探究計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示

1、 探究計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示 田凌摘要：在我國(guó)中高考新一輪改革的背景下，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，重新被關(guān)注和應(yīng)用。本文應(yīng)用項(xiàng)目式教學(xué)理念，對(duì)上教版“認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)編碼”單元設(shè)計(jì)了2課時(shí)的項(xiàng)目教學(xué)案例，讓學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)中積極主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，提高問(wèn)題解決和協(xié)作交流能力。關(guān)鍵詞：認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)編碼;項(xiàng)目式教學(xué);信息技術(shù)中圖分類號(hào)：g434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 論文編號(hào)：1674-2117（2019）18-0017-03探究計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)表示是上教版第一章節(jié)數(shù)據(jù)與信息中第二單元的內(nèi)容，它是在學(xué)生了解數(shù)據(jù)與信息的相互關(guān)系后，進(jìn)一步探索數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的編碼方式，為下一節(jié)的數(shù)據(jù)處理與運(yùn)用打下基礎(chǔ)。本節(jié)的學(xué)業(yè)目標(biāo)是：能夠描述

2、編碼的意義和作用，了解數(shù)值數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)的編碼方法，了解聲音和圖像數(shù)字化的基本方法。對(duì)高一學(xué)生而言，初中時(shí)雖然已經(jīng)學(xué)過(guò)數(shù)值型數(shù)據(jù)的二進(jìn)制編碼方式，但對(duì)如何實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制和十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，以及原碼、補(bǔ)碼和反碼的知識(shí)大多沒有接觸到。有部分學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)聲音和圖片的簡(jiǎn)單處理技術(shù)，但對(duì)其編碼方法沒有了解過(guò)。所以，這一章節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)是讓學(xué)生了解二進(jìn)制和十進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換方法，知道原碼、補(bǔ)碼和反碼的由來(lái)和意義;教學(xué)難點(diǎn)是了解聲音、圖片的數(shù)字化過(guò)程。這一章節(jié)的內(nèi)容相對(duì)枯燥，有許多概念如量化、采樣相對(duì)較難理解，如果采用傳統(tǒng)的教師先講學(xué)生再做的任務(wù)式教學(xué)，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因而，本節(jié)采用項(xiàng)目教學(xué)方式，把知識(shí)點(diǎn)融入到項(xiàng)目

3、活動(dòng)中，通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)來(lái)牽引學(xué)生的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)與研究實(shí)踐中自主地、主動(dòng)地認(rèn)知和學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，并運(yùn)用已有的知識(shí)和掌握的新知識(shí)，完成任務(wù)，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。 項(xiàng)目背景某校正籌備評(píng)選“學(xué)校之星”的活動(dòng)，選出優(yōu)秀的學(xué)生榜樣。學(xué)校要求各班推薦兩名優(yōu)秀學(xué)生，為了向全校學(xué)生及時(shí)展示參選學(xué)生的風(fēng)采，學(xué)校開發(fā)了一個(gè)微信小程序，需要把參選學(xué)生的相關(guān)信息存入小程序里。這些信息類型各種各樣，每個(gè)小組的任務(wù)就是將這些信息數(shù)字化后存入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。由于計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制來(lái)存儲(chǔ)和表示數(shù)據(jù)，因此數(shù)字化的過(guò)程就是將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，而且數(shù)據(jù)類型不同，編碼的方式也不同。為了完成此項(xiàng)目，學(xué)生應(yīng)該先給每位參選學(xué)生設(shè)置一個(gè)

4、編號(hào)，便于系統(tǒng)區(qū)分，學(xué)生能從中了解編碼的意義和作用;接著學(xué)生參與“解密”活動(dòng)，直觀感受文本符號(hào)的編碼方法，進(jìn)而擴(kuò)展到中文字符等相關(guān)知識(shí)點(diǎn);最后，學(xué)生通過(guò)錄音和照片的處理，初步了解聲音、圖片數(shù)據(jù)的編碼方式。本教學(xué)項(xiàng)目計(jì)劃用2課時(shí)來(lái)完成。 項(xiàng)目具體過(guò)程第一個(gè)課時(shí)，主要通過(guò)兩個(gè)活動(dòng)，讓學(xué)生了解數(shù)值型數(shù)據(jù)和文本型數(shù)據(jù)的基本編碼方法?；顒?dòng)一是讓學(xué)生以小組為單位分析本校學(xué)籍號(hào)編碼規(guī)則，了解編碼的功能和意義，而后為參選“學(xué)校之星”的學(xué)生設(shè)計(jì)一套編號(hào)規(guī)則。該校有高一、高二、高三共三個(gè)年級(jí)，每個(gè)年級(jí)15個(gè)班，每個(gè)班推薦12名學(xué)生，保證每個(gè)參選學(xué)生擁有唯一的編號(hào)，并能體現(xiàn)所在班級(jí)和性別。在班級(jí)內(nèi)的編碼規(guī)則分享環(huán)節(jié)

5、，教師要注重從編碼的唯一性和修改編碼的規(guī)則方面引導(dǎo)學(xué)生分析對(duì)比規(guī)則的合理性。有了活動(dòng)一中對(duì)生活中編碼的分析，學(xué)生能初步體會(huì)數(shù)據(jù)編碼的意義。在活動(dòng)二中，基于學(xué)生已有的二進(jìn)制代碼的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，設(shè)置了一個(gè)“解密”活動(dòng)。學(xué)校德育處根據(jù)評(píng)選要求，對(duì)每位參選“學(xué)校之星”的學(xué)生計(jì)算出一個(gè)分?jǐn)?shù)，這個(gè)分?jǐn)?shù)會(huì)和之后的網(wǎng)絡(luò)投票結(jié)果根據(jù)不同的權(quán)重折算并合在一塊，即為學(xué)生的最后得分。最后根據(jù)分?jǐn)?shù)，由高到低評(píng)選出十名“學(xué)校之星”。為了評(píng)選結(jié)果的保密性，學(xué)校對(duì)評(píng)分結(jié)果進(jìn)行了加密，請(qǐng)各小組拿到結(jié)果后解密，以便進(jìn)行最后的統(tǒng)計(jì)工作。在完成項(xiàng)目時(shí)，教師要給學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源包，不僅包含ascii碼表、中文字符的處理方法，還應(yīng)附上

6、各種數(shù)據(jù)編碼方法，以方便學(xué)生探究使用。由于中文編碼較多，可只提供與課堂相關(guān)的部分編碼內(nèi)容，以提高解密效率。在展示環(huán)節(jié)，除了讓學(xué)生交流完成活動(dòng)時(shí)遇到的問(wèn)題，還要適當(dāng)引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，如帶小數(shù)點(diǎn)數(shù)字的編碼，中文漢字為何要占用兩個(gè)字節(jié)，為什么字符有這么多不同的編碼方式等，將知識(shí)點(diǎn)融入到學(xué)生的探究中，能激發(fā)學(xué)生自主探究的動(dòng)力。第二個(gè)課時(shí)，計(jì)劃用兩個(gè)活動(dòng)讓學(xué)生體會(huì)聲音和圖片數(shù)據(jù)的基本編碼方式。在活動(dòng)三里，按照學(xué)校要求，每位參選學(xué)生要錄一段一分鐘以內(nèi)的音頻作為參賽宣言?？墒鞘占囊纛l質(zhì)量參差不齊，有的噪音很大，有的聲音模糊，有的文件很大不利于網(wǎng)上傳播，除去錄音設(shè)備和環(huán)境因素，請(qǐng)學(xué)生探究哪些參數(shù)會(huì)對(duì)音頻

7、文件大小與音質(zhì)產(chǎn)生影響?；顒?dòng)開始，學(xué)生選擇一種音頻編輯軟件，如goldwave或cool edit pro軟件，新建一個(gè)wav文件，設(shè)置采樣頻率為44.1khz，量化位數(shù)為32位，聲道數(shù)為2（立體聲），錄制一段聲音，并將其保存為“錄音1.wav”。保持其他參數(shù)不變，修改采樣頻率為11.025khz，并將文件另存為“錄音2.wav”。比較兩個(gè)文件的大小及音質(zhì)，將結(jié)果填入表1中，并分析原因。模仿上述做法，分別探究量化位數(shù)和聲道數(shù)對(duì)音頻文件大小及音質(zhì)的影響。通過(guò)表1能發(fā)現(xiàn)采樣頻率、量化位數(shù)對(duì)聲音質(zhì)量和大小的影響。但怎樣了解采樣頻率和量化兩個(gè)概念這個(gè)難點(diǎn)呢？為此，教師給每個(gè)小組一張聲音波形圖，讓學(xué)生在

8、上面自己畫采樣點(diǎn)，然后根據(jù)量化位數(shù)，標(biāo)出刻度線，將采樣點(diǎn)按近似的方式標(biāo)記到幅度極數(shù)上，最后選取其中幾個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為4位二進(jìn)制數(shù)。經(jīng)過(guò)這些步驟，學(xué)生能將采樣和量化兩個(gè)概念直觀展示出來(lái)，更易理解。這個(gè)活動(dòng)后，學(xué)生可以把這些影響音頻質(zhì)量的因素告知參選學(xué)生，讓他們重新錄制音質(zhì)更好的參賽宣言?；顒?dòng)四里，學(xué)校要求參加“學(xué)校之星”評(píng)選的學(xué)生上傳照片，可收集的照片大小和質(zhì)量大有區(qū)別，排除攝影技術(shù)和環(huán)境因素，請(qǐng)分析哪些參數(shù)會(huì)影響圖像的大小和質(zhì)量。小組成員利用收集的校園圖片，選擇photoshop軟件，將這些圖像文件統(tǒng)一處理為相同分辨率和顏色深度的bmp文件，然后改變其圖像分辨率和顏色深度，觀察其對(duì)圖像呈現(xiàn)效果和文件

9、大小的影響，并記錄到如上頁(yè)表2中。再對(duì)比轉(zhuǎn)化前的jpg和轉(zhuǎn)換后的bmp圖片大小，分析圖片文件格式對(duì)圖像文件大小的影響。通過(guò)記錄，學(xué)生能直觀感受到這些因素對(duì)圖像大小和質(zhì)量的影響，再結(jié)合學(xué)案給出的圖像數(shù)字化過(guò)程，分辨率、顏色深度等復(fù)雜概念變得直觀、生動(dòng)，更易被理解。 項(xiàng)目教學(xué)反思學(xué)生經(jīng)過(guò)這樣完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，從活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再結(jié)合知識(shí)鏈接，主動(dòng)探究解決問(wèn)題的方法。在這四個(gè)活動(dòng)中，還可根據(jù)學(xué)生的層次進(jìn)行一些擴(kuò)展任務(wù)設(shè)置。活動(dòng)二中，如果有的小組快速完成了解密活動(dòng)，就可以利用網(wǎng)上的“在線轉(zhuǎn)換工具”，了解幾種不同的編碼規(guī)則;活動(dòng)三中，若有小組率先完成聲音數(shù)字化過(guò)程的繪圖步驟后，可在網(wǎng)上探究“計(jì)算機(jī)是如何把數(shù)字化后的聲音和圖像再輸出的”。用這些方式可以滿足不同層次的學(xué)生發(fā)展需要。同時(shí)，在項(xiàng)目開展的過(guò)程中，教師要密切關(guān)注學(xué)生完成活動(dòng)過(guò)程中的學(xué)習(xí)情況，掌握學(xué)生自主學(xué)習(xí)的進(jìn)度，發(fā)現(xiàn)學(xué)生探究過(guò)程中存在的問(wèn)題，了解學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)情況并能及時(shí)給予指導(dǎo)，只有這樣，才能提高學(xué)生項(xiàng)目完成效率，激發(fā)學(xué)生探究的熱情。參考文獻(xiàn)：