资源简介

数据编码——声音编码
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【教材分析】
数据编码——声音编码选自人民教育出版社《信息技术》必修一第一单元第二节第三框的内容，这一部分共包括三个小节的内容：文字编码、图像编码、声音编码，本单元的内容包括认识数据和大数据，认识日常生活中形形色色的数据以及数据的编码方式有助于学生进一步的学习相关的知识。本单元内容是高中信息技术的第一单元第二小节的内容，是学生在初步的认识数据相关概念之后的进一步的深入的学习，本节的内容对学生而言是学生学习进一步的深化，也是学习之后知识的基础。
【学情分析】
高一年级的学生正处于形式运算阶段，学生能够将问题抽象化，但是学生初中学习的知识和高中的知识有所脱节，学生学习数据有关的知识点，在前面的知识的学习中，学生们已经知道文字、图像、声音、视频等数据，明白了数据在日常学习和生活中的使用价值，但是这些数据是如何能够被计算机识别并且存储和传递的，他们在存储和传递的过程中有什么样的共同点和什么样的不同点，是本节内容学生需要重点了解和掌握的。
【教学目标】
1.感悟声音编码的过程，理解声音采样、量化、编码的流程。（计算思维）
2.能够在理解声音编码方式并能够将所学运用于生活实践。（信息意识）
【教学重难点】
1.教学重点：理解声音数字化的采样、量化、编码的过程。
2.教学难点：在理解声音数字化的采样、量化、编码的过程后能够将所学习的知识来解决日常学习和生活中的问题。
【教学过程】
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
一、 新 课 引 入 课前互动 教师引导 在上课之前，请同学们一起做一个游戏，请同学们将双手放在耳廓处，分别感受双手在耳廓处时和双手不再耳廓处时听到自己说话的声音是否存在差别。 层层深入 在日常生活中，我们听到自己说话的声音和录制的声音也是有差异的，请同学们想一想影响因素是什么？ 3.教师解答 播放视频《自己听到的声音和录制的声音为什么不太一样》。 正课引入 一起学习声音的编码方式对声音的质量有哪些影响。 学生根据教师的引导进行体验活动。 （学生在体验活动中能够感受到差别，并说出自己的感受。） 学生在体验之后回想生活中经历，学生有类似的体验，并结合之前所学的知识思考原因。 学生观看视频深化理解。 人说话时自己听到自己说话的声音和别人听到的声音是有差异的，这个现象大部分的人都能够发现，尤其是在听到自己录制的声音时，产生这种差异的因素有很多，其中包括人耳的结构对声音传递和接受的差异、声音的物理传播的介质的差异，此外，还有就是声音的编码方式带来的差异。其中物理、生物这些学生都在初中阶段的生物学和物理学中有所了解，此环节旨在学科融合，学生要掌握的不仅仅是本节课要学习的声音编码会影响声音的质量，更关键的是从学生已有的知识经验出发，引出新的概念。
二、 新 课 讲 授 1.教师提问 要想知道声音编码是如何影响声音质量的，首先要回忆声音是怎么产生的？ 教师解答 在初中的物理就学习过，声音是由物体的振动产生的： ①振幅：声音响度的强弱。 ②频率：声音音调的高低。 （人耳所能听到的频率范围是20HZ～20000HZ） 引出声音传递和存储方式转变 以前声音存储在磁带、黑胶唱片等设备中，是以模拟信号存储和传递的，弊端是在长时间存储和传递的过程中容易失真，产生噪声的，所以要想将声音长久的保存带来就需要声音数字化也就是声音编码的过程。 教师提问 结合我们前面所学习的图像编码知识，声音编码的第一步是什么呢？ 核心知识点讲解 声音采样 教师在坐标轴上描出模拟信号每秒的采样点，并让学生理解采样的概念是每间隔（通常是一秒）采取数个采样点，并通过对比分析每秒采样的点不相同，对声音的还原度也不相同，从而得出两个知识点： ①采样频率：每秒采样声音的次数，单位为赫兹 (Hz)。 ②采样频率越高声音还原度越好；但记录数据越多，存储容量越高。 体验任务 感悟48000Hz与28000Hz 利用GoldWave打开《怒放的生命1》，将其原始采样频率48000Hz改为20000Hz，比较不同采样频率的音频质量。 声音量化 教师在坐标轴上通过演示法演示声音量化的过程，让学生感悟什么是声音量化，同样通过对比8级量化和16级量化对声音质量的影响，得出以下三个知识点： ①采样频率 量化位数 表示量化值的二进制位数。 ②量化位数越多，声音越接近原始信号，音频的质量越好；但所占存储容量也越大。 ③用三位二进制表示8级量化，四位二进制表示16级量化。 体验活动 结合所学知识，将10进制的量化值转换成二进制。 *参考答案 深层任务 绘制数字信号的声音曲线 *参考答案 （0代表低位，1代表高位。） 声音编码 教师依次讲解未压缩、无损压缩、有损压缩。 ①未压缩 声音质量高，所占存储容量较大 （WAV） ②无损压缩 无损压缩：还原压缩数据后，与压缩前相同，通过改变排列方式，缩小文件大小。 如： AAACCCCCCCCC ——A03C09 ③有损压缩 通过对比未压缩和有损压缩的差异，猜测哪个是有损压缩，得出结论： 有损压缩：损失信息，提高压缩比 例，减少容量。 布置体验任务 不同格式/压缩方式对文件大小的影响。 学生稍作思考并集体回答。 学生任务： 回忆上节课所学习的图像编码的知识，回忆声音编码的第一步是声音采样。 学生任务： 通过对比感悟声音采样的过程，内化声音采样的概念和方法。 体验活动： 学生自己动手将教师提供的音乐更改成不同采样频率，体验不同采样频率对声音质量的影响。 学生任务： 通过对比感悟获取知识点： ①采样频率：量化位数：表示量化值的二进制位数。 ②量化位数越多，声音越接近原始信号，音频的质量越好；但所占存储容量也越大。 ③用三位二进制表示8级量化，四位二进制表示16级量化。 体验活动： 结合所学知识，将10进制的量化值转换成二进制。 深层任务： 体验绘制数字信号的声音曲线 学生任务： 在教师的讲解下，体验不同压缩方式对声音质量的影响。 体验活动： 感受不同格式/压缩方式对文件大小的影响。 学生经过初中物理的学习，对声音有一定的了解，初中物理的知识点中有关于声音的案例更多的是模拟信号，学生对模拟信号和数字信号的词并不陌生，以学生的知识经验为基础，先理清相关的知识概念，再通过告知学生模拟信号在传递的过程中容易失真，产生噪声，所以需要将模拟信号转换成计算机能识别的数字信号，从而引出声音数字化（声音编码）的知识。 图像编码的过程包括：采样、量化、编码，声音编码与图像编码一样，同样需要这几个过程，学生结合图像编码的过程推出声音编码的过程。 教师通过描点在坐标轴上演示声音采样的过程，帮助学生理解声音采样的概念。 学生在小学阶段就学习过如何使用gold wave软件，能够通过亲自动手实践更改音频文件的频率，学生通过动手体验，能够更进一步的理解不同采样频率对音频文件的影响。 同样通过坐标轴上描点绘制曲线，戛纳首不同量化分解对声音质量的影响。 学生在之前的课就学习过禁止之间的转换，因此，通过让学生亲自动手尝试转换，既是对之前的课的知识的回顾，也加深了对声音量化的理解。 设置深层任务，学生通过绘制数字信号的曲线，在绘制的过程中更能够体会到编码的过程。 学生对音频文件的格式并不陌生，主要是学生不明白什么是未压缩、无损压缩和有损压缩。教师通过比较、例举、实验等让学生进一步理解相关的概念。 学生通过体验，能够更深入的感受相关的知识点。
三、 课 堂 作 业 请同学们将你喜欢的一首歌进行声音编码，每秒采集5个点，并进行相应的量化，量化等级为16级，并绘制出数字化图像。 学生在课后完成相应的作业。 将所学知识运用到实际，检测学生的知识掌握情况和动手实践能力。
四、 知 识 扩 充 补充一 教师总结影响声音质量的因素并进一步提问经过我们课前的讨论和相关知识点的讲授，还有别的因素吗？——人耳接收声音的差异。 相关知识 ①声道数：声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量 ②单声道、双声道、环绕声 补充二： 音频文件储存容量的计算公式：音频文件储存容量（未压缩）= 采样频率×量化位数×声道数× 时间（秒）/8（字节） 练习： 例：一首60s的双声道音频，采样频率为44.1kHz，量 化位数为16，计算该音频所占的存储容量。 *参考答案 44100×16×60×2/8= 10584000B ≈ 10MB 学生思考 练习： 例：一首60s的双声道音频，采样频率为44.1kHz，量 化位数为16，计算该音频所占的存储容量。 补充的两个知识点也与音频质量息息相关，学生有必要掌握，本节设置的目的在于帮助学生学习和掌握相关的知识点。 学生通过练习加深对知识点的理解和掌握。
五、课后总结 总结本节课的知识内容。 学生自主总结。 加深对本节课知识的印象。

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