《图像编码》-教案-2021-2022学年高中信息技术华东师大版（2020）必修1

《声音编码》
基本信息
学科 信息技术 实施年级 高一
学校 主备人
课程标准模块 必修1：数据与计算
使用教材 华东师范大学出版社《高中信息科技（第一册）（试用本）》
单元名称 数据与大数据
单元课时 9课时(第？课时)
教学设计
第？课时 图像编码
1.课时教材分析 本课时选自教材第一章第二节“数字化与编码”，这一节的任务主题是“制作电子书”。为了制作电子书中的一篇电子文章“2021级SDFZ新生入学感想”，上节课讲解了字符编码（西文和中文编码），本节课就要探讨图像编码，下节课则是声音编码。本课核心在于利用机房的现有软件和硬件来”拍摄图像并保存到计算机，处理图像以满足电子文章的指定要求”。在完成这个子任务的过程中，探究影响图像文件大小的因素，推导图像文件大小的计算公式。
2.课时学情分析 通过之前的学习，学生已经知道了信息数字化的重要性，知道完成任务“制作电子书”需要学习哪些编码方法，并且已经在上一节课中完成了子任务“西文编码和汉字编码”，知道如何数字化电子文章的标题“2021级SDFZ新生入学感想”。在上一节课中，通过Python编程，探索了如何通过键盘按键’q’（通过修改代码，可以使用其它按键）关闭摄像头拍照的窗口。 有了以上的理论和实际操作Python编程环境的基础，本课就可以继续通过Python编程，使用摄像头拍照并保存和初步处理图像。配合画图软件的使用，进一步处理图像。最后使用Python编程，体验图像的颜色空间。
3.课时学习目标 1. 解释像素、分辨率和位深度的概念（信息意识） 2. 知道像素是图像宽度和高度的单位。（信息意识） 理解分辨率、位深度与图像文件大小的关系，能推导出图像文件大小的计算公式。（计算思维） 习惯数字化工具的使用，更加熟悉Python编程环境
4.课时教学思想 项目式学习，设计了4个活动。
5.课时教学重点 图像数字化的基本原理
6.课时教学难点 运用数字化工具，从结果出发去探索分辨率、位深度与图像文件大小的关系。
7.课时教学策略与工具 用项目活动“新的校刊文章直接制作成电子的——采访入学新生，撰写专栏。”贯穿整个第二节“数字化与编码”的学习。本节课则是完成其中的子活动“利用机房的现有软件和硬件来拍摄图像并保存到计算机，处理图像以满足电子文章的指定要求”。本节课用Python编程实现图像的数字化，让学生的学习不是浅尝辄止，而是深入实际应用。 活动1-3都是为了完成子活动而设计的，每个活动都伴随着关键问题和追问，方便教师引导学生从这几个活动的结果中探究影响图像文件大小的因素。新知学习自然的穿插在3个活动中，让学生在探究的过程中保持着对新知学习的热情，进而更容易推导出图像文件大小的计算公式，最终提高学生的计算思维。 活动3提供了视频“活动3操作步骤.mp4”，方便学生自学完成。 活动4的HSV颜色空间中的魔法笔设计目的在于通过体验拓展学生视野，提升学生的信息意识。 授课条件：机房环境、Python开发，画图软件。
8.教学过程
教学环节 学生活动 教师活动 设计意图 备注
项目活动引入 学生回顾该项目活动不同阶段所需用到的编码方法。 回顾项目活动：新的校刊文章直接制作成电子的——采访入学新生，撰写专栏。上节课完成了文章标题的数字化，本节课需要完成新生受采访的照片拍摄、保存和处理。 通过项目活动引入，激发学习兴趣，让学生快速进入学习状态。 1分钟
活动一：使用Python程序拍摄图像,保存到计算机 学生回答：摄像机，摄像头。 学生完成活动1，使用学生机自带的摄像头拍摄多张照片并保存，并且查看图像文件的大小，完成学习单中活动1的填空题。 回答：一样大。 回答：大小都是901KB，跟拍摄的内容无关。 老师提问：计算机进行图像编码所需的硬件设备是什么？ 学生回答出硬件设备后，开始拍摄图像并保存，进入活动1。 老师演示活动1的Python代码运行方法，请同学带着以下问题进行活动1，并完成学习单中活动1的填空题。 关键问题：当拍摄的图像内容只有你，和拍摄的图像内容有你和同桌的时候，哪个图像文件的大小更大？ 教师追问：图像文件的大小都是多少？文件大小跟所拍摄的内容有关吗？ 通过编写代码直接操作普通摄像头的方式，能让学生更直观的体会到图像的数字化过程——软件控制硬件工作的过程。 通过结果，学生能直观的得到结论：图像文件大小跟所拍摄的内容无关。 5分钟
活动二：调整图像宽度和高度,保存到计算机 学生完成活动2。 回答：原来那张大。 回答：跟图像的宽度和高度有关。 可能的回答：单位是米，不知道。 教师解释两段Python代码。请同学思考：比较这两个地方的宽度和长度的设置，你们觉得运行这两部分代码后，分别保存得到的图像文件的大小关系是怎样的？ 演示活动2的操作方法，请同学带着以下问题进行活动2，并完成学习单中活动2的填空题。 关键问题：原图像pic1.bmp和pic1resized.bmp（调整后）的图像，哪个图像文件的大小更大？ 教师追问：图像文件的大小跟什么有关？图像宽度和高度的单位是什么？ 先解释代码让学生思考，然后让学生运行代码，根据代码执行的结果反思自己之前的预判是否正确，最后让学生总结结论，引出新知学习——像素。 4分钟
新知一：像素和分辨率 回答：几厘米 回答：像素 可能回答：黑色多余白色则用1，否则用0。只要有一点黑色就用1，否则用0。 回答：看上去很抽象。看上去黑马赛克。 回答：增加像素的个数。 提问：一张一寸照片长宽是多少？ 教师展示知乎的答案，发现照片的长度单位中，不仅有厘米，还有像素。 教师讲解并推导像素和厘米的关系，最后回答活动2的代码段，提问：你们觉得这段代码中的宽度和长度的单位是什么？ 使用苹果图像解释水平像素个数、垂直像素个数。 提问：黑色的像素用1表示，白色的用0表示，部分黑部分白的怎么表示？ 展示编码后的苹果图片，提问：你们觉得数字化后的苹果图像看上去怎么样？ 你们觉得怎样可以让苹果图像看上去更自然，更接近原图？ 展示彩色苹果的原图和数字化后的苹果图像，这就是增加像素后的结果。像素的总个数就是分辨率。 依旧从实际生活所需（一寸照片）出发，让学生深入理解像素是图像尺寸的单位。 通过对黑白苹果的编码结果的观察引出分辨率的概念。 展示增加像素个数后的彩色苹果图，让学生更直观的理解分辨率对图像质量的影响。 6分钟：影响图像文件大小的因素->分辨率
活动三：用画图软件编辑图像，改变图像文件大小 学生根据教师下发的视频“活动3操作步骤.mp4”完成活动3，完成学习的的表格填写。 在电子文章中插入图像会增大该文章的文件大小，故需要探索更多减小图像文件大小的方法。请使用画图软件的另存为功能，得到以下4个图像文件。 操作视频不超过3分钟，学生能轻松的完成活动3以及学习单的任务，会有成就感。 7分钟
新知二：位深度 回答：1位，4位，8位，24位。 学生回答关键问题： 位深度 教师带领学生比较多个文件的大小，主要从文件大小的倍数关系进行分析： 为了解释几个文件之间的倍数关系，引入位深度的概念 使用黑白苹果和彩色苹果解释位深度的概念。解释颜色总数和位深度的关系，然后探索以上多个文件的位深度。 提问：这个几个文件的位深度分别是多少？ 关键问题：图像文件的大小跟什么有直接关系？ 总结，请同学推导图像文件的大小计算公式： 从活动的结果推导原因，这样的活动能让学生有思考的动力。 6分钟：板书，影响因素->位深度。图像文件大小的计算公式。
新知识三：RGB颜色空间 学生聆听 先后讲解RGB颜色空间，用画图软件演示。然后介绍HSV颜色空间。 知识拓展，颜色空间不是只有RGB，还有其它的。 3分钟
活动四：HSV颜色空间中的魔法笔 学生体验活动4：学生拿出蓝色的笔，在空中画出轨迹，用摄像头将笔的运动轨迹绘制在摄像头拍摄窗口中。如果用其它颜色的笔就不能绘制出笔的运动轨迹。但只要求是蓝色的笔，哪种蓝都可以。 请学生体验活动4：基于颜色空间HSV的魔法笔。 这个有趣的活动，让学生体验到HSV颜色空间的应用场景。提高学生的信息意识，即不同的颜色空间有不同的应用场景。 5分钟
小结 回答： 分辨率和位深度 RGB和HSV 请学生回顾： 影响图像文件大小的因素 颜色空间 通过总结，梳理本节课所学知识。 1分钟
拓展作业 对于练习作业纸上的手写数字9，你估计它对应的正方形图片的分辨率是多少？ 300*300 B. 20*20 C. 1*1 为人工智能的手写数字识别打基础 1分钟
9.课时预期效果
本课的专业知识较多，数字化学习的工具也比较多，预计通过4个活动，学生对这些专业知识的记忆和理解会更加深刻。