바이너리를 사용해보십시오!
이 강의에서는 컴퓨터 엔지니어를 위한 이진 코드 및 이진 응용 프로그램의 작동 방식에 중점을 둡니다. 학생들은 이진 시계 소프트웨어를 다운로드 및 설치하고 온라인 이진 시계를 읽는 방법을 배우기 위한 활동을 완료합니다.
- 이진 코드와 컴퓨팅에서의 응용 프로그램에 대해 알아봅니다.
- 소프트웨어 응용 프로그램 다운로드, 실행 및 관리에 대해 알아봅니다.
- 간단한 전자 기기의 배선 및 제조에 대해 배웁니다.
- 엔지니어링 팀이 프로젝트 작업에 접근하는 방법을 알아보세요.
- 팀워크와 그룹 작업에 대해 알아보세요.
연령 수준 : 8-18
빌드 재료(팀별)
필수 자료
- 인터넷 액세스
- 학생들이 바이너리 시계 소프트웨어를 다운로드하고 설치할 수 있도록 교실 PC 컴퓨터를 설정합니다.
- 컴퓨터 데스크탑용 무료 바이너리 시계(www.sb-software.com/binaryclock)
- Microsoft 무료 바이너리 시계(https://download.cnet.com/Windows-Binary-Clock/3000-2350_4-10448812.html)
고급 학생을 위한 자료
바이너리 클럭 키트 https://www.tindie.com/products/applemountain/binary-clock-kit-with-red-green-and-blue-lights/
디자인 도전
당신은 바이너리 시계 소프트웨어를 다운로드하고 설치해야 하는 과제를 안고 있는 엔지니어 팀의 일원입니다. 소프트웨어에서 몇 가지 옵션을 시도합니다. 이진 시계가 표준 디지털 또는 아날로그 시계보다 더 대중적일 것이라고 생각하는지 팀과 함께 토론하십시오.
고급 학생: 당신은 자신만의 바이너리 시계를 만드는 도전을 해결해야 하는 엔지니어 팀입니다. 귀하의 팀이 기능적인 전기 이진 시계를 구축하는 데 사용할 키트가 제공되었습니다.
기준
- 소프트웨어 다운로드 및 설치
- 소프트웨어 옵션 시도
- 팀 토론
제약
- 제공된 재료만 사용하십시오.
- 수업을 2-4명의 팀으로 나눕니다.
- Give Binary Try 워크시트를 나눠주십시오. 학생들에게 학생용 워크시트 A: 지금은 몇 시입니까? 솔루션이 아래와 같이 나타납니다.학생용 워크시트 솔루션: 지금은 몇시입니까?
이진 코딩이 작동하는 방식을 배우는 재미있고 쉬운 방법은 이진 시스템을 사용하여 시간을 말하는 방법을 배우는 것입니다. 이 워크시트는 코드와 디지털 이진 시계를 사용하여 읽을 수 있는 방법을 배우는 데 도움이 됩니다.지금 몇 시지? 다음 시계는 다음 구조로 표시된 숫자로 배열에 설정됩니다.시간 회의록 초 8 8 8 4 4 4 4 4 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 주어진 시간에 어떤 조명이 켜지는지에 따라 시, 분, 초를 결정할 수 있습니다. 아래 그림에서 시간은 10시간 37분 49초입니다.
다음 이진 시계는 몇 시를 말합니까?
- 이진 기본 사항에 대한 배경 개념 섹션의 주제에 대해 논의하십시오.
- 엔지니어링 설계 프로세스, 설계 과제, 기준, 제약 조건 및 재료를 검토합니다.
- 각 팀에 자료를 제공합니다.
- 학생들은 제공된 링크에서 바이너리 시계 소프트웨어를 다운로드하여 설치해야 한다고 설명합니다.
- 그들이 가진 시간을 알립니다(1시간 권장).
- 타이머를 사용하거나 온라인 스톱워치 (카운트 다운 기능) 시간을 지킬 수 있습니다. 학생들에게 정기적으로 "시간 확인"을 하여 과제를 계속 수행하도록 합니다. 그들이 어려움을 겪고 있다면 더 빨리 해결책을 찾을 수 있는 질문을 하십시오.
- 학생들은 도전 과제를 만나고 완료합니다.
- 팀은 바이너리 시계가 표준 디지털 또는 아날로그 시계보다 더 대중적일 것이라고 생각하는지 토론합니다.
- 학급에서 학생 성찰 질문에 대해 토론합니다.
- 주제에 대한 자세한 내용은 "더 깊이 파고들기" 섹션을 참조하십시오.
고급 학생 옵션
학생들에게 이진 시계 키트를 완성하고 학생 워크시트 B를 완성하고 아래의 반성 질문에 답하게 하십시오.
학생 성찰(엔지니어링 노트)
- 팀은 다운로드할 소프트웨어를 어떻게 결정했습니까?
- 다운로드는 얼마나 걸렸어요? 생각보다 쉬웠나요 아니면 어려웠나요?
- 설치가 완료되면 소프트웨어에서 제공하는 옵션이 무엇입니까? 어떤 옵션을 시도해 보셨습니까? 어떤 것을 선호하셨나요? 왜요? (예를 들어, 일부는 세로 보기에서 가로 보기로 전환하는 옵션을 제공하거나, 다른 모양을 허용하거나, 24시간 또는 12시간 시계 사이를 전환할 수 있습니다.)
- 바이너리 시계가 표준 디지털 또는 아날로그 시계보다 더 대중적일 것이라고 생각하십니까? 그 이유는 무엇?
- 바이너리 코드가 소프트웨어 엔지니어에게 왜 그렇게 중요하다고 생각합니까?
- 미래는 무엇을 가져올 것이라고 생각합니까? 당신이 엔지니어라면 미래를 위해 시계와 코드에 어떤 변화를 상상할 수 있습니까?
고급 학생 반영
- 시계가 작동했습니까? 그렇지 않다면 무엇이 잘못되었다고 생각합니까?
- 공사 중 어떤 장애물에 부딪혔습니까? 어떻게 극복하셨나요?
- 실제 제조 시간은 예상 시간과 어떻게 비교되었습니까? 무엇이 그 차이를 일으켰다고 생각합니까?
- 팀의 작업 분할 계획이 작업 완료 방식으로 끝났습니까, 아니면 프로젝트 중에 전략을 변경했습니까? 작품에 대한 접근 방식을 바꾸었다면 그 이유는 무엇입니까?
- 이진 시계를 수업에 발표하고 팀이 작업에 접근한 방식과 계획이 실제 실행과 어떻게 다른지에 대해 토론합니다.
- 다른 팀이 이 프로젝트를 완료하는 데 더 나은 접근 방식을 가지고 있다고 생각했습니까? 그렇다면 돌이켜보면 어떻게 달라졌을까요? 대답은 작업을 다르게 나누거나, 부분을 다르게 구성하거나, 단계를 추적하는 것일 수 있습니다.
시간 수정
수업은 고학년 학생의 경우 1회 수업 시간에 완료할 수 있습니다. 그러나 학생들이 서두르지 않도록 하고 학생의 성공을 보장하기 위해(특히 어린 학생의 경우) 수업을 두 기간으로 나누어 학생들에게 브레인스토밍, 아이디어 테스트 및 디자인을 완성할 더 많은 시간을 제공합니다. 다음 수업 시간에 테스트 및 보고를 수행합니다.
바이너리 기본
이진 바이트 및 컴퓨터 응용 프로그램
이진 숫자 시스템(기본 2 숫자) 또는 줄여서 bin은 일반적으로 0(끄기) 및 1(켜기)과 같은 두 개의 기호를 사용하여 숫자 값을 나타냅니다. 전자 회로에서 직접 구현하기 때문에 이진 시스템은 거의 모든 최신 컴퓨터에서 내부적으로 사용됩니다. 그리고 컴퓨터는 자동차에서 전화기, 냉장고에 이르기까지 오늘날 사회에서 사용되는 거의 모든 제품과 대부분의 제조 공정에서 찾을 수 있습니다.
거의 모든 최신 컴퓨터에서 각 메모리 셀은 256비트(바이트라고 함) 그룹에 이진수를 저장하도록 설정됩니다. 각 바이트는 0개의 다른 숫자를 나타낼 수 있습니다. 255 ~ 128 또는 -127 ~ +XNUMX입니다. 더 큰 수를 저장하려면 여러 개의 연속 바이트(일반적으로 XNUMX, XNUMX 또는 XNUMX)를 사용할 수 있습니다. 음수가 필요한 경우 일반적으로 XNUMX의 보수 표기법으로 저장됩니다. 다른 배열도 가능하지만 일반적으로 특수 응용 프로그램이나 역사적 맥락 밖에서는 볼 수 없습니다. 컴퓨터는 어떤 종류의 정보라도 숫자 형태로 표현할 수 있는 한 메모리에 저장할 수 있습니다. 최신 컴퓨터에는 수십억 또는 수조 바이트의 메모리가 있습니다.
그것은 어떻게 작동합니까?
우리의 일반적인 숫자와 비교하여 이진법에 대해 생각할 수 있습니다. 우리는 0진법을 사용합니다. 이것은 숫자 값에서 각 위치의 값이 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 0의 9가지 가능한 기호 중 하나로 표시될 수 있음을 의미합니다. 이 XNUMX가지 기호를 사용하여 십진법이 작동하는 방식. 값을 세기 시작할 때 기호 XNUMX에서 시작하여 셀 때 XNUMX로 진행해야 합니다. 우리는 이것을 "ones" 또는 "units" 장소라고 부릅니다.
해당 숫자가 있는 "일" 자리는 곱셈 문제로 생각할 수 있습니다. 5는 5 × 100으로 생각할 수 있습니다. 10의 자리에서 왼쪽으로 이동하면서 5의 거듭제곱을 1씩 증가시킵니다. 따라서 이와 같은 방식으로 10을 나타내려면 50 × 5으로 생각할 수 있습니다.1 , 또는 5 × 10.
500 = (5 x 102 ) + (0 × 101 ) + (0 × 100 )
5834 = (5 x 103 ) + (8 × 102 ) + (3 × 101 ) + (4 × 100 )
십진법에서 기호가 부족하면 한 자리 "왼쪽으로" 이동하고 "1"을 사용하여 "십" 자리를 나타냅니다. 그런 다음 "XNUMX" 자리의 기호를 첫 번째 기호인 XNUMX으로 재설정합니다.
이진법은 십진법처럼 작동하는 0진법 시스템이지만 숫자 값을 나타내는 데 사용할 수 있는 기호는 1과 0뿐입니다. "일" 자리에서 1으로 시작하여 1까지 올라갑니다. 이제 우리는 기호가 부족하므로 더 높은 값을 나타내기 위해 "2" 자리에 "XNUMX"을 배치해야 합니다. 십진법.
이진수 시스템에서 10으로 표현되는 값은 (1 × 21) + (0 × 20)입니다. 따라서 십진법에서는 "2"와 같습니다.
XNUMX진수에서 XNUMX진수로 등가:
12 = 1x20 = 1 × 1 = 110
102 = (1 × 21 ) + (0 × 20 ) = 2 + 0 = 210
1012 = (1 × 22 ) + (0 × 21 ) + (1 × 20 ) = 4 + 0 + 1 = 510
여기에 대해 생각하는 또 다른 방법이 있습니다. 예를 들어 11111과 같은 기호가 부족하면 왼쪽 끝에 "1"을 추가하고 오른쪽의 모든 숫자를 "0"으로 재설정하여 100000을 생성합니다. 이는 기호에도 적용됩니다. 중간에. 숫자가 100111이라고 가정해 봅시다. 여기에 1을 더하면 가장 왼쪽에 있는 "0"을 한 칸 왼쪽으로 한 칸 옮기고("네" 자리에서 "여덟" 자리로) 오른쪽의 모든 숫자를 "로 재설정합니다. 101000"으로 XNUMX을 생성합니다.
인터넷 연결
- 이진 시계 만들기(https://www.instructables.com/id/Easy-Binary-Clock/) 또는 (https://www.instructables.com/id/24-Hour-Binary-Clock-with-Bamboo-Case/)
- 바이너리 클럭 키트
- 컴퓨터 데스크탑용 무료 바이너리 시계
- 마이크로소프트 무료 바이너리 시계
추천 도서
- 코드: Charles Petzold의 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어의 숨겨진 언어(ISBN: 0735611319)
- 컴퓨터 작동 방식 Ron White 및 Timothy Edward Downs(ISBN: 0789736136)
쓰기 활동
컴퓨터 사용에서 이진 코드의 역사에 대한 단락을 작성하십시오.
커리큘럼 프레임워크에 맞게 조정
참고 : 이 시리즈의 수업 계획은 다음 표준 세트 중 하나 이상에 맞춰져 있습니다.
- S. 과학 교육 기준(http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- S. 차세대 과학 표준(http://www.nextgenscience.org/)
- 국제 기술 교육 협회의 기술 문해력 기준(http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- S. 전국 수학 교사 협의회의 학교 수학 원칙 및 표준(http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- S. 수학에 대한 공통 핵심 국가 표준(http://www.corestandards.org/Math)
- 컴퓨터 과학 교사 협회 K-12 컴퓨터 과학 표준(http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
국가 과학 교육 기준 K-4학년(4-9세)
콘텐츠 표준 A: 탐구로서의 과학
활동의 결과로 모든 학생들은
- 과학적 탐구에 필요한 능력
내용 표준 B: 물리학
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 빛, 열, 전기 및 자기
콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
활동의 결과로 모든 학생들은
- 기술 설계 능력
- 과학 기술에 대한 이해
국가 과학 교육 기준 5-8학년(10-14세)
내용 표준 A: 탐구로서의 과학
활동의 결과로 모든 학생들은
- 과학적 탐구에 대한 이해
콘텐츠 표준 B: 물리학
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 에너지와 물질의 상호작용
콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
활동의 결과로 모든 학생들은
- 기술 설계 능력
- 과학 기술에 대한 이해
내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 지역, 국가 및 글로벌 과제의 과학 및 기술
내용 표준 G: 과학의 역사와 본질
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 역사적 관점
국가 과학 교육 기준 9-12학년(14-18세)
내용 표준 A: 탐구로서의 과학
활동의 결과로 모든 학생들은
- 과학적 탐구에 대한 이해
콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
활동의 결과로 모든 학생들은
- 기술 설계 능력
- 과학 기술에 대한 이해
내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 개인 및 지역사회 건강
- 지역, 국가 및 글로벌 과제의 과학 및 기술
내용 표준 G: 과학의 역사와 본질
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 역사적 관점
콘텐츠 표준 E: 과학 및 기술
활동의 결과로 모든 학생들은
- 기술 설계 능력
- 과학 기술에 대한 이해
내용 표준 F: 개인 및 사회적 관점의 과학
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 환경 품질
- 자연 및 인간 유발 위험
- 지역, 국가 및 글로벌 과제의 과학 및 기술
내용 표준 G: 과학의 역사와 본질
활동의 결과로 모든 학생들은 다음 사항에 대한 이해를 발전시켜야 합니다.
- 역사적 관점
학교 수학의 원리와 기준
수 및 운영 표준
활동의 결과로 모든 학생들은
- 숫자, 숫자를 나타내는 방법, 숫자 간의 관계 및 숫자 체계를 이해합니다.
- 유창하게 계산하고 합리적인 견적을 내십시오.
연결 표준
활동의 결과로 모든 학생들은
- 수학적 아이디어가 어떻게 서로 연결되고 구축되어 일관된 전체를 생성하는지 이해합니다.
- 수학 이외의 맥락에서 수학을 인식하고 적용합니다.
기술 문해력 표준 – 모든 연령대
기술의 본질
- 표준 3: 학생들은 기술 간의 관계 및 기술과 다른 연구 분야 간의 연결에 대한 이해를 개발합니다.
기술과 사회
- 표준 7: 학생들은 역사에 대한 기술의 영향에 대한 이해를 발전시킬 것입니다.
디자인
- 표준 9: 학생들은 엔지니어링 설계에 대한 이해를 발전시킵니다.
디자인된 세계
표준 17: 학생들은 정보 및 통신 기술을 이해하고 선택하고 사용할 수 있습니다.
학생용 워크시트 A: 지금 몇 시입니까?
이진 코딩이 작동하는 방식을 배우는 재미있고 쉬운 방법은 이진 시스템을 사용하여 시간을 말하는 방법을 배우는 것입니다. 이 워크시트는 코드와 디지털 이진 시계를 사용하여 읽을 수 있는 방법을 배우는 데 도움이 됩니다.
지금 몇 시지?
다음 시계는 다음 구조로 표시된 숫자로 배열에 설정됩니다.
시간 | 회의록 | 초 | |||
8 | 8 | 8 | |||
4 | 4 | 4 | 4 | 4 | |
2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
주어진 시간에 어떤 조명이 켜져 있는지에 따라 시, 분, 초를 결정할 수 있습니다. 아래 그림에서 시간은 10시간 37분 49초입니다.
다음 이진 시계는 몇 시를 말합니까?
바이너리 소프트웨어 다운로드
한 컴퓨터에서 학생 팀으로 작업하고 다음 웹사이트 중 하나를 방문하여 이진 시계를 컴퓨터에 다운로드합니다.
- 컴퓨터 데스크탑용 무료 바이너리 시계
- Windows 기반 컴퓨터 데스크탑을 위한 또 다른 무료 바이너리 시계 (www.goldsofts.com/soft/321/37385/Scotts_Binary_Clock.html)
- MAC 무료 바이너리 클럭
다음 질문을 완료하십시오.
- 팀은 다운로드할 소프트웨어를 어떻게 결정했습니까?
- 다운로드는 얼마나 걸렸어요? 생각보다 쉬웠나요 아니면 어려웠나요?
- 설치가 완료되면 소프트웨어에서 제공하는 옵션이 무엇입니까? 어떤 옵션을 시도해 보셨습니까? 어떤 것을 선호하셨나요? 왜요? (예를 들어, 일부는 세로 보기에서 가로 보기로 전환하는 옵션을 제공하거나, 다른 모양을 허용하거나, 24시간 또는 12시간 시계 사이를 전환할 수 있습니다.)
- 바이너리 시계가 표준 디지털 또는 아날로그 시계보다 더 대중적일 것이라고 생각하십니까? 그 이유는 무엇?
- 바이너리 코드가 소프트웨어 엔지니어에게 왜 그렇게 중요하다고 생각합니까?
- 미래는 무엇을 가져올 것이라고 생각합니까? 당신이 엔지니어라면 미래를 위해 시계와 코드에 어떤 변화를 상상할 수 있습니까?
학생용 워크시트 B: 팀 엔지니어링
당신은 자신만의 바이너리 시계를 만드는 도전을 해결해야 하는 엔지니어 팀입니다. 귀하의 팀이 기능적인 전기 이진 시계를 만드는 데 사용할 키트가 제공되었습니다.
활동 단계
- 다양한 학생 참고 자료를 검토하십시오.
- 귀하의 팀은 바이너리 시계 키트를 제공받았습니다. 단계별 지침을 따르고 지침과 자료를 비교하는 팀으로 작업해야 합니다.
- 팀으로 작업하여 시계를 구성하세요. 팀이 작업을 분할하고, 부분을 관리하고, 단계를 수행하는 방법에 대한 결정을 내립니다. 당신은 이 프로젝트에서 제조 엔지니어로 활동하며 제품을 만드는 가장 좋은 방법을 결정합니다.
- 시계를 완성하는 데 걸리는 예상 시간을 아래 상자에 예상하십시오.
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- 시계를 만드십시오 - 팀워크를 기억하십시오!
- 아래의 질문/반성 영역을 완성하십시오.
- 당신의 성찰에 대한 구두 요약과 함께 당신의 시계를 그룹에 제시하십시오.
질문/반성
- 시계가 작동했습니까? 그렇지 않다면 무엇이 잘못되었다고 생각합니까?
- 공사 중 어떤 장애물에 부딪혔습니까? 어떻게 극복하셨나요?
- 실제 제조 시간은 예상 시간과 어떻게 비교되었습니까? 무엇이 그 차이를 일으켰다고 생각합니까?
- 팀의 작업 분할 계획이 작업 완료 방식으로 끝났습니까, 아니면 프로젝트 중에 전략을 변경했습니까? 작품에 대한 접근 방식을 바꾸었다면 그 이유는 무엇입니까?
- 이진 시계를 수업에 발표하고 팀이 작업에 접근한 방식과 계획이 실제 실행과 어떻게 다른지에 대해 토론합니다.
- 다른 팀이 이 프로젝트를 완료하는 데 더 나은 접근 방식을 가지고 있다고 생각했습니까? 그렇다면 돌이켜보면 어떻게 달라졌을까요? 대답은 작업을 다르게 나누거나, 부분을 다르게 구성하거나, 단계를 추적하는 것일 수 있습니다.