教学目标

和

课程标准

3.1数据编码 教学设计
常州市武进区礼嘉中学 徐 怡
课题分析：本课题是教育科学出版社2019年出版的信息技术必修一数据与计算教材中的第三单元第一节数据编码，基于前两个单元针对数据与计算的学习，学生已经初步认识了数据与编程计算方式，为后续学习打下了基础，本课题以计算机数字化世界为项目线索主要围绕不同表现形式的数据的不同编码方式展开项目式学习，使学生了解各类数据采集的基本方法，让学生能够解释文本、音频等数据的编码原理，并理解数据编码的意义和作用，本课题在教材中处于较为重要地位，承上启下，为学生后续学习计算机中的数据组织形式筑牢根基，对于提升学生利用编程等数字化学习工具与方式解决问题的能力具有重要现实意义。
学情分析：本课题教学面向高一学生，高一学生在前两单元简要学习了数据的概念与Python编程解决问题的计算方式，但仍然未知数据如何数字化变成变量中存放的各种数据类型，对本节课知识的学习具有一定的知识基础，也存在一定学习能力的铺垫，且对课题学习充满好奇心。该阶段学生个体的形象思维已完全发展成熟，抽象逻辑思维的发展也进入了成熟期，具有预见性，能够有计划有策略地解决问题，且其思维已经能运用理论做指导，来分析各种事实材料，从而扩大认识领域，并可以在分析后综合总结知识点，结合其已经成熟的动作思维与形象思维支持他们信息技术能力的学习与提高，足以完成课堂中与生活实际相关联的项目活动任务，以自主合作探究学习实现问题解决。因为自我意识增强，创新思维发展，使得该阶段学生思维灵活，思路广，乐于思考创新，具有强烈求知欲，自主探索完成项目任务更能激发学生学习兴趣，使得有意义组织的知识材料记忆更深刻，但其思维创造性不成熟也容易受到错误思维影响，遇到困难时易动摇，因此课题设计贴近生活，简单且具有探索意义，更适合该阶段学生投入学习中，在任务活动结束后，及时进行评价和正确方法解答与演示，使得学生学习数据编码知识更易于理解，利于及时提高数据采集与处理的能力，并正确快速解决生活问题，也有利于激发学生学习信息技术的兴趣。除此外，相对比高二学生的理论型，高一学生仍偏向于经验型，需要更多练习来巩固强化知识记忆与数据编码能力。
教学目标：

●了解声音数据采集的基本方法及其数字化的过程。

●通过体验古诗“同声传译”游戏，合作探索音频文件不同格式特点，能够解释音频数据的编码原理。

●感受借助数字化工具学习的高效性，并理解数据编码的意义与作用。
指向的核心素养：

●信息意识：根据解决问题的需要能够敏锐察觉数据与信息的变化，自觉寻求合适方法获取并处理数据与信息，并了解声音数据采集的基本方法及其数字化过程，能够解释音频数据的编码原理。

●计算思维：通过体验古诗“同声传译”游戏，合作探索音频文件不同格式特点，能够利用数字化工具对数据进行整理、组织、计算与呈现，在分析数据的基础上，得出合理结论，解决实际问题。

●数字化学习与创新：能够适应数字化学习环境，依据问题需要，养成合理使用数字化工具展开自主合作探究学习的习惯，感受借助数字化工具学习的高效性优势。

●信息社会责任：理解数据编码的意义与作用，培养合理使用数字化工具解决问题的习惯。
教学重点：通过体验古诗“同声传译”游戏，了解声音数据采集的基本方法及其数字化的过程。

教学难点：认识声音数字化的过程并能够解释音频数据的编码原理。
教学方法：项目教学法，讲授教学法，问答教学法，练习教学法，自主合作探究学习法
教学媒体：教材，课件学案，板书，录音设备，在线语音合成、音频文件转换、思维导图工具
建议课时：1课时

教学活动

设计

教学活动

设计

教学活动

设计	教学环节	教师活动	学生活动	设计意图
课前

预习	组织学生预习学案课前预习环节预习知识点或教材P49-52，并完成自学检测题。	学生预习知识点并完成学案自学检测习题。	课前自主预习知识点，对概念有印象，对知识有疑惑，更能投入理解课堂教学。
学习

目标	明确本节课的学习目标，围绕学习目标开始课程教学。	依据预习知识梳理课堂目标。	让学生了解课堂知识点基本构成，明确关注重点。
情境

导入	组织学生按座位列体验古诗“同声传译”游戏，明确游戏规则，教师读一段古诗“白雪歌送武判官归京 岑参 北风卷地白草折，胡天八月即飞雪。忽如一夜春风来，千树万树梨花开。”，同时手机录音，游戏设计第二次读诗用录音放，游戏结束评价每个组的情况，对比分析每一列的区别，发现不同的间隔获取的数字信息各有不同，采样间隔越小，对古诗声音中的数字信息获取越充分，而反之则会丢失许多信息，因此，我们在使用数据时一定要注意保护数据的完整性，才能获取到真实有效的完整的信息，以此游戏导入课程声音数据的编码。	学生分工合作完成游戏任务，小组长对成员进行分工，不同列学生处理不同活动，同一列按小组竞赛，小组内分工合作，部分小组成员负责分析采样（不同间隔），量化（对应的字），部分小组成员负责编码（写下来），剩余同学负责分析得到数据中隐藏的数字信息，游戏结束按小组顺序汇报结果。	通过游戏情境导入，吸引学生注意力，激发学习兴趣，并通过游戏听声音，人耳采样数据，再翻译含义写成文字，获取其中信息，经历声音的文字化编码过程，让学生能够以自身体验了解计算机编码过程与原理，更易于理解，培养学生合作解决问题的习惯和保护数据的信息社会责任。
活动

思考	通过刚才的游戏体验，我们发现声音数据的获取、实时分析、长期保存是很困难的，如果遇到想要反复品味的一次精彩即兴演讲，一曲独唱，难得一听的演唱会，一个只能说一遍却要你长久记忆的知识点，该怎么处理留存这段声音数据呢？

提示：刚才第二次读诗是谁读的？它是如何采集到声音的？	学生结合活动体验思考问题，并交流自己的感受与想法。	通过游戏环节的体验，结合生活实际问题思考解决问题的方法，导入声音数据的采集与声音数字化过程知识点的讲解，提问可以再次引起学生注意，让学生主动思考学习。
知识

讲解	结合学生回答给予评价与正确引导。

声音数据的采集方法：话筒/麦克风/录音功能（借助声音传感器）

获取到模拟信号，是连续的，把衣服摩擦，走动脚步声，大家的讲话等等杂音也都随着时间顺序采集到了，这采集到的数据信号存入了手机，而计算机（当然手机也一样）因其只能读得懂0和1两种数值数据的，所以，想要保存这些声音数据需要进一步对声音数据进行编码。

声音数字化过程，将模拟信号转换为数字信号，按一定间隔要求对模拟信号采样，并把采样的点对应的数字值转换为0,1表示的二进制数有序保存在计算机或其他电子设备中。

再通过解码，实现将声音的数字数据转回模拟数据的过程，重新播放出来。

声音的数字化过程：采样-量化-编码

类比游戏：有间隔地听-理解字义-汉字写	学生听讲，梳理预习知识点和生活常识，加强知识点记忆。	结合学生回答，引导学生思路，结合相关知识点展开讲解更易于知识点的理解性记忆，让学生了解声音数据采集的基本方法及其数字化过程，增强信息意识。
活动

思考	我们游戏体验了人工人耳人脑将声音文字化，为什么生活中还要用计算机或手机将声音数字化呢？两者有何区别呢？

提示：请同学默读一遍，听语音合成在线工具读一遍，再对比录音思考。	学生读、听、思考与辨析，交流想法。	以项目游戏中遇到的问题展开思考，引起注意，并培养学生发现身边数据或信息变化的信息意识。
知识

讲解	评价学生回答并引导学生思路。

区别：每个人声音都是不同的，相同的人每次说同样的内容也各有区分，而机器根据文字转换语音，也会随着音调、响度、音色、语速等声音特点变化。

而计算机将声音数字化，就不单单是将声音内容文字化，还要兼顾声音的特性。

声音是一种物理波，本质是空气的振动，图片讲解，所以，用时间和振动幅度来表示声音的特点。

如图是声音的模拟信号，横轴是时间，纵轴代表声音的振幅，采样：在时间轴上对信号数字化，对模拟声音信号按给定的时间间隔进行采样，设备在1秒内对声音的采样次数称为采样频率，频率单位为赫兹（Hz，即次/秒），量化：在振幅轴上对信号数字化，一般按照量化精度要求对振幅瞬时值往最接近的整数取整，即为纵坐标对应的整数值，编码：按一定格式记录采样和量化后的数字数据，计算机要求用二进制格式编码。	学生结合之前的思考听讲知识点内容，观察模拟信号转变为数字信号的过程图片。	从生活实际出发讲解知识点更加易于理解，便于学生了解音频的编码原理，突破声音的数字化过程和音频编码原理的教学重难点。
课堂

小练	引导学生按照学案要求完成编码活动任务，将量化数值转换为二进制数值，完成表格填写。给予学生反馈。	学生完成学案任务，并组内交流答案。	练习巩固增强记忆，并感受利用数字化工具处理数据与学习的便利。
活动

思考	那这样数字化处理后再重新使用的声音对比现场直接发声有什么区别吗？又有什么优势呢？

提示：回想一下第二遍读的诗和第一遍的区别。	学生结合之前的活动体验思考分析问题，交流想法。	问题引导思维，吸引学生注意力，培养学生的思辨能力，提高信息意识。
知识

讲解	区别：可能失真，可能录到不必要的噪声杂音，也可能录不全。

数据编码的作用：实现声音的长期保存，随时取用，远距离传输。

总体而言还是利大于弊的。

而想要更高效地在计算机中获取保存有意义的数据，需要在对声音数据编码处理时注意以下几点。

完整性：采样频率选择要使得人耳能听到数据的完整。

人耳：20Hz~20KHz

一般采样频率：22.05KHz、44.1KHz、48KHz三个等级

真实性：尽量不失真。

怎么才能不失真？

采样频率怎样变化？间隔越小越真实，即频率越高。

量化精度要尽量准确（类比写文字写完整，写一半，写一两笔的区别），一般用bit单位表示，通常有8bit、16bit、24bit和32bit等几种。

8bit表示1B，计算机二进制基本单位就是字节，所以量化精度一般是8的倍数。

除了软实力，硬装备也很重要。获取声音时，麦克风传感器的数量应该越多越好，也就是声道数，用了几个麦克风在录，决定了是单声道、双声道还是多声道。

展示cool edit pro软件处理音频数据的界面。

常用音频文件的编辑软件：GoldWave，Cool Edit等等。

这三者连同录音时间共同决定了录音数字化后的数据量。

数据量（Byte）= 采样频率 * 量化精度 * 声道数 * 持续时间 / 8	学生听讲思考，共同回答提出的问题。	结合之前的问题展开相关知识点讲解，突破音频编码原理的教学重难点，使学生感受数据编码的意义和作用，培养学生借助数字化工具解决生活学习问题的习惯和意识。
课堂

小练	组织学生计算解决学案该环节练习。	学生完成学案练习。	及时巩固增强记忆，通过题目了解实际公式计算意义。
知识

讲解	高效性：在尽量满足完整性、真实性前提下，减少数据在计算机内的存储空间，即数据量。

常见的音频格式：MP3、WAV、AAC	学生结合练习问题情境，思考知识点。	介绍音频格式及特征，结合编码方式分析存储空间大小。
活动

思考	利用在线音频文件格式转换工具将“白雪歌送武判官归京.WAV”文件转换为不同格式，对比文件大小，结合学案参考信息，分析不同音频格式的特点，完成表格。

想要音质更好，不失真选哪一个格式？

想要存储空间更小选哪一个格式？	学生借助在线音频文件格式转换工具和学案知识点分析不同格式的文件大小与特点。	通过实际体验，让学生感受数字化工具对学习和生活的帮助，在做中学，提高学生借助数字化工具整理、组织、计算、呈现与分析数据的计算思维。
课堂

总结	知识梳理：

（有时间完成课后练习题巩固）	找学生梳理知识点，开展总结反思。	总结巩固课堂知识点，系统性梳理知识脉络。
拓展

思考	古人见西域八月飞雪的壮丽景色，感塞外送别之情，作诗为记录，吟诗以寄情，那么，现如今声音可以通过计算机中的音频文件长久保存了，古诗的文字本身又是怎么写进计算机中的呢？如果大家名家就美景即兴做一幅画，就乐章舞一曲，又该怎么借助计算机将数据变成数字化世界的一员呢？

学案拓展延伸其他类型数据编码知识。

下节课我们再一起探究。	学生结合拓展思考问题，并感受数字化编码的意义。	升华意义，总结项目，拓展激发学生对下节课的兴趣。
板书设计	3.1 数据编码

——声音的数字化

听找 - 理解 - 写字 完整性

诗 朗读(模拟信号) —（A/D转换）—> 文件（数字信号）真实性：Hz，bit，个

采样 - 量化 - 编码 高效性：* * /8(B)