资源简介

《数据编码》第 1 课时教学设计
【学科核心素养】
能够根据问题需要，根据不同的数据形式寻求恰当的方式获取与处理信息；能够敏锐地感觉到信息的变化，分析数据中所承载的信息；采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、合理组织数据；掌握数字化学习资源与学习工具的操作技能。
【学业要求】
知道数据编码的基本方式；
了解数据采集、分析和可视化表达的基本方法。
【内容要求】
在具体感知数据与信息的基础上，知道数据编码的基本方式；
通过典型的应用实例，了解数据采集、分析和可视化表达的基本方法。
【教学内容分析】
本章节选自高中信息技术必修 1《数据与计算》3.1《数据编码》第一课时，通过“办理身份证”和“语音模拟数据转换为数字数据”两个活动，引导学生建立对数据的表现形式的感性认识，以及形成对模拟数据进入计算机时必须进行数字化采集的理性认识。
【学情分析】
本节课的教学对象是高一年级学生，对数据编码这一部分，学生已在第一章《初识数据与计算》中对数据有了初步的了解，而且高一学生出生于 00 后，是数字原住民，生活中的数据无处不在，教师只需要引导学生就可以明白数据表现方式。但学生没有接触过数据编码，对于编码这一点是未曾涉及过的，且知识点较为抽象。结合以上两点，在教学设计的过程中可以考虑给学生提供多种呈现方式的脚手架，在教师讲授后让学生动手探究学习。
【教学目标】
知道模拟信号与数字信号；
能够解释声音的数字化过程；
理解声音数字化过程中影响音频的声音质量的因素；
能够计算无压缩音频占用的存储空间。
【教学重难点】
教学重点：模拟数据的数字化方法教学难点：模拟数据的数字化方法
【教学准备】
网络机房；在线课堂教学平台；Audacity 软件；微课；教学课件和学案。
【教学策略】
教法：任务驱动（以任务串联课堂教学）、问题导学（以问题引领学生探究）、演示法、讲授
法
学法：思考讨论、自主探究、实践学习
【教学过程】
环节 过程与方法 （教师活动） 学生活动 设计意图 教学资源
（一）引入 知识回顾：（0.5min） 问 1 ： 数据的表现形式有什么？ 创设情境：（2.5min） 问 2：我们办理身份证时，需要哪些信息呢？在身份证管理系统中收集了你的哪些资料？ 除了这些数据之外，生活中还有哪些数据可以采集以及如何采集、通过什么途径采集呢？ 教师展示计算机处理数据的表格 问 3：以上数据如何进入计算机？它们在计算机内部如何存储？ 因为计算机只能存储和处理二进制数值，所以这些数据需要经过编码，用预先规定的方法编成可以存储在计算机里的数值。 思考并回答 学生回答：姓名、身份证号、照片等。 学生思考 用实际生活中的事例吸引学生的注意力，引导学生思考数据的表现形式、采集设备。 让学生初步了解数据编码的意义 PPT
（二）讲授新课 一、模拟信号与数字信号 （3min） 问 3：在我们的手机或电脑传输数据时，都有一个模拟信号转为数据信号的过程，什么是模拟信号？什么是数字信号呢？ 展示两幅图 教师：左边代表的是模拟信号，用传感器直接获得的信号一般为模拟信号，如声音、温度等；它的波形光滑，随时间连续变化，模拟信号的值称为 思考回答 教师展示图片，学生在图像与文字双重呈现方式下加深对模拟、数字信号的印象，为之后模数转换打基础。 PPT
模拟数据。 听讲 听讲、思考、回答 观看视频
右边代表的是数字信号，它随时间变化非连续、离散化。 教师展示图片与
数字信号的值即数字数据，直 声音文件，学生
接用计算机能理解的二进制 在图像与文字双
表示，数字信号可以由模拟信 号转换得来。 打开一个声音文件，放大，可 重呈现下加深对模拟、数字信号
以看到由一个个采样点连接 的印象
而成，这就是声音的数字信
号。
二、声音的数字化（模拟数据
转为数字数据）（15min）
问 4：那么，声音的模拟信号
如何转换为数字信号？
1、要把模拟信号“精确地”
存储到计算机中，最容易想到
的办法就是依次记下曲线中
每个点的坐标。但是，曲线中 PPT
的点有无穷多个，我们却只能 通过教师与学生
记录有限个点，怎么办？答案 一问一答引发学
是在横轴上按照一定的时间 间隔取一个瞬时值，也就是采样，如右图所示。间隔多长时 生的思考，帮助学生理解新知。
间取一个瞬时值好呢？1 秒，
0.1 秒？这个时间间隔的倒数
称为采样频率，即 1 秒内对声
音信号的采样次数，单位是赫
兹（Hz）。
左右两幅图，波形相同，但采
样次数不相同，右边的采集点
是左边的两倍，对比可以知
道，在一定的时间内，采集的
信号样本越多、对纵轴的刻度
划分越细密、对信号波形的表
示就越精确，那采样频率不
同，会不会对音频的声音质量
有影响呢？ 观看老师录制的视频 视频
2、量化
采样后，我们需要对每个声音
采样点的瞬时值进行量化，将
信号波形的纵轴划分为若干 完成活动 1 在教师带领下总结 观看视频
区间，落到某一区间的采样点
按四舍五入的规则取整选值。
如图所示。
我们使用量化位数来区分量
化的精确度。不同的量化位
数，可记录的声音数据范围不
一样，如表所示。很明显，量
化位数越大，可记录的数值越
多，音频的声音质量越好，但
相对应所需存储空间越大。标
准 CD 音频的量化位数为 16
位。
3、编码
量化得到的整数值要进行编
码，也就是用计算机能够存储
和处理的二进制数值表示。有
些编码可能采用压缩算法，如
保存成MP3 格式的音频文件，
就是经过压缩处理的，这种格
式的音频质量没有 wav 格式
的高。 学生通过上面的
学生参照图 3.1.5 及十进制与 二进制数对应表，把量化得到的整数值所对应的二进制数 学习完成表格填空，理解编码过
值填入 P52 表 3.1.2。 程。 PPT
4、教师引导学生总结，从模
拟数据到数字数据的三过程： 教师带领学生总
采样、量化、编码。在这个过 结模数转换的过
程中，不考虑编码的压缩算 程，加深学生对
法，影响音频的声音质量的参 这一知识点的理
数有采样频率、量化位数。 解。
5、除了这两个参数外，声道
数也会影响音频的声音质量，
请观看老师录制的视频。从视 视频
频中可以知道双声道比单声
道的表现力更丰富，但所需存
储空间翻了一倍。
（三） 三、音频所需占用存储空间
自主 的计算公式（10min）
探究 1. 教师播放视频“ Audacity 观看视频、学 学生通过实践进 PPT
录音和保存文件的方法” 学生根据微课完成课堂活动 2 生完成活动 2 现场录音，对 一步理解声音数字化的全过程。 视频
2.教师展示比较两个文件大 比两个文件大
小结果 小差异，思考
3.根据影响音频的声音质量 影响存储空间 通过活动理解影
三个参数，我们来归纳一下， 大小的因素 响声音存储数据
无压缩音频所需占用的存储 空间的计算方法。它的计算公 量的因素
式为：（采样频率（Hz）×量
化位数（bit）×声道数）÷8， 收听、思考
需要注意计算机存储数据的
基本单位是字节，8 比特构成
1 字节，这就是除以 8 的原由，
另外采样频率是 1 秒内采样
次数的多少，所以算出来的单
位是 B/s。
听讲、思考
补充知识：
1Byte=8bit
1KB=1024B
1MB=1024KB PPT
4、布置活动 3 计算题 学生完成活动 通过计算，巩固
3 计算题 已讲的内容
（四）课堂小结 归纳总结本节课的学习内容 （2min） 听讲、回顾知识点 总结、梳理、巩固 PPT

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