第1章 认识数据与大数据 1.2数字化与编码 教案（表格式）-高中教学同步《信息技术-数据与计算》（人教-中图版2019）

《信息技术-数据与计算》教案
课 题 第1章 认识数据与大数据1.2数字化与编码 课 型 班课 课 时 1
授课班级 高一1班
学习目标 了解数字化的意义与作用：学生应能理解数字化在现代社会中的重要作用，包括它如何改变我们的学习、生活和工作方式。通过具体例子（如数字图书馆、数字医疗设施等），学生将感受到数字技术对日常生活的深远影响。 理解数据编码的基本方式：学生需要掌握模拟信号与数字信号的区别，以及它们之间的转换方法。此外，学生应能合理选用数字化工具解决问题，并能够感受数字化工具的优势。 掌握二进制及其在计算机中的应用：学生应理解和掌握二进制数的基本原理，包括它的基数、进位规则和权值概念。同时，学生应能进行十进制与二进制之间的转换，并了解八进制和十六进制与二进制的关系。 理解数据编码的重要性：通过学习字符编码、声音编码、图像与视频编码的原理和方法，学生应能认识到数据编码在信息存储、检索和使用中的重要性。特别是理解不同编码方案（如ASCII、Unicode、UTF-8等）的应用和重要性。 了解数据压缩的概念与应用：学生应掌握无损压缩和有损压缩的区别，并了解它们在实际中的应用场景。通过具体实例，学生应能理解数据压缩对于减少存储空间占用和缩短传输时间的重要性。
学习重难点 教学重点 数字化的意义与作用 强调数字化在现代社会中的广泛应用，包括数字图书馆、数字医疗、安保系统等，以及它如何改变了我们的学习、生活和工作方式。 通过具体例子展示模拟信号与数字信号的区别，并解释它们之间的转换过程。 数据编码的基本方式 着重讲解二进制的核心概念，包括其基数、进位规则和权值概念。 解释十进制与二进制之间的转换方法，并扩展到八进制和十六进制的相关知识。 详细阐述字符编码（如ASCII、Unicode）、声音编码、图像与视频编码的原理和应用。 数据压缩的概念与应用 介绍无损压缩和有损压缩的基本概念，并通过实例展示它们的应用场景。 解释数据压缩对于减少存储空间占用和缩短传输时间的重要性。 教学难点 模拟信号与数字信号的转换 学生可能难以理解模拟信号如何通过采样、量化和编码转换为数字信号，这需要通过直观的示例和逐步的解释来帮助学生理解。 二进制及其数制转换 二进制的概念对初学者来说可能比较抽象，尤其是进位规则和权值概念。教师需要设计互动练习和游戏来增强学生的理解和兴趣。 数据编码的多样性和复杂性 字符编码、声音编码、图像与视频编码各自有不同的方法和标准，学生可能会感到信息量过大。教师需要通过分步骤讲解和实际案例来帮助学生逐步掌握。 无损压缩和有损压缩的理解 学生可能难以理解无损压缩和有损压缩的区别，以及为什么在某些情况下会选择有损压缩。这需要通过具体的例子和对比分析来加深理解。
教学方法 讲授法：通过教师的讲解来传授关于数字化和数据编码的基础知识，例如解释模拟信号与数字信号的区别、二进制与数制转换的原理等。这种方法能够系统地向学生传达大量的理论知识。 案例分析法：通过具体的实例（如数字图书馆、数字医疗设施、网络商城的商品信息呈现等）来展示数字化在不同领域的应用，帮助学生理解数字化的实际意义和作用。 互动式学习：通过问答、小组讨论等方式促进学生之间的互动，鼓励他们分享对数字化影响的感受和理解，从而加深对课程内容的理解。 实践操作：让学生亲自进行十进制与二进制之间的转换练习，或者使用数字化工具（如音频编辑软件、图像处理软件）进行实际操作，以实践中巩固理论知识。 视觉辅助教学：使用图表、动画或现场演示来直观展示模拟信号与数字信号的转换过程、二进制与其他数制的关系等，使抽象的概念更加易于理解。 归纳总结法：在课程的不同阶段，教师会总结所讲解的关键点，帮助学生梳理知识结构，形成系统化的认识。 启发式教学：通过提出问题或挑战，激发学生的好奇心和探索欲，引导他们独立思考并寻找解决问题的方法，例如探讨为什么需要数据压缩、如何选择适合的压缩方法等。
课前准备 1. 学习目标明确化 确保理解并熟悉教学大纲中的学习目标。 设计课堂活动和讨论主题，帮助学生了解数字化的意义与作用，并感受数字技术对生活的影响。 强调数据编码的基本方式的重要性，并指导学生如何合理使用数字化工具解决问题。 2. 教学内容准备 a. 数字化及其作用 准备相关案例，如数字图书馆、数字医疗设施的实际应用，以展示数字化对社会各方面的影响。 收集和创建模拟信号与数字信号转换的图表和动画，以便在课堂上演示。 b. 二进制与数制转换 准备二进制与其他数制（八进制、十六进制）转换的实例和练习题。 开发或寻找互动式工具或应用程序，让学生实践数制转换。 c. 数据编码 准备关于ASCII码和Unicode编码的详细解释材料。 查找声音、图像和视频文件的采样和编码示例，用于说明数据编码过程。 d. 数据压缩 准备无损压缩和有损压缩的案例研究，例如具体分析MP3和JPEG文件的压缩效果。 收集数据压缩前后的文件，用以展示存储空间和传输效率的提升。 3. 教学资源和技术 确保教室配备了必要的技术设备，如电脑、投影仪、音响系统等。 测试所有数字媒体和在线资源确保它们能在课堂上顺利使用。 4. 互动和评估策略 设计互动环节，如小组讨论、问答游戏等，以提高学生的参与度。 准备课后评估材料，如家庭作业、小测验等，以评价学生对知识点的掌握情况。 5. 学生指导和支持 预习教材，准备针对低、中、高不同水平学生的辅导材料。 设置在线论坛或学习管理系统，供学生提问和分享资源。
教学媒体 文本教材和幻灯片： 提供关于数字化及其作用、模拟信号与数字信号转换、二进制与数制转换以及数据编码等主题的详细解释。 包含图表和示意图，如模拟信号与数字信号的对比图、二进制与十进制数的转换示例。 动画和视频演示： 展示模拟信号如何转换为数字信号的过程，例如语音信号从模拟转换为数字的步骤（采样、量化、编码）。 视频示例展示数字化工具的使用，如数字温度计和数字照相机的工作原理。 互动式学习工具： 在线工具或应用程序，允许学生实践数制转换，例如将十进制数转换为二进制、八进制和十六进制数。 声音和图像的采样与编码模拟器，让学生亲自操作并观察结果。 案例研究和实际应用示例： 通过具体案例（如数字图书馆、数字医疗设施的应用）展示数字化在现实生活中的应用。 分析网络商城如何使用数字化技术呈现商品信息，以及如何通过网络获取和处理数据。 数据压缩工具演示： 展示无损压缩和有损压缩的实例，如使用zip或7z格式压缩文件，并展示压缩前后的文件大小比较。 音频、图像、视频文件的压缩示例（如MP3、JPEG、MPEG格式），说明压缩对存储和传输效率的影响。
教学过程
教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图
活动一： 创设情境 生成问题 开始课程通过展示一段视频，对比传统图书馆与现代数字图书馆的差异。 提出问题：“数字化技术如何改变了我们获取信息的方式？” 观看视频并思考教师提出的问题。 在小组内讨论自己对数字化影响的感受和看法。 利用具体实例让学生直观感受数字化的影响。 激发学生的兴趣和好奇心，引导学生主动思考数字化的实际应用。
活动二： 调动思维 探究新知 介绍模拟信号与数字信号的基本概念和区别。 演示声音从模拟信号到数字信号的转换过程（采样、量化、编码）。 观察教师演示的信号转换过程。 参与互动问答，回答教师关于模拟信号和数字信号转换的问题。 提供理论知识和实际操作的结合，帮助学生深入理解信号转换的过程。 增强学生的实践操作能力和理解深度。
活动三： 调动思维 探究新知 解释二进制、八进制和十六进制的基本概念及其在计算机中的应用。 演示一个十进制数转换为二进制、八进制和十六进制的过程。 观察并记录数制转换的步骤和结果。 尝试自己将给定的十进制数转换成其他进制数。 强化学生对数制转换的理解和应用能力。 培养学生的计算技巧和逻辑思维能力。
活动四： 巩固练习 素质提升 分配包含理论问题和实际计算的练习题，涉及数据编码和压缩的概念。 走动课堂，为需要帮助的学生提供个别指导。 独立完成练习题，应用所学知识解决问题。 与同伴交流解题思路，互相学习和帮助。 通过实际操作巩固学生对课程内容的理解和记忆。 促进学生之间的合作与交流，提高解决问题的综合能力。
课堂小结 作业布置 课堂小结 本节课我们学习了“1.2 数字化与编码”的相关知识，重点内容包括： 数字化及其作用： 信息技术已经深入到社会的各个层面，如数字图书馆、公共场所的数字监控等。 数字化是把复杂多样的事物属性或特征转化为计算机可处理对象的过程，极大地便利了信息的存储、处理和传输。 模拟信号与数字信号： 理解模拟信号（连续函数）与数字信号（离散值）的基本概念。 学习了如何将模拟信号通过采样、量化和编码转换为数字信号，以及反向过程。 二进制与数制转换： 掌握了二进制、八进制和十六进制的基本规则及其在计算机中的应用。 学习了十进制与这些进制之间的转换方法。 数据编码： 了解了字符编码的必要性和常见的字符编码标准，如ASCII和Unicode。 探讨了声音、图像和视频的数字化过程以及数据压缩的概念和技术。 通过本节课，我们不仅了解了数字化的重要性和作用，还学习了如何处理和优化数据以适应不同的应用场景。 作业布置 为了加深对数字化与编码的理解，请完成以下作业任务： 理论题： 简述模拟信号与数字信号的区别及转换过程。 解释二进制、八进制和十六进制之间的转换方法。 实践题： 选择一个日常生活中的声音片段（如说话声、音乐片段），描述如何将其从模拟信号转换为数字信号，包括采样、量化和编码的具体步骤。 使用在线工具或软件进行一个简单的图像文件压缩实验（例如使用zip压缩一个BMP图像文件），记录压缩前后文件大小的变化，并解释可能的原因。 思考题： 讨论数字化技术在你的学习、生活或工作中的应用实例，并思考其带来的便利与挑战。 考虑在未来的信息技术发展中，数字化和编码可能会遇到哪些新的挑战和机遇？
板书设计 1.2 数字化与编码 1.2.1 数字化及其作用 信息技术应用：数字图书馆、公共场所的数字摄像设备、数字医疗设施 数字化改变生活方式：学习、生活、工作更加便捷 模拟信号与数字信号： 模拟信号：连续函数表示（图1.2.3(a)） 数字信号：离散值表示，如“0”和“1”（图1.2.3(b)） 转换过程：采样、量化、编码 1.2.2 二进制与数制转换 二进制：基数为2，逢二进一 十进制转二进制：除2反向取余法 二进制转十进制：按权展开求和 八进制与十六进制： 八进制：基数为8，逢八进一 十六进制：基数为16，逢十六进一 表示方法：例如（27）_8, （FFCC66）_16 1.2.3 数据编码 字符编码：ASCII、Unicode、UTF-8、GB 18030—2005 声音编码：采样频率、量化位数、声道数、时长 图像与视频编码：像素、颜色深度、存储容量计算 数据压缩： 无损压缩：DEFLATE, LZMA 有损压缩：MP3, JPEG, MPEG
教学反思 学习目标回顾 了解数字化的意义与作用，感受数字技术对生活的影响。 理解数据编码的基本方式，合理选用数字化工具解决问题，感受数字化工具的优势。 教学内容概述 数字化及其作用 信息技术的广泛应用 模拟信号与数字信号的定义和区别 数字化在日常生活和社会发展中的实际作用 二进制与数制转换 二进制的基础概念及与其他进制的转换方法 计算机中数值的表示和处理 数据编码 字符、声音、图像与视频的数字化过程 数据压缩的概念和实际应用 教学方法和学生反应 通过具体实例（如数字图书馆、数字医疗设施等）引入数字化的概念，帮助学生形成直观理解。 利用图示辅助解释模拟信号和数字信号的区别，增强学生的视觉记忆。 在讲解二进制与数制转换时，采用互动式提问，引导学生参与思考和实践操作，深化理解。 使用多媒体演示声音和图像的数字化过程，使抽象的概念具体化，更易理解。 教学成效评估 学生能够清楚地描述数字化在生活中的应用，体现出了较好的理解和接受程度。 多数学生能正确进行二进制与十进制之间的转换，但在八进制和十六进制转换上还需要更多的练习。 对于数据编码的理解较为基础，对复杂的编码机制和压缩技术的深入理解尚需加强。 改进措施 增加更多关于先进数字化应用（如智能家居、自动驾驶汽车）的案例讨论，拓展学生的视野。 设计更多与日常生活相关的实践活动，如让学生自行探索不同文件格式的存储和压缩。 提供额外的资源和练习，特别是关于八进制和十六进制的转换，以及数据压缩的原理和应用。 总结 本次课程成功地向学生介绍了数字化和编码的基础知识，并通过多种教学手段激发了学生的学习兴趣。未来教学中，将更加注重实践操作和深入理解的培养，以应对数字技术不断发展的挑战。