2.3.2 计算机的工作原理教案

高中信息技术《2.3.2 计算机的工作原理》教案

（互动有趣 + 任务驱动 + 教师精讲版｜1 课时）

一、基本信息

课题：2.3.2 计算机的工作原理

教材：高中信息技术 必修 1 数据与计算

课时：1 课时（45 分钟）

对象：高一学生

亮点：用 “快递分拣中心” 类比 CPU 工作，设置指令执行四步小游戏，全班参与不枯燥

二、教学目标

知识与技能

理解计算机存储程序原理（冯・诺依曼原理）。

掌握计算机指令执行的四个步骤：取指、译码、执行、回写。

能说出运算器、控制器、存储器在工作过程中的作用。

过程与方法

通过角色扮演、流程模拟、小组任务，理解计算机 “自动执行” 的逻辑。

建立计算思维：数据→指令→处理→结果。

情感态度与价值观

体会计算机科学思想的精妙，激发对计算机底层原理的兴趣。

三、教学重难点

重点：冯・诺依曼原理；指令执行四步骤。

难点：理解 “存储程序” 为何能让计算机自动工作；区分控制器与运算器的分工。

四、教学准备

PPT、指令卡片、数据卡片、角色牌（存储器、控制器、运算器）、任务单

五、教学过程

（一）趣味导入：电脑为什么这么 “聪明”？（5 分钟）

教师提问互动

你打字，电脑立刻显示；你点计算，电脑立刻出结果。

它会不会思考？它到底是怎么干活的？

教师一句话引入计算机并不聪明，它只是非常快地重复做四件事。今天我们就拆开它的 “大脑”，看它怎么工作。

（二）核心原理一：冯・诺依曼原理（存储程序）（10 分钟）

1. 故事化讲解

以前的计算机要改线路才能改任务，很麻烦。冯・诺依曼提出：

程序和数据先存在存储器里，控制器自动一条条取出来执行。

2. 三大关键点（学生好记）

二进制工作

存储程序（指令 + 数据存在内存）

由控制器自动控制执行

互动小问题

如果没有 “存储程序”，计算机会怎样？（答：不能自动运行，要人工一步步指挥）

（三）核心原理二：指令执行的四个步骤（15 分钟）

教师类比：CPU = 快递分拣中心

存储器：货架（放包裹 = 数据）

控制器：分拣组长（指挥干什么）

运算器：分拣员（算数、处理）

指令执行四步（必考 + 必讲）

取指：从内存取出指令

译码：控制器看懂指令要干什么

执行：运算器进行计算 / 处理

回写：把结果存回内存

全班互动任务：指令执行角色扮演（超好玩）

选 4 名同学上台：

A：存储器（拿数据卡）

B：控制器（喊指令）

C：运算器（做加法）

D：输出（举结果）

任务：计算 3 + 5 = 8

全班一起喊流程：取指 → 译码 → 执行 → 回写

教师点评：计算机每秒几十亿次重复这个流程，所以看起来特别快。

（四）任务巩固：我是 CPU 模拟器（10 分钟）

小组任务（2 人一组）

给每组一张简单计算任务单，例如：

计算：10+20

计算：100−30

计算：6×7

要求：

用四步流程描述计算机如何完成

标出：控制器、运算器、存储器分别做什么

教师巡视点拨

取什么？指令

译什么？做加法

执什么？算结果

写什么？存答案

（五）课堂小结（3 分钟）

计算机工作靠冯・诺依曼原理：存储程序，自动执行。

指令执行四步：取指 → 译码 → 执行 → 回写

三大硬件分工：

存储器：存数据

控制器：指挥

运算器：计算

六、板书设计

2.3.2 计算机的工作原理

冯・诺依曼原理二进制 + 存储程序 + 自动控制

指令执行四步流程取指 → 译码 → 执行 → 回写

硬件分工存储器（存）控制器（指挥）运算器（计算）

七、作业布置

基础：默写指令执行四个步骤。

应用：用自己的话解释 “什么是存储程序原理”。

趣味：画一张漫画，表现计算机 “取指 — 译码 — 执行 — 回写” 的过程。