资源简介

《给图像做编码》
青岛版信息技术
第四册
【课题与课时】
课题：青岛版四年级下册 第一单元《第4课 给图像做编码》
课时：1课时
【课标要求】
《义务教育信息科技课程标准》（2022年版）指出核心素养是课程育人价值的集中体现，是学生通过课程学习逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。
信息科技课程要培养的核心素养，主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。这四个方面互相支持，互相渗透，共同促进学生数字素养与技能的提升。
信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力。具备信息意识的学生，具有一定的信息感知力，熟悉信息及其呈现与传递方式，善于利用信息科技交流和分享信息、幵展协同创新；能根据解决问题的需要，评估数据来源，辨别数据的可靠性和时效性，具有较强的数据安全意识。
计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。
本节课课程内容设置学习目标要求对应信息意识中第二学段的第2条，“知道数据编码的作用与意义，理解数据编码是保持信息社会组织与秩序的科学基础。”
计算思维中第二学段目标中的第1条，“能根据需要选用合适的数字设备解决问题，并简单地说明理由。 能基于对事物的理解，按照一定的规则表达与交流信息，体验信息存储和传输过程中所必需的编码及解码步骤。”
【学习目标】
1.通过学习计算机编码相关知识，了解二进制编码内容，学会绘制黑白像素画，初步理解数据校验的工作原理。
2.通过小组合作，探究学习，亲身经历图像与数字的编码和解码的过程，提升学生的创新能力。
3.通过亲身经历实践与创新项目学习活动，感知数字化表示信息的优势，提升学生的数字素养与技能。
【评价任务】
1.探究一：通过学习计算机二进制编码知识，了解计算机的数据编码原理。（检测目标1）
2.探究二、探究三：通过对黑白像素图像编码原理的学习，了解计算机如何通过二进制对图像进行编码和解码，了解数据校验的必要性以及工作原理。（检测目标1、2）
3.实践与创新：学以致用，通过“破译黑白像素画”项目活动，感受数字化表示信息的优越性。（检测目标3）
教材分析:
本课主要介绍图像编码的概念和原理，帮助学生理解图像如何通过编码在计算机中进行存储和处理。通过实际操作和演示，让学生初步掌握图像编码的基本方法。
教学目标：
1. 知识与技能：
了解图像编码的基本概念和原理。
掌握图像编码的基本方法和步骤。
2. 过程与方法：
通过教师演示和学生实践，培养学生的动手能力和观察力。
引导学生自主探究图像编码的过程，提高分析和解决问题的能力。
3. 情感态度与价值观：
激发学生对信息技术的兴趣，培养探索精神。
帮助学生理解信息技术在日常生活中的应用，增强学习的主动性。
教学重点：
图像编码的概念和基本原理。
图像编码的简单操作方法。
教学难点：
图像编码的原理理解。
图像编码过程中的技术细节。
教学准备：
多媒体网络教室、像素画素材若干
课前谈话：
刚才，我们已经分成了四个小组，在本节课上我们采用积分制进行课堂评价，回答问题积分1分，回答正确2分，请把自己的得分记录到自己的导学案上，最后我们进行评比，并颁发奖品。老师还为每个小组种下了一朵太阳光，希望每个小组的小组成员能够齐心协力、团结协作，让你们小组的太阳花开出漂亮的花朵。大家有信心吗？
学生：有！
教师：上课。
一、情境创设，导入新课
同学们，今天我们先开启一段‘时光之旅’，看看人类传递信息的方式发生了哪些神奇的变化！请大家仔细观察视频中的每一个场景，稍后我们要当‘历史小侦探’，找出信息传递的秘密哦！”
（播放视频：展示古代结绳记事→烽火传讯→飞鸽传书→纸质书信→电报电话→互联网图像传输等关键节点）
视频看完了，谁能说说从古至今，信息传递的方式发生了哪些变化？”
（引导学生总结：速度越来越快、载体越来越轻便、内容从文字到图像/视频等）
【设计意图：通过观看视频，引导学生从生活实际出发，思考人与人之间的信息交流方式，进而引出人与计算机的信息交流问题。这种情境导入方式能够激发学生的学习兴趣，帮助他们将抽象的计算机知识与生活经验联系起来。】
自学阅读导学案我探究我发现的内容，思考人与计算机是如何进行信息的交流。（在计算机中，各种数据都需要经过数字化编码转化为二进制数据，这些数据经过数字化后，就可以方便地在数字设备中被存储，处理和传输。经过数据校验，还可以验证网络中传输的数据有无差错。）
【设计意图：让学生通过自学导学案内容，自主思考并提出问题，培养他们的自主学习能力和问题意识。同时，教师通过这些问题引导学生进入本节课的学习主题。】
3.学生积极思考，提出本节课想要学习的内容有哪些。
（1）信息数字化有什么优势？
（2）什么是数据校验？
（3）图像是怎样编码储存到计算机里面的？
让我们带着这些疑问走进今天的信息课堂，一起来学习把。通过刚才的视频大家对我们信息传递的发展有了了解，也知道了在计算机中只有编码才能将信息转化成二进制数，才能被计算机进行处理，那同学们你们知道计算机采用什么形式进行编码吗？请同学们带着问题在我们的电脑和导学案中寻找答案。
二、合作探究，发现新知
探究一：了解二进制编码(5分钟)
做一做，学生访问互联网，搜索整理计算机编码相关知识材料。（利用百度，豆包）如问题：计算机常用信息编码有哪些？
ASCII编码、BCD 编码、GB2312 码、Unicode 编码等。
自学2.读一读，学习计算机的最通用的编码系统，了解ASCII编码编码原理。
根据收集的编码材料内容，交流一下GB2312编码(简体中文),GBK,BIG5编码(繁体中文),ANSI编码,unicode,utf-8编码等有何不同。
孩子们首先自我探究，有困难的可以寻找小组同学进行帮忙。
【设计意图：让学生通过互联网搜索计算机编码相关知识，培养他们的信息收集能力和自主学习能力。同时，通过交流不同编码方式的差异，加深学生对编码系统的理解。】
教师小结：计算机只能识别 0、1 两个数字组成的二进制数，因此，文字、符号、声音、图像等数据，都需要转换成二进制才能进行处理。
同学们，你们玩过游戏《超级玛丽》中，每一个角色都是由一个个小方块组成的。
生活中照片放大也有这样的彩色小方块，它们是什么？
一个个的小方块就是就是构成图像的最小单位——像素。一个像素就是一个小方格，小方格颜色和位置就决定图像所呈现出来的样子。
微小方格越（ 多 ），像素就越（ 高 ），图像就越（ 清晰 ）。
黑白像素画也是这样的，像素画的规格可以是8x8，16x16,24x24等，点阵越多，表现的图案就越细腻。
一个方格就是一个像素点。画笔占到的方格用“1”表示。无笔画的方格用“0”表示，逐行把“0”或“1”写出来，就得到了该图像的二进制编码。
图中所示为“人”字的8x8点阵图，白方块用“0”表示，黑方块用“1”表示，则第1行的二进制编码就是“00000000”第二行就是……
【设计意图：通过学习ASCII编码等的原理，让学生理解计算机如何将文字、符号等信息转换为二进制数，从而掌握计算机处理信息的基础方式。】
探究二：黑白图形编码
读一读，通过学习“人”字的 8×8 点阵图，了解计算机如何对图像进行进行二进制编码，明确二进制编码与黑白图像之间的转换关系。
为什么现代人能用手机一秒发送图片，而古代只能靠快马送信？关键秘密就藏在‘编码’里！比如，古人用烽火的‘有烟’和‘无烟’传递信号，就像计算机用‘0’和‘1’编码一样。今天的课，我们要学习如何像现代科学家一样，给图像穿上‘数字外衣’，让它们飞向世界！
请小组长讲学具带中的心形图图案分发给小组成员，请同学们拿出手中的表格，试着利用刚刚学到的编码规则在表格中填写出对应行的二进制编码。时间2分钟。
2.填一填，体会并完成黑白图像“心”在8×8 点阵图中数字编码过程，即将图像转化为数字。
3.做一做，根据二进制编码数据，在16×16的点阵图中画出图像，完成解码过程，即将数字转化为图形。
4.通过加油站学习，了解常见点阵规格有哪些以及有何不同以及彩色图像是否能够编码。
【通过让学生对图像进行二进制编码和解码的实践操作，帮助他们直观地理解图像与数字之间的转换关系，培养学生的动手能力和逻辑思维。】
5.讨论交流该环节学习过程中的收获与困惑。
小结：要使用计算机对图像进行存储、加工，需要先对它进行二进制编码。
【设计意图：让学生在实践过程中交流收获与困惑，促进学生之间的合作学习和思维碰撞，进一步深化对图像编码的理解。】
探究三：传输需校验
经过刚才的紧张的学习，同学们咱们来放松一下，下面我们来玩一个游戏，游戏的名字叫“传声筒大挑战”。
大家分成四组，每组6个人，第一小组传话：87686717
第二小组传话：35365937
第三小组传话：02050809
第四小组传话：12358646
当我们把一张图片通过网络发送给朋友时，图片会不会就和刚刚我们游戏一样在传输过程中出现错误呢？是的，计算机不是万能的，也会出行劳累疲惫的时候，比如电压不稳，病毒等。我们如何确保图片能够完整、正确地传输呢？”请同学们在组长的带领下一起学习议一议和一点通的内容。
【设计意图：通过“传声筒大挑战”游戏，形象地说明数据传输过程中可能出现的错误，引出数据校验的必要性。这种游戏导入方式能够激发学生的学习兴趣，同时为后续学习数据校验方法做好铺垫。】
1.读一读，了解数据校验的必要性以及采用的校验方法，理解奇偶校验的原理。
2.数据在传输过程中，可能会受到各种干扰而产生差错，因而我们用数据校验来保证数据传输的准确性。
奇偶校验是常用的数据校验方法， 即在每8个二进制位后增加一位二进 制位，也就是第9位（蓝色部分）为校验位。奇校验要确保9位数中1的个数为奇数。如果前 8位“1”的个数为奇数，则第9位是0；如果前8位“1”的个数是偶数，则第9位是1。偶校验则要确保9位数中1的个数为偶数。字符C发送前的校验位为“0”，发送后用奇校验编码，发现最后一位校验位变成了“1”，与发送前的校验位不相符。因此可以判定数据传输有误。
【设计意图：让学生了解奇偶校验的原理和方法，理解数据校验在保证数据传输准确性中的重要作用，培养学生的逻辑思维和问题解决能力。】
整体设计意图：
1. 以学生为中心
整个教学过程注重学生的自主探究和合作学习，通过创设情境、实践操作和讨论交流等方式，充分发挥学生的主体作用，提高他们的学习积极性。
2. 培养综合能力
通过本节课的学习，不仅让学生掌握计算机编码和数据校验的知识，还培养了他们的自主学习能力、动手能力、逻辑思维能力和合作交流能力。
3. 联系实际生活
将计算机知识与生活实际相结合，让学生在学习过程中感受到信息技术在日常生活中的应用，增强他们对信息技术的兴趣和应用能力。
三、学以致用，实践创新
计算机处理的数据最终都要转换成计算机可识别的二进制编码，黑白像素画通过二进制编码，能形象地展现计算机显示图形的原理。现在请大家从给定的图形中，选择一片自己喜欢的叶子，通过编码与解码，与同学玩一次“破译黑白像素画”的游戏。可以和同学合作，也可以自己完成。
1.项目分析与方案设计。
为完成项目，需要先选择自己喜欢的叶子，把它绘制成一幅黑白像素画，并对它进行编码。再让其他同学根据你的编码，解码还原图像，最后对比这两幅黑白像素画是否一致。
根据对项目需求的分析，完成下表中活动方案的设计。
2.步骤分析。
3.项目实施。
（1）资源准备
硬件资源：方格纸、电脑
软件资源：WPS Office
（2）小组分工
明确小组各成员的分工，团结协作完成项目。
（3）实施步骤
第一步：绘制黑白像素画
选择喜欢的树叶，完成黑白像素画的绘制。
第二步：黑白像素画编码
逐行完成黑白像素画的编码，并将编码写在每一行的后面。
第三步：黑白像素画解码
让其他同学根据你的编码，解码还原图像。
第四步：验证破译结果
你的同学破译的黑白像素画，与你绘制的是否一致。若一致，说明同学破译成功，如果不一致，请查找破译失败的原因。
3.项目交流与反思
在项目实施过程中，将发现的问题进行归类分析，找出问题出现的原因，有针对性地进行方案的调整和优化。
4.活动要求
5.小组汇报，展示研究过程及结果。
6.根据“评价标准”进行评价。
四、展示分享，交流评价
1.评价标准
评价项目 评价标准 评价等级
结果评价 能根据游戏规则，制定合理可行的方案。 ☆☆☆
根据制定的项目方案，开展学习活动。 ☆☆☆
体验编码和解码的过程。 ☆☆☆
过程评价 能绘制黑白像素画，并给出正确的编码。 ☆☆☆
能根据编码准确破译黑白像素画。 ☆☆☆
绘制的黑白像素画与你喜欢的叶子相似度高。 ☆☆☆
填写说明：请将涂上颜色，★为合格， ★★ 为良好，★★★为优秀。
2.小组展示汇报，。
3.小组评价，根据评价表对自己整堂课的表现进行自我评价。
4.评选最佳设计编程小组。
五、总结反思，拓展提升
1.通过本节课的学习，体验了给图像做编码的过程，感受了信息数字化的优势。你获得了哪些知识，请梳理一下吧。
2.本课知识梳理。
【检测与作业】
课后，利用本节课所掌握的技能，请用黑白像素画绘制你喜欢的小动物，利用本节课所学的编码知识，和同学玩一次“我画你猜”的小游戏。
【板书设计】
【学后反思】
1.通过这节课的学习，学习到了哪些知识和技能？
2.通过探究活动，还有哪些需要改进的地方？
黑白像素画编码
第二步
黑白像素画解码
第三步
绘制黑白像素画
第一步
验证破译结果
第四步
小组长根据各自特长合理分工。
小组内讨论并填写探究方案。
成员之间积极交流、分享和协作，共同完成任务。
评价标准：
（1）能够根据小组成员的优势和特长进行分工。
（2）步骤明确，能够完成探究任务要求。
第4课 给图像做编码
计算机识别的数据
编码
图像
解码
校验

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