資源簡介

數據編碼——聲音編碼
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【教材分析】
數據編碼——聲音編碼選自人民教育出版社《信息技術》必修一第一單元第二節第三框的內容，這一部分共包括三個小節的內容：文字編碼、圖像編碼、聲音編碼，本單元的內容包括認識數據和大數據，認識日常生活中形形色色的數據以及數據的編碼方式有助于學生進一步的學習相關的知識。本單元內容是高中信息技術的第一單元第二小節的內容，是學生在初步的認識數據相關概念之后的進一步的深入的學習，本節的內容對學生而言是學生學習進一步的深化，也是學習之后知識的基礎。
【學情分析】
高一年級的學生正處于形式運算階段，學生能夠將問題抽象化，但是學生初中學習的知識和高中的知識有所脫節，學生學習數據有關的知識點，在前面的知識的學習中，學生們已經知道文字、圖像、聲音、視頻等數據，明白了數據在日常學習和生活中的使用價值，但是這些數據是如何能夠被計算機識別并且存儲和傳遞的，他們在存儲和傳遞的過程中有什么樣的共同點和什么樣的不同點，是本節內容學生需要重點了解和掌握的。
【教學目標】
1.感悟聲音編碼的過程，理解聲音采樣、量化、編碼的流程。（計算思維）
2.能夠在理解聲音編碼方式并能夠將所學運用于生活實踐。（信息意識）
【教學重難點】
1.教學重點：理解聲音數字化的采樣、量化、編碼的過程。
2.教學難點：在理解聲音數字化的采樣、量化、編碼的過程后能夠將所學習的知識來解決日常學習和生活中的問題。
【教學過程】
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
一、 新 課 引 入 課前互動 教師引導 在上課之前，請同學們一起做一個游戲，請同學們將雙手放在耳廓處，分別感受雙手在耳廓處時和雙手不再耳廓處時聽到自己說話的聲音是否存在差別。 層層深入 在日常生活中，我們聽到自己說話的聲音和錄制的聲音也是有差異的，請同學們想一想影響因素是什么？ 3.教師解答 播放視頻《自己聽到的聲音和錄制的聲音為什么不太一樣》。 正課引入 一起學習聲音的編碼方式對聲音的質量有哪些影響。 學生根據教師的引導進行體驗活動。 （學生在體驗活動中能夠感受到差別，并說出自己的感受。） 學生在體驗之后回想生活中經歷，學生有類似的體驗，并結合之前所學的知識思考原因。 學生觀看視頻深化理解。 人說話時自己聽到自己說話的聲音和別人聽到的聲音是有差異的，這個現象大部分的人都能夠發現，尤其是在聽到自己錄制的聲音時，產生這種差異的因素有很多，其中包括人耳的結構對聲音傳遞和接受的差異、聲音的物理傳播的介質的差異，此外，還有就是聲音的編碼方式帶來的差異。其中物理、生物這些學生都在初中階段的生物學和物理學中有所了解，此環節旨在學科融合，學生要掌握的不僅僅是本節課要學習的聲音編碼會影響聲音的質量，更關鍵的是從學生已有的知識經驗出發，引出新的概念。
二、 新 課 講 授 1.教師提問 要想知道聲音編碼是如何影響聲音質量的，首先要回憶聲音是怎么產生的？ 教師解答 在初中的物理就學習過，聲音是由物體的振動產生的： ①振幅：聲音響度的強弱。 ②頻率：聲音音調的高低。 （人耳所能聽到的頻率范圍是20HZ～20000HZ） 引出聲音傳遞和存儲方式轉變 以前聲音存儲在磁帶、黑膠唱片等設備中，是以模擬信號存儲和傳遞的，弊端是在長時間存儲和傳遞的過程中容易失真，產生噪聲的，所以要想將聲音長久的保存帶來就需要聲音數字化也就是聲音編碼的過程。 教師提問 結合我們前面所學習的圖像編碼知識，聲音編碼的第一步是什么呢？ 核心知識點講解 聲音采樣 教師在坐標軸上描出模擬信號每秒的采樣點，并讓學生理解采樣的概念是每間隔（通常是一秒）采取數個采樣點，并通過對比分析每秒采樣的點不相同，對聲音的還原度也不相同，從而得出兩個知識點： ①采樣頻率：每秒采樣聲音的次數，單位為赫茲 (Hz)。 ②采樣頻率越高聲音還原度越好；但記錄數據越多，存儲容量越高。 體驗任務 感悟48000Hz與28000Hz 利用GoldWave打開《怒放的生命1》，將其原始采樣頻率48000Hz改為20000Hz，比較不同采樣頻率的音頻質量。 聲音量化 教師在坐標軸上通過演示法演示聲音量化的過程，讓學生感悟什么是聲音量化，同樣通過對比8級量化和16級量化對聲音質量的影響，得出以下三個知識點： ①采樣頻率 量化位數 表示量化值的二進制位數。 ②量化位數越多，聲音越接近原始信號，音頻的質量越好；但所占存儲容量也越大。 ③用三位二進制表示8級量化，四位二進制表示16級量化。 體驗活動 結合所學知識，將10進制的量化值轉換成二進制。 *參考答案 深層任務 繪制數字信號的聲音曲線 *參考答案 （0代表低位，1代表高位。） 聲音編碼 教師依次講解未壓縮、無損壓縮、有損壓縮。 ①未壓縮 聲音質量高，所占存儲容量較大 （WAV） ②無損壓縮 無損壓縮：還原壓縮數據后，與壓縮前相同，通過改變排列方式，縮小文件大小。 如： AAACCCCCCCCC ——A03C09 ③有損壓縮 通過對比未壓縮和有損壓縮的差異，猜測哪個是有損壓縮，得出結論： 有損壓縮：損失信息，提高壓縮比 例，減少容量。 布置體驗任務 不同格式/壓縮方式對文件大小的影響。 學生稍作思考并集體回答。 學生任務： 回憶上節課所學習的圖像編碼的知識，回憶聲音編碼的第一步是聲音采樣。 學生任務： 通過對比感悟聲音采樣的過程，內化聲音采樣的概念和方法。 體驗活動： 學生自己動手將教師提供的音樂更改成不同采樣頻率，體驗不同采樣頻率對聲音質量的影響。 學生任務： 通過對比感悟獲取知識點： ①采樣頻率：量化位數：表示量化值的二進制位數。 ②量化位數越多，聲音越接近原始信號，音頻的質量越好；但所占存儲容量也越大。 ③用三位二進制表示8級量化，四位二進制表示16級量化。 體驗活動： 結合所學知識，將10進制的量化值轉換成二進制。 深層任務： 體驗繪制數字信號的聲音曲線 學生任務： 在教師的講解下，體驗不同壓縮方式對聲音質量的影響。 體驗活動： 感受不同格式/壓縮方式對文件大小的影響。 學生經過初中物理的學習，對聲音有一定的了解，初中物理的知識點中有關于聲音的案例更多的是模擬信號，學生對模擬信號和數字信號的詞并不陌生，以學生的知識經驗為基礎，先理清相關的知識概念，再通過告知學生模擬信號在傳遞的過程中容易失真，產生噪聲，所以需要將模擬信號轉換成計算機能識別的數字信號，從而引出聲音數字化（聲音編碼）的知識。 圖像編碼的過程包括：采樣、量化、編碼，聲音編碼與圖像編碼一樣，同樣需要這幾個過程，學生結合圖像編碼的過程推出聲音編碼的過程。 教師通過描點在坐標軸上演示聲音采樣的過程，幫助學生理解聲音采樣的概念。 學生在小學階段就學習過如何使用gold wave軟件，能夠通過親自動手實踐更改音頻文件的頻率，學生通過動手體驗，能夠更進一步的理解不同采樣頻率對音頻文件的影響。 同樣通過坐標軸上描點繪制曲線，戛納首不同量化分解對聲音質量的影響。 學生在之前的課就學習過禁止之間的轉換，因此，通過讓學生親自動手嘗試轉換，既是對之前的課的知識的回顧，也加深了對聲音量化的理解。 設置深層任務，學生通過繪制數字信號的曲線，在繪制的過程中更能夠體會到編碼的過程。 學生對音頻文件的格式并不陌生，主要是學生不明白什么是未壓縮、無損壓縮和有損壓縮。教師通過比較、例舉、實驗等讓學生進一步理解相關的概念。 學生通過體驗，能夠更深入的感受相關的知識點。
三、 課 堂 作 業 請同學們將你喜歡的一首歌進行聲音編碼，每秒采集5個點，并進行相應的量化，量化等級為16級，并繪制出數字化圖像。 學生在課后完成相應的作業。 將所學知識運用到實際，檢測學生的知識掌握情況和動手實踐能力。
四、 知 識 擴 充 補充一 教師總結影響聲音質量的因素并進一步提問經過我們課前的討論和相關知識點的講授，還有別的因素嗎？——人耳接收聲音的差異。 相關知識 ①聲道數：聲音錄制時的音源數量或回放時相應的揚聲器數量 ②單聲道、雙聲道、環繞聲 補充二： 音頻文件儲存容量的計算公式：音頻文件儲存容量（未壓縮）= 采樣頻率×量化位數×聲道數× 時間（秒）/8（字節） 練習： 例：一首60s的雙聲道音頻，采樣頻率為44.1kHz，量 化位數為16，計算該音頻所占的存儲容量。 *參考答案 44100×16×60×2/8= 10584000B ≈ 10MB 學生思考 練習： 例：一首60s的雙聲道音頻，采樣頻率為44.1kHz，量 化位數為16，計算該音頻所占的存儲容量。 補充的兩個知識點也與音頻質量息息相關，學生有必要掌握，本節設置的目的在于幫助學生學習和掌握相關的知識點。 學生通過練習加深對知識點的理解和掌握。
五、課后總結 總結本節課的知識內容。 學生自主總結。 加深對本節課知識的印象。

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