特點是三短三長三短。鑒于過去海難事件頻繁發生，往往由于不能及時發出求救信號和最快組織施救，結果造成很大的人員傷亡和財產損失，國際無線電報公約組織于1908年正式將它確定為國際通用海難求救信號。
03
新知講解
SOS三個字母組合沒有特定的字符含義，只是因為莫爾斯電碼“…---…”(三個點，三個劃，然后再加三個點)在電報中是發報方最容易發出且接報方最容易辨識的電碼,如圖3.2.5所示。
圖3.2.2 英爾斯電碼收發實驗
05
拓展延伸
概率統計破譯密碼
如果我們不知道加密的方式，該如何破譯密碼呢？
像凱撒密碼這樣的替換式密碼，它的明文和密文一一對應，這就導致密文中每個字母出現的概率和明文的一致，因此，通過概率分析就能破解這類密碼。以英語為例，26 個字母中出現概率最高的字母就是 E，如圖 3.2.6 所示。我們通過統計密文中英文字母出現的概率，并對一一應成相應的字母，即可破解出明文。
05
拓展延伸
概率統計破譯密碼
圖3.2.6 英文字母概率統計圖
05
拓展延伸
概率統計破譯密碼
所有的密碼最終都會被破譯嗎
破譯密碼是一個很艱難的過程，有很多密碼至今無人能解。比如著名的克里普托斯(Kryptos)，它是一座位于美國弗吉尼亞州美國中央情報局廣場上的雕塑作品。該雕塑作品上包含四段密碼，共由865 個加密字符構成。美國中央情報局的分析師花費了7年的心血破譯了其中的三段內容，但截至目前，第四段內容的 97 個字符仍然是個未解之謎。
05
拓展延伸
電報機的原理與構成
1.原理：電報機主要基于電磁感應和編碼傳輸技術。它將文字或符號轉化為電信號進行傳輸，接收端再將電信號還原為文字或符號。
2.構成：電報機通常由發送器、接收器、電源和電線等部分組成。發送器用于將文字或符號轉化為電信號，接收器則負責將接收到的電信號還原為原始的文字或符號。電源為電報機提供所需的電能，電線則作為電信號的傳輸媒介。
05
拓展延伸
電報機的發展歷史
1832年，俄國外交家希林制作出了用電流計指針偏轉來接收信息的機器。
1835年，美國畫家莫爾斯經過3年的研究，成功地用電流的“通斷”和“長短”來代替了人類的文字進行傳送，發明了第一臺電報機，并采用了莫爾斯電碼。
05
拓展延伸
電報機的發展歷史
3. 1837年，莫爾斯在紐約大學的會議室里，架設了518米長的導線，獲得通報實驗成功。
4. 1844年3月24日，莫爾斯在國會議事廳里發出了世界上第一封電報。
5. 隨著科技的不斷進步，電報機的技術也在不斷發展，逐漸應用于軍事、海事等領域，并推動了電信時代的到來。
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拓展延伸
電報機的特點與歷史影響
1.特點：電報機具有可靠性高、傳輸距離遠、抗干擾能力強等優勢。它使用的電磁波傳輸速度非常快，可以跨越整個地球，因此在早期通訊中扮演了重要角色。
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拓展延伸
電報機的特點與歷史影響
2.歷史影響：電報的發明拉開了電信時代的序幕，開創了人類利用電來傳遞信息的歷史。莫爾斯的電報機在軍事、商業、政治等領域都發揮了重要作用，對全球社會的發展產生了深遠影響。
06
活動日志
活動日志 班級：XX 姓名：XX
活動名稱 無線通信的編碼與解碼——莫爾斯電碼收發實驗
活動環節 1口 2口 3口 4口（在對應環節畫V）
活動完成內容 電報與無線通信、莫爾斯電碼、SOS救援信號
活動完成度 口口口口口口口口口(100%)
活動小結 問題與反思：對于莫爾斯電碼的使用不熟悉
改進的方法：詢問老師或者同學
07
課堂總結
1
引入新知內容
無線通信的編碼與解碼——莫爾斯電碼收發實驗
2
電報與無線通信
3
莫爾斯電碼、SOS救援信號
4
完成課題練習
5
進行相關知識拓展
1
2
3
4
5
08
板書設計
無線通信的編碼與解碼——莫爾斯電碼收發實驗
1.進行新知引入
2.電報與無線通信
3.莫爾斯電碼、SOS救援信號
4.完成課堂練習
5.進行知識拓展
09
課后作業
01
1.同學們總結一下本節課學習的內容。
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課后作業
02
2.同學們復習一下莫爾斯電碼收發實驗的內容與步驟。
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