一、從生活場景出發(fā)：為什么我們需要二維碼？演講人CONTENTS從生活場景出發(fā)：為什么我們需要二維碼？解碼二維碼：它是如何“存儲”信息的？信息識別技術(shù)：掃碼后發(fā)生了什么？科技與安全：如何正確使用二維碼？總結(jié)：科技就在身邊，探索永不止步目錄2025小學五年級科學下冊掃碼支付的二維碼與信息識別技術(shù)課件作為一名深耕小學科學教育十余年的教師，我常觀察到這樣的場景：清晨的早餐攤前，孩子們踮著腳看家長掏出手機“滴”一聲完成支付；超市收銀臺前，他們盯著掃碼槍快速劃過商品標簽的動作，眼里滿是好奇。這些日常的“掃碼”行為，正是我們今天要探索的主題——掃碼支付的二維碼與信息識別技術(shù)。這節(jié)課，我們將從“認識二維碼”出發(fā)，逐步揭開“信息如何被識別”的奧秘，最終學會安全、科學地看待這一身邊的科技。01從生活場景出發(fā)：為什么我們需要二維碼？1觀察身邊的“掃碼”現(xiàn)象清晨走進校園，校門口的健康碼閘機“滴”地一聲，我的行程信息便被快速讀??；課間路過圖書角，每本課外書的書脊上都貼著小小的二維碼，掃碼就能跳轉(zhuǎn)到書籍簡介頁面；周末和家人逛超市，收銀員用掃碼槍輕輕一掃，商品價格與信息便同步到了收銀系統(tǒng)。這些場景中，二維碼像一位“無聲的信息傳遞員”，用最簡潔的方式連接著數(shù)字世界與現(xiàn)實生活。同學們不妨回憶一下：你最近一次看到二維碼是在哪里？是媽媽手機里的付款碼？是爸爸收到的快遞面單？還是科學作業(yè)本上的拓展閱讀鏈接？這些真實的生活體驗，正是我們理解二維碼的起點。2傳統(tǒng)信息傳遞方式的局限在二維碼普及前，我們主要依靠文字、條形碼傳遞信息。以超市購物為例，傳統(tǒng)的一維條形碼（即“豎條紋碼”）只能存儲約20位數(shù)字，且一旦部分被污損就無法識別；而一張普通的二維碼（如常見的37×37模塊的QR碼），最多可存儲約2000個漢字的信息，即使被折疊、污損30%，仍能通過“糾錯功能”恢復數(shù)據(jù)。這種“小身材大肚量”的特點，讓二維碼在移動支付、身份驗證等場景中迅速替代了傳統(tǒng)方式。3掃碼支付中的“關(guān)鍵角色”當我們打開手機支付軟件，生成付款碼并對準掃碼槍時，這一過程涉及三個核心角色：掃碼設(shè)備（如手機攝像頭、掃碼槍）：信息的“采集者”，通過光學傳感器捕捉二維碼圖像；這三者的協(xié)同工作，才讓“滴”一聲完成支付成為可能。信息識別系統(tǒng)（如支付平臺后臺）：信息的“翻譯官”，將圖像解碼為可識別的數(shù)字信息。二維碼：信息的“載體”，將支付金額、賬戶信息等數(shù)據(jù)編碼成黑白相間的矩陣；02解碼二維碼：它是如何“存儲”信息的？1二維碼的“外貌特征”如果我們用放大鏡觀察一個二維碼，會發(fā)現(xiàn)它由無數(shù)個緊密排列的黑白小格子組成。這些小格子的學名叫“模塊”，每個模塊的顏色（黑或白）對應二進制中的“1”或“0”。但二維碼并非簡單的黑白格子堆砌，它有嚴格的“設(shè)計規(guī)則”：校正圖案：分布在二維碼的其他位置，形狀類似縮小版的定位圖案。當二維碼被折疊或變形時（比如手機屏幕彎曲時），校正圖案能幫助設(shè)備“拉直”圖像，確保解碼準確；定位圖案：位于二維碼的左上、右上、左下三個角落，是三個較大的“回”字形方塊。它們的作用是幫助掃碼設(shè)備快速識別二維碼的位置和方向——就像地圖上的“坐標原點”；版本信息：位于二維碼的右下角（小版本二維碼可能沒有），記錄了二維碼的“尺寸”。二維碼共有40個版本，從版本1（21×21模塊）到版本40（177×177模塊），版本號越大，能存儲的信息越多。2信息編碼的“密碼本”二維碼存儲信息的過程，就像用“密碼本”將文字、數(shù)字、符號翻譯成黑白格子。以最常見的QR碼（QuickResponseCode，快速響應碼）為例，其編碼流程大致如下：01數(shù)據(jù)分類：根據(jù)要存儲的內(nèi)容類型（如數(shù)字、字母、漢字），選擇對應的編碼模式。例如，數(shù)字用“數(shù)字模式”（每3位數(shù)字轉(zhuǎn)換為10位二進制），漢字用“漢字模式”（每個漢字轉(zhuǎn)換為13位二進制）；02數(shù)據(jù)壓縮：將分類后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進制字符串，并添加“結(jié)束符”“填充位”等輔助信息，確保總長度符合二維碼版本的要求；032信息編碼的“密碼本”糾錯編碼：為了應對二維碼污損的情況，系統(tǒng)會在二進制字符串中添加“糾錯碼”。糾錯碼就像“備份數(shù)據(jù)”，即使原數(shù)據(jù)部分丟失，也能通過糾錯碼恢復。QR碼支持L（7%糾錯）、M（15%糾錯）、Q（25%糾錯）、H（30%糾錯）四級糾錯，支付場景中通常使用H級，確保即使二維碼被部分遮擋也能正常識別。舉個例子：當我們生成“支付10元”的二維碼時，系統(tǒng)會先將“10元”轉(zhuǎn)換為數(shù)字和漢字的組合，再通過上述步驟編碼成黑白模塊，最終形成我們看到的二維碼圖案。3二維碼的“獨特身份”細心的同學可能發(fā)現(xiàn)，不同場景的二維碼“長相”不同：付款碼是動態(tài)變化的，而商品標簽上的二維碼是固定的。這是因為二維碼的“內(nèi)容”決定了它的“外貌”——只要內(nèi)容稍有不同（如支付金額從10元變?yōu)?0元），二維碼的黑白模塊就會完全改變。這種“唯一性”保證了信息的準確性，也讓二維碼成為了安全支付的重要載體。03信息識別技術(shù)：掃碼后發(fā)生了什么？1圖像采集：從“模糊”到“清晰”當我們用手機攝像頭對準二維碼時，攝像頭首先會采集一張包含二維碼的圖像。但此時的圖像可能存在光線不足、角度傾斜、背景雜亂等問題，因此需要“預處理”：光線校正：通過調(diào)整圖像的亮度、對比度，讓黑白模塊更分明；畸變矯正：如果二維碼是傾斜或彎曲的（比如在曲面屏幕上），系統(tǒng)會通過算法“拉直”圖像，恢復二維碼的矩形形狀；邊緣檢測：識別二維碼的外邊框（由定位圖案和校正圖案組成），將二維碼從復雜背景中“裁剪”出來，只保留核心區(qū)域。這一步就像整理messy（雜亂的）書桌——先把無關(guān)的東西移開，再把書本擺整齊，方便后續(xù)“閱讀”。2解碼過程：從“黑白格子”到“可讀信息”預處理后的二維碼圖像會被轉(zhuǎn)換成一個由“0”和“1”組成的矩陣（黑格子為1，白格子為0）。接下來需要解決兩個關(guān)鍵問題：確定版本與糾錯等級：通過讀取版本信息和格式信息（位于二維碼的邊緣模塊），確定二維碼的尺寸和糾錯等級；數(shù)據(jù)解碼：根據(jù)編碼模式（數(shù)字、字母、漢字等），將二進制矩陣轉(zhuǎn)換為原始數(shù)據(jù)。例如，若檢測到“數(shù)字模式”編碼，系統(tǒng)會將每10位二進制轉(zhuǎn)換為3位數(shù)字；若檢測到“漢字模式”，則將每13位二進制轉(zhuǎn)換為1個漢字。這個過程就像用“翻譯機”將“二進制密碼”轉(zhuǎn)換成我們能理解的語言。值得一提的是，現(xiàn)在的掃碼設(shè)備（如手機）解碼速度極快——從按下掃碼到顯示結(jié)果，通常只需0.1-0.3秒，這背后是芯片算力和算法優(yōu)化的共同作用。3信息驗證與反饋解碼得到原始數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)還會進行最后一步“驗證”：檢查數(shù)據(jù)是否符合規(guī)則（如支付二維碼是否包含有效的商戶ID、金額是否為正數(shù)），并將結(jié)果反饋給用戶。例如，當我們掃描付款碼時，收銀系統(tǒng)會驗證二維碼的有效性，確認無誤后才會完成支付；如果掃描到無效二維碼（如已過期的付款碼），系統(tǒng)會提示“二維碼已失效”。04科技與安全：如何正確使用二維碼？1二維碼的“超能力”與局限性二維碼的“超能力”不僅體現(xiàn)在支付場景中：它能存儲網(wǎng)址，讓我們掃碼跳轉(zhuǎn)到網(wǎng)頁；能存儲文本，讓圖書掃碼顯示作者介紹；能存儲坐標，讓地圖軟件直接定位地點……但它也有局限性：依賴掃描設(shè)備：二維碼本身是“靜態(tài)”的，必須通過掃碼設(shè)備才能讀取信息；可能被篡改：如果二維碼被覆蓋（如貼上假二維碼）或惡意生成（如詐騙分子偽造付款碼），可能導致信息泄露或財產(chǎn)損失；對清晰度要求高：雖然二維碼有糾錯功能，但過度污損（如被涂抹超過30%）或打印模糊（如小尺寸二維碼印刷不清晰）仍會導致無法識別。2掃碼支付的安全“小衛(wèi)士”STEP1STEP2STEP3STEP4為了保障支付安全，二維碼技術(shù)中隱藏著多個“安全衛(wèi)士”：動態(tài)二維碼：我們常用的付款碼每分鐘自動更新一次，即使被他人拍照記錄，過期后也無法使用；加密算法：支付平臺會對二維碼中的敏感信息（如賬戶ID）進行加密處理，即使二維碼被惡意解碼，也無法直接獲取原始信息；限額保護：小額支付（如1000元以下）可直接掃碼完成，大額支付則需要輸入密碼或指紋，雙重驗證降低風險。3我們能做的“安全小事”1作為小學生，我們雖然不直接操作支付，但可以通過以下行為保護自己和家人：2不隨意掃描“陌生二維碼”：路邊發(fā)小廣告的“掃碼領(lǐng)禮品”、網(wǎng)友發(fā)來的“神秘二維碼”，可能隱藏病毒或詐騙鏈接；3提醒家長“遮擋付款碼”：付款碼中的部分信息（如后幾位數(shù)字）可能被偷拍，用手遮擋關(guān)鍵區(qū)域更安全；4學習“識別可疑二維碼”：正規(guī)商戶的二維碼通常張貼在固定位置（如收銀臺），如果發(fā)現(xiàn)“臨時張貼”“模糊不清”的二維碼，要及時提醒大人核實。05總結(jié)：科技就在身邊，探索永不止步總結(jié)：科技就在身邊，探索永不止步同學們，今天我們從早餐攤的掃碼支付出發(fā)，揭開了二維碼的“外貌密碼”，了解了信息識別的“解碼過程”，也學會了安全使用二維碼的小技巧。二維碼不是“神奇的魔法”，而是人類用數(shù)學（二進制編碼）、光學（圖像采集）、計算機科學（算法解碼）共同創(chuàng)造的科技成果。就像