资源简介

1.2 数据编码
【学科核心素养】
1. 明确数据编码的含义与价值，初步了解计算机语言与人类语言的区别，分析日常生活实例中的数据特征。
2. 了解模拟信号与数字信号的含义及其相互关系，能够分析和比较两者在通信中的优劣。
3. 了解文本、图像和声音这三种基础的数据编码方式，熟悉数据编码的基本过程，掌握数据编码文件大小的计算方法。
4. 在学习过程中，能够评估常用的数字化工具与资源，根据需要合理选择。
5. 在信息活动中，具有信息安全意识，尊重和保护个人以及他人的隐私。
【课程标准要求】
1. 在具体感知数据与信息的基础上，描述计算机识别、存储和处理数据的过程，理解数据编码的含义和价值。
2. 理论与实践结合，体验计算机编码的过程，进而理解不同类型的数据编码的基本方式。
3. 通过对编码文件的大小计算，加深对数据编码的理解。
【学业要求】
1. 知道数据编码的基本方式。
2. 理解图像、声音等编码加工的过程，掌握计算编码文件的方法。
【教学内容分析】
本课《数据编码》是广东教育出版社出版的普通高中信息技术必修一《数据与计算》的第一章第二节的内容。二十一世纪被称为是“计算机时代”，了解计算机对现实世界中的数据和信息的加工和处理方式，是这个时代对学生的基础要求。通过学习本节内容，可以达到“描述计算机识别、存储和处理数据的过程，认识不同数据编码的基本方式”的课程标准要求。
本节内容是第一章的难点，介绍了文本、图像以及声音的数据编码基本方式。数据是现实世界客观事物的符号记录，而计算机存储的数据是以二进制数进行逻辑运算的结果，区分并描述计算机编码的过程是一个难点，而三种基础的编码方式也相对比较复杂，但又是理解计算机语言的基础，对后面了解机器语言以及学习程序设计有着至关重要的作用。本节的学习重点是理解计算机对现实世界的数据记录方式、掌握三种媒体的基本的数据编码方式；难点是用自己的语言解释编码过程并计算出编码文件的大小。
【学情分析】
本节课的教学对象是高一年级的学生，在前面的学习中，已经知晓现实世界中的数据的记录方式，理解数据与信息的关系。学生通过数字化学习的方式，在此基础上，学习数据编码的内容更加有兴趣，有助于理解编码的方式。
【教学目标】
1.通过类比现实世界中的编码来了解计算机进行数据编码的原理及含义，理解数据编码的现实意义。
2.了解文本、图像和声音等三种数据编码方式，熟悉数据编码的基本过程，掌握数据编码文件大小的计算方法。
3.初步了解计算机语言与人类语言的区别，进一步体会信息技术在生活中的应用和价值，感受数据的魅力。
【教学重点难点】
教学重点： 认识数据编码的基本方式；理解计算机进行数据编码的价值。
教学难点： 比较模拟信号与数字信号；掌握编码的文件计算方法。
【教学过程】
展示一段视频
从中激发学生发现摩斯密码这种编码方式以及相关思考引出今天的课题“数据编码”。以此引入到新课。
思考:什么是编码？
观看实验探究：模拟信号波形示意图
（一）模拟信号与数字信号
模拟信号是随时间连续变化的物理量所表达的数据，其信号的幅度、频率或相位随时间作连续变化，波形是光滑的。如声音、温度、压强、压力、电压、时间等。
数字信号是离散时间信号的数字化表示。数字信号是随时间非连续变化的物理量，以离散值表示的数据。其信号的自变量、因变量都是离散的。其波形不是光滑的。如开关输出的电压和电流脉冲就是离散的信号。
并分析各自特点。
（二）编码的基本方式
展示一段密电，激发兴趣引出下文：文字编码
1.文字编码：是效率相对较低的编码方式，有单字节码和双字节码。①单字节码：ASCII码和莫尔斯码②双字节码：国标码（GBK）、统一码（Unicode）。了解 ASCII码（美国信息交换标准代码）和国标码（GBK）
（1）ASCII码（American Standard Code for Information Interchange)（美国信息交换标准代码），包含33个标点符号，运算符号；10个阿拉伯数字；26个大写字母；26个小写字母和33个常用的不可见控制符。学会读常用ASCII码对照表（如下图）
学习之后完成密文翻译。
（2）国标码：由于ASCII码只包含英文、数字和一些控制符号，并不能表示汉字，因此我国设计了用于处理汉字的简体中文的GB码和用于繁体中文的BIG5码（大五码）。
2.图像编码：在满足一定保真度的条件下，对图像（位图、矢量图）数据进行变换、编码和压缩，以较少比特数表示图像或图像中所包含的信息的技术。我们以位图为例，一起来学习图像编码的原理与方法，以及图像文件大小的计算方法。
相关概念与知识
像素（pixel）：一幅图像中纵横排列的许多彩色或灰度的点。
位图：又称为点阵图（像素图），是用像素来表示图像的。像素的数量越多，图像的信息量就越大；像素的色彩越丰富，图像就越逼真。图像文件的大小取决于图像尺寸和色彩数量。通常用扫描仪、数码相机、智能手机、摄像头等设备获取到位图图像。
图像量化位数：是图像中每个像素点记录颜色所用二进制数的位数。例如：黑白两种颜色的图像，只需要1个二进制位就能表示图中的颜色。黑点用1表示，白点用0表示。常见的图像有8位、16位、24位和32位等。量化位数越大，图像文件的色彩就越丰富，图像文件占用的空间也就越大。
完成乐趣填图实验代入了解位图。
计算公式：文件的大小（B）=图像分辩率×图像量化位数÷8 +颜色表项+信息头+文件头
3.声音编码：声音是一种波，是模拟信号。通过采样、量化和编码来实现声音的数字化编码。
（1）采样：就是把输入的模拟信号按适当的时间间隔得到各个时刻的样本值，使其转换为时间上离散、幅度上连续的脉冲信号。
采样频率：每秒钟采样点的次数。
对于音频信号，常用的采样频率有44.1kHz、22.05kHz和11.025kHz。
奈奎斯特采样定理：如果以一定时间间隔对某个信号进行采样，并且采样频率高于该信号最高频率的两倍，则采样值包含了原信号的全部信息。
（2）量化：把样值信号的无限多个可能的取值，近似地用有限个数的数值来表示。就是将采样值变换到最接近的数字值。
首先是将采样信号幅度划分为若干量化等级(课本右图划了256级)，然后将采样后的信号幅度与所划分的各个量化等级进行比较，向下取最接近的量化等级的数值。
国标声音量化等级分为256级，即28个，因此量化位数就是8位。量化级数越大，量化位数就越多，声音质量就更好，占存储空间也越大。
（3）编码：是将量化后的采样值用二进制数码表示，并转换为由二进制编码0和1组成的数字信号。例如：如果对一段音乐采用256个量化级别采样，则每个量化值可以用8位二进制数表示。最高位表示符号，正数为0，负数为1。量化位数越大，量化值就越接近采样值，音频的精度就越高。编码采用的二进制位数越多，数据量越大，占用的存储空间也越大。
音频文件大小=采样频率×量化位数×声道数×时间÷8（字节）
课堂任务：计算
采样频率为44.1kHz，量化位数为16位的立体声，1秒声音所需字节数为多少？
4.延伸：视频编码：简单介绍计算公式。
5.小结
课后反思：本节课，学生对编码原理的理解有进步，能结合实例认识不同编码应用场景。但也发现部分学生对编码转换实操不熟练，尤其在编程工具运用上存在困难。后续需增加实践练习，结合具体案例深入讲解编码底层逻辑，帮助学生更好掌握，提升知识应用能力。

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