资源简介

《1.2.1 数字化及其作用》教学设计
教材：人教/中图版《信息技术 必修1 数据与计算》第1章第2节“数字化与编码”
教学对象：高一学生　　课型：新授课　　课时：1课时（45分钟）
学年学期：2026—2027学年第一学期
一、课标依据与教材分析
（一）课标依据
本课依据《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》“必修1 数据与计算”模块设计，对应的内容要求为：在具体感知数据与信息的基础上，描述数据与信息的特征，知道数据编码的基本方式（1.1）；在运用数字化工具的学习活动中，理解数据、信息与知识的相互关系，认识数据对人们日常生活的影响（1.2）；针对具体学习任务，体验数字化学习过程，感受利用数字化工具和资源的优势（1.3）。
本课是“数据编码”内容的起点，核心任务是让学生知道数字化的过程与意义，对应学业水平合格性考试“知道数据编码的基本方式”的考查要求。结合本章学习目标，本课重点落实信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个学科核心素养。
（二）教材分析
本课位于第1章“认识数据与大数据”第2节“数字化与编码”的第1课时，处于承上启下的位置。承上：第1节认识了数据、信息与知识，本课回答“信息如何变成计算机能处理的形式”；启下：1.2.2二进制与数制转换、1.2.3数据编码均以本课“模拟信号数字化”为知识前提。“数字化是计算机处理信息的基础”是本章的重要主线。
本课知识结构为：模拟信号与数字信号的概念及区别→数字化的定义→模拟信号的数字化过程（采样、量化、编码）→数字化的作用与应用。前两部分直观易学，第三部分是抽象难点，第四部分贴近生活、便于展开讨论。
（三）学情分析
高一学生每天使用智能手机、移动支付、音视频应用，接触的声音、照片、视频几乎都经过数字化处理，属于“天天在用、很少追问”：他们很少想过手机为什么能存下声音，也很少想过视频复制一万次画面为什么依旧清晰。学生对“0和1”有模糊印象，但普遍说不清模拟与数字的本质区别，更难理解连续信号如何变成离散数据。
教学中应从学生熟悉的温度计、录音、照片等情境切入，先用“连续—离散”的直观对比建立概念，再借助示意图与生活化语言突破采样、量化、编码的难点，避免一开始就讲授抽象术语。
二、教学目标
学完本课后，学生能够：
1. 信息意识：说出模拟信号与数字信号的主要区别，能在生活实例中区分模拟数据与数字数据；能举例说明数字化在学习、生活和工作中的典型应用，感受数字技术对生活的影响。
2. 计算思维：说出采样、量化、编码三个步骤的含义与顺序，能结合声音或图像实例说明模拟信号转换为数字信号的过程；知道数字信号可无损复制而模拟信号复制会失真。
3. 数字化学习与创新：能借助数字化工具辅助理解抽象概念（如用演示动画或AI对话工具解释采样、量化、编码），体验数字化环境下的学习方式。
4. 信息社会责任：认识数字化的优势与局限，形成合理使用数字化工具、不轻信不盲从的意识。
三、教学重难点
1. 教学重点
（1）模拟信号与数字信号的概念与区别（连续与离散）；
（2）数字化的含义与作用（便于存储、便于处理、便于传输与共享、可无损复制）。
2. 教学难点
（1）理解模拟信号转换为数字信号的过程（采样、量化、编码）；
（2）在实际情境中准确区分模拟数据与数字数据（学业水平合格性考试的常见易错点）。
四、教学准备
1. 设备与环境：多媒体教室或机房，教师电脑、投影（电子白板）、音响；手机或录音设备（用于演示声音的采集，可提前录好备用）。
2. 课件素材：水银温度计与数字温度计对比图，模拟信号（连续波形）与数字信号（阶梯波形）示意图，采样、量化示意图，数字化应用案例图片（数字图书馆、在线政务、数字博物馆等）。
3. 学具：学案（含课堂快速判断练习与分层检测题）、教材、笔记本。
4. 可选工具：已开通的AI对话工具（如豆包等网页版，以本校机房实际可用为准）。课前确认可用，并准备断网备选方案（出示预录的AI对话截图或改用课件演示）。
五、教学过程
本课总时长45分钟，安排如下：情境导入约3分钟，认识模拟信号与数字信号约7分钟，探究数字化过程约12分钟，数字化的定义与作用约8分钟，巩固辨析与“无损复制”讨论约8分钟，课堂小结约4分钟，布置分层作业约2分钟，机动1分钟。
表1 教学过程总览
环节 时间 主要内容与活动形式
一、情境导入 约3分钟 两种温度计对比，引出“连续—离散”
二、认识模拟信号与数字信号 约7分钟 概念讲解＋快速判断抢答
三、探究数字化过程 约12分钟 采样、量化、编码的图解与讲解
四、数字化的定义与作用 约8分钟 定义归纳＋生活案例＋小组讨论
五、巩固辨析与“无损复制”讨论 约8分钟 反直觉现象讨论＋快速判断
六、课堂小结 约4分钟 板书线索回顾，齐声复述
七、布置分层作业 约2分钟 说明A/B/C层作业要求
（一）情境导入——两种温度计（约3分钟）
【教师活动】出示水银温度计与数字温度计对比图，提问：“同样是量体温，这两种温度计在显示温度的方式上有什么不同？”请2—3名学生回答。
【学生活动】观察并回答：水银柱是连续移动的，能读出36.5℃、36.6℃等任意细微变化；数字温度计只显示一个个跳变的数字，中间的值不会出现。
【设计意图】从生活实物建立“连续—离散”的第一印象，为模拟信号与数字信号的概念做铺垫。
【追问】“温度、声音、画面，大自然里的信息大多是连续的；而计算机里存的是0和1。中间发生了什么？”留下悬念，指向本课难点。
（二）认识模拟信号与数字信号（约7分钟）
1. 结合波形图讲解：连续变化的物理量称为模拟量，如温度、速度，其信号波形是连续曲线；取值离散的信号称为数字信号，如用0和1表示的二进制信号。
2. 归纳两者的主要区别：模拟量连续，数字量离散。举例：水银温度计反映模拟量，数字温度计反映数字量；说话的声音是模拟信号，手机里的录音文件是数字信号。
3. 说明：在一定条件下，模拟信号和数字信号可以相互转换。以声音为例，麦克风把声波振动转成电信号（模拟信号），经声卡等模数转换设备处理后，变成计算机能处理的数字信号。
【学生活动】听讲、记录；“快速判断”抢答：老师的说话声（模拟）、红绿灯的开关状态（数字）、CD唱片上连续的音纹（模拟）、手机拍摄的照片（数字）、老式收音机收到的信号（模拟）、电子表的数字显示（数字），并说出一句判断理由。
【设计意图】概念用生活实例讲清，抢答让每位学生动脑动口，巩固“连续—离散”的判断标准，为合格性考试中的实例辨析打基础。
（三）探究数字化过程：采样·量化·编码（约12分钟）
1. 提出问题：“声音是连续变化的模拟信号，手机里存的却是一串0和1。计算机到底怎么把连续的声音‘装’进数字世界？”
2. 结合示意图讲解三个步骤：
（1）采样：在连续的模拟信号上每隔一定时间（或空间）取一个值，对连续信号做离散化提取。每秒采样的次数称为采样频率，单位是赫兹（Hz）。示意图：在连续曲线上每隔一段取一个点。
（2）量化：把采样得到的值按幅度划分为若干区段，落在同一区段的值归为一类，用有限个二进制数值近似表示。示意图：把纵轴分成若干等级，每个采样点落到最近的等级上。
（3）编码：把量化后的二进制数值按顺序排列成二进制代码。至此，连续的声音就变成计算机可以识别、存储和加工的数字信号。
3. 小结三个步骤的顺序与作用，并指出：采样越密、量化越细，还原越接近原声（保真度高），但数据量也越大。
4. 补充反向转换：播放时，计算机把数字信号经数模转换还原为模拟信号，通过耳机、音箱放出，我们才能听到声音。
【学生活动】观察示意图，跟随教师口述“采样—量化—编码”的顺序；参与追问：“采样越密、量化越细，得到的声音会怎样？”得出“保真度更高、数据量更大”的结论。
【设计意图】抽象过程用“取点—归级—编码”的直观图示和生活化语言讲透；追问引导学生体会保真度与数据量之间的权衡，为1.2.3数据编码的学习做铺垫。
（四）数字化的定义与作用（约8分钟）
1. 归纳定义：将现实世界中各种各样的信息用二进制数来表示的过程，就是信息的数字化；数字化是计算机处理信息的基础。
2. 结合教材举例说明数字化的应用：纸质书变成数字阅读，写信、打电话变成网络交流，录音机变成数字音乐，胶片放映机变成数字电影；数字图书馆、在线政务、电子地图、数字博物馆等让学习与生活更便捷。
3. 组织小组讨论：“和纸质书、写信、录音机相比，数字化后的信息‘好’在哪里？”
【学生活动】补充身边的数字化应用实例；小组讨论并派代表归纳数字化带来的变化：便于存储、便于处理、便于传输与共享、可无损复制不失真。
【设计意图】定义与作用由生活案例支撑，避免空讲概念；“无损复制”的结论为下一环节的反直觉讨论埋伏笔。
（五）巩固辨析与“无损复制”讨论（约8分钟）
1. 出示情境：“把一盘磁带反复翻录很多次，声音会越来越模糊；而把电脑里的视频文件复制一万次，画质完全不变。这是为什么？”组织小组讨论1—2分钟，请代表分享猜想。
2. 引导学生用本课知识解释：模拟信号连续变化，每次复制都会产生微小损耗并不断累积；数字信号是离散的0和1，复制时逐位还原，没有损耗。
3. 快速判断（抢答）：在纸上手抄一份名单（模拟方式，可能笔误失真）；把Word文件发送给同学再传回（数字方式，内容不变）；老式录像带翻录（模拟，会模糊）；微信转发照片（数字，画质不变）。
【学生活动】小组讨论“为什么数字复制不失真”；抢答判断并说明理由；齐声总结：数字化让信息可无损复制、可靠传输。
【设计意图】用反直觉现象引发认知冲突，在解释中巩固模拟与数字的区别；抢答再次落实“区分模拟数据与数字数据”的合格性考试要求。
（六）课堂小结（约4分钟）
【教师活动】带领学生按板书线索回顾本课要点：
1. 模拟信号是连续的，数字信号是离散的，两者在一定条件下可以相互转换；
2. 模拟信号数字化需要依次经过采样、量化、编码三个步骤；
3. 数字化是将信息用二进制数表示的过程，作用是便于存储、便于处理、便于传输与共享、可无损复制不失真。
【学生活动】齐声复述三个要点，对照板书自查。
【设计意图】用板书线索收束全课，帮助学生形成“数字化及其作用”的整体认识。
（七）布置分层作业（约2分钟）
【教师活动】说明作业要求：
1. 必做：完成学案分层检测题A层；
2. 选做：完成B层能力提升题；
3. 拓展：完成C层探究题，可用AI工具或查阅资料辅助，但需写清自己的思考过程。
【学生活动】记录作业要求。
【设计意图】分层作业兼顾基础巩固与能力拓展，为下一课时诊断学情。
六、板书设计
【板书设计】 1.2.1 数字化及其作用 　模拟信号（连续） 数字信号（离散） 　数字化：信息 → 用二进制数表示（计算机处理信息的基础） 　数字化过程：采样 → 量化 → 编码 　作用：便于存储、便于处理、便于传输与共享、可无损复制不失真
板书按“总—分”结构展开：课题居中，四个要点分列下方；“ ”表示模拟信号与数字信号在一定条件下可以相互转换。
七、分层检测题
A层（基础巩固，全体必做）
1. 下列属于模拟信号的是（　　）。
A. 电脑中存储的MP3音乐文件
B. 水银温度计中水银柱的连续变化
C. 手机拍摄的照片
D. 电子手表显示的时间
答案：B。水银柱连续变化，反映的是模拟量；其余各项均为数字量。
2. 将模拟信号转换为数字信号，需要依次经过的步骤是（　　）。
A. 编码、量化、采样
B. 采样、量化、编码
C. 量化、采样、编码
D. 采样、编码、量化
答案：B。顺序为采样、量化、编码。
3. 下列关于数字化的说法，不正确的是（　　）。
A. 数字化是将信息用二进制数表示的过程
B. 数字化后的信息便于存储、处理和传输
C. 数字信号在复制过程中会发生损耗而失真
D. 数字化是计算机处理信息的基础
答案：C。数字信号复制时逐位还原，可无损复制不失真。
B层（能力提升，学有余力的同学选做）
4. 关于模拟信号和数字信号，下列说法正确的是（　　）。
A. 模拟信号在取值上是离散的
B. 数字信号在取值上是连续的
C. 数字信号的抗干扰能力通常比模拟信号强
D. 计算机可以直接处理模拟信号
答案：C。
5. 简述手机录制语音并存成音频文件的过程。
参考答案：声波是连续变化的模拟信号，经麦克风采集转变为电信号（模拟信号），再依次经过采样、量化、编码三个步骤，转换为用0和1表示的二进制数据，以数字信号的形式存储在手机中；播放时再经数模转换还原为声音。
C层（拓展探究，感兴趣的同学选做）
6. 用AI工具或查阅资料，说明“采样频率”和“量化位数”对数字音频质量的影响，写一段简短说明。
参考答案：采样频率指每秒采样的次数，频率越高越能还原原声，但数据量越大；量化位数指每个采样值用多少位二进制数表示，位数越多，精度越高、音质越好，数据量也越大。两者共同决定数字音频的保真度与文件大小。
八、教学反思（课后填写）
以下为预设反思要点，供教师课后对照实际课堂填写：
1. 时间执行情况：环节三（采样、量化、编码）是否因讲解过细而超时，导致环节五讨论时间被压缩；下次可提前发放微课预习。
2. 目标达成情况：从课堂抢答与检测题A、B层的正确率判断，学生区分模拟数据与数字数据是否达标；典型错误是否需要在1.2.2、1.2.3课时中补讲。
3. 工具使用效果：数字化工具（含AI）的使用是否真正帮助学生理解了抽象概念，还是流于演示；断网备选方案是否用上。
4. 分层情况：各层检测题的完成情况与典型问题，作为下一课时教学起点的依据。
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