1.3 數(shù)據(jù)采集與編碼（教學(xué)設(shè)計(jì)）-【上好課】高中信息技術(shù)必修1數(shù)據(jù)與計(jì)算同步高效課堂（浙教版2019）

1.3數(shù)據(jù)采集與編碼（教學(xué)設(shè)計(jì)）年級(jí)高一授課時(shí)間課題1.3數(shù)據(jù)采集與編碼教學(xué)目標(biāo)1.了解數(shù)據(jù)采集的常用方法。（學(xué)科核心素養(yǎng)：信息意識(shí)）2.掌握模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的一般過(guò)程。（學(xué)科核心素養(yǎng)：信息意識(shí)、計(jì)算思維）3.掌握二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)化方法。（學(xué)科核心素養(yǎng)：信息意識(shí)、計(jì)算思維）4.正確認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)，提升信息安全意識(shí)，增強(qiáng)信息社會(huì)責(zé)任感。（學(xué)科核心素養(yǎng)：信息意識(shí)、信息社會(huì)責(zé)任）教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的一般過(guò)程，掌握進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。難點(diǎn)：掌握二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)化方法。教學(xué)準(zhǔn)備多媒體網(wǎng)絡(luò)教室ppt教學(xué)課件學(xué)習(xí)資源包、學(xué)習(xí)任務(wù)單教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)新課導(dǎo)入游戲?qū)耄后w驗(yàn)天天跳繩APP具體要求：請(qǐng)2-3名同學(xué)依次參加天天跳繩APP中的跳繩活動(dòng)，其他同學(xué)認(rèn)真觀看。思考：顯示屏上不斷顯示出這位同學(xué)跳繩的數(shù)據(jù)，你知道這些數(shù)據(jù)是怎么傳輸?shù)狡聊恢械膯?？教師總結(jié)：實(shí)際上人類(lèi)要想獲取數(shù)據(jù)，就要先采集數(shù)據(jù)。今天咱們就來(lái)學(xué)習(xí)一下數(shù)據(jù)的采集與編碼。新知講授任務(wù)一：了解數(shù)據(jù)采集的常見(jiàn)方式（6min）自主閱讀課本，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)歸納數(shù)據(jù)采集的常用方式，并舉例說(shuō)明，填寫(xiě)下表，班內(nèi)分享，互相補(bǔ)充。學(xué)習(xí)任務(wù)單：數(shù)據(jù)采集的常用方式及實(shí)例常用方式實(shí)例分析不同數(shù)據(jù)采集方式采集數(shù)據(jù)的效率和數(shù)據(jù)量的不同？任務(wù)二：模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)(10min)1.以小組為單位，結(jié)合課本和網(wǎng)絡(luò)資源總結(jié)歸納模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)定義：是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)。它可以在一段連續(xù)的時(shí)間范圍內(nèi)，在一定的取值范圍內(nèi)可以取任意值，其代表信息的特征量可以是瞬時(shí)值的幅度、相位、頻率等。比如日常生活中的溫度、壓力、聲音的聲波等都是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)定義：數(shù)字信號(hào)是一種離散的信號(hào)，它是將信息用一系列離散的數(shù)值來(lái)表示。具體來(lái)說(shuō)，數(shù)字信號(hào)在時(shí)間和幅度上都是離散的、不連續(xù)的，通常只取有限個(gè)特定的值。這些值可以用二進(jìn)制數(shù)字（0和1）來(lái)表示，通過(guò)不同的編碼方式來(lái)傳達(dá)各種信息。數(shù)字信號(hào)具有抗干擾能力強(qiáng)、便于存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2.結(jié)合課本和網(wǎng)絡(luò)資源總結(jié)模擬信號(hào)數(shù)字化的過(guò)程。任務(wù)三：數(shù)制轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制：位權(quán)展開(kāi)法：用R進(jìn)制數(shù)的每一位乘以R的n次方,n是位數(shù),從R進(jìn)制數(shù)的整數(shù)最低位開(kāi)始,依次為0,1,2…累加例如,2進(jìn)制數(shù)1011,使用位權(quán)展開(kāi)法,即1*2^0+1*2^1+0*2^2+1*2^3十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制短除倒取余法：十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制位權(quán)展開(kāi)法：十進(jìn)制轉(zhuǎn)16進(jìn)制短除倒取余法：5.m進(jìn)制轉(zhuǎn)n進(jìn)制:以十進(jìn)制為中介二進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制:每四位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為一位十六進(jìn)制數(shù);若二進(jìn)制數(shù)位個(gè)數(shù)不是三的倍數(shù),則在前面補(bǔ)0.例如:二進(jìn)制數(shù)101101有6位,在前面補(bǔ)兩個(gè)0就有:00101101;每四位轉(zhuǎn)換成一個(gè)八進(jìn)制數(shù),0010=2,1101=1+4+8=13=D;即101101=2D.二進(jìn)制轉(zhuǎn)八進(jìn)制:每三位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為一位八進(jìn)制數(shù);若二進(jìn)制數(shù)位個(gè)數(shù)不是三的倍數(shù),則在前面補(bǔ)0.例如:二進(jìn)制數(shù)01101有5位,在前面補(bǔ)一個(gè)0就有:001101;每三位轉(zhuǎn)換成一個(gè)八進(jìn)制數(shù),001=1;101=1+4=5;即01101=15.任務(wù)四：常見(jiàn)數(shù)據(jù)編碼。字符編碼ASSIIC碼ASCII碼是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼的簡(jiǎn)稱(chēng)，ASCII碼是基于拉丁字母的一套電腦編碼系統(tǒng)，主要用于顯示現(xiàn)代英語(yǔ)和其他西歐語(yǔ)言。它是目前最通用的信息交換標(biāo)準(zhǔn)，主要用于在不同計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)化。ASCII碼使用指定的7位或8位二進(jìn)制數(shù)組合來(lái)表示128或256種可能的字符。標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼也叫基礎(chǔ)ASCII碼，使用7位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示所有的大寫(xiě)和小寫(xiě)字母，數(shù)字0到9、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，以及在美式英語(yǔ)中使用的特殊控制字符。漢字編碼漢字編碼主要常見(jiàn)類(lèi)型GB2312是我國(guó)早期的漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)，收入6763個(gè)漢字和682個(gè)非漢字圖形字符。BIG5主要在港澳臺(tái)地區(qū)使用的繁體漢字編碼。GBK對(duì)GB2312的擴(kuò)展，包含的漢字更多。GB18030是我國(guó)自主研制的超大型中文編碼字符集標(biāo)準(zhǔn)。UTF-8是一種通用的字符編碼方案，能表示各種語(yǔ)言的字符，包括漢字漢字編碼的基本流程：條形碼和二維碼二維碼：聲音編碼數(shù)據(jù)量（字節(jié)/秒）=(采樣頻率（Hz）*采樣位數(shù)（bit）*聲道數(shù))/8其中，單聲道的聲道數(shù)為1，立體聲的聲道數(shù)為2。例：一段長(zhǎng)1分鐘雙聲道、16位采樣位數(shù)、44.1kHz采樣頻率音頻文件不壓縮數(shù)據(jù)量是多少？解：數(shù)據(jù)量=（采樣頻率×采樣位數(shù)×聲道數(shù)×?xí)r間）/8得，數(shù)據(jù)量=[44.1×1000×16×2×（1×60）]/（8×1024×1024）=10.094MB圖像編碼（1）位圖圖像：也稱(chēng)點(diǎn)陣圖像或柵格圖像，是由稱(chēng)作像素（圖片元素）的單個(gè)點(diǎn)組成的，可以有效地表現(xiàn)陰影和顏色的細(xì)節(jié)層次。（2）矢量圖：也稱(chēng)面向?qū)ο蟮膱D像或繪圖圖像，在數(shù)學(xué)上定義為一系列由線連接的點(diǎn)，以幾何圖形居多，它的特點(diǎn)是調(diào)大后圖像不會(huì)失真，和分辨率無(wú)關(guān)。每個(gè)像素所占的位數(shù)。每個(gè)像素的位數(shù)，大體有如下幾類(lèi)。1位，（單色）；4位：（16色）；8位（256色）；16位（64K色，高彩色）；24位（16M色，真彩色）；32位（4096M色，增強(qiáng)型真彩色）。在計(jì)算機(jī)中的最小的存儲(chǔ)容量單位為Bit。即為位。圖像文件存儲(chǔ)量的計(jì)算公式：存儲(chǔ)量=水平像素×垂直像素×每個(gè)像素所需位數(shù)\8（字節(jié)）例：一張分辨率為６４０×４８０，３２位色彩的圖像，其文件大小約為（C）。Ａ、３０ＭＢＢ、１２２ＭＢＣ、1.2ＭＢＤ、２ＭＢ文件大小=６４０×４８０×32/8/1024/1024≈1.2MB.視頻編碼視頻編碼是指通過(guò)特定的壓縮技術(shù)，將原始視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的方式。其目的是為了減少視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間和傳輸帶寬，同時(shí)保持視頻質(zhì)量的可接受程度。在視頻編碼過(guò)程中，通常會(huì)采用各種算法和技術(shù)來(lái)去除視頻中的冗余信息，例如空間冗余、時(shí)間冗余和統(tǒng)計(jì)冗余等。常見(jiàn)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)包括H.264、H.265、MPEG-2、MPEG-4等。這些標(biāo)準(zhǔn)定義了視頻編碼的語(yǔ)法、語(yǔ)義和壓縮算法，以確保不同的視頻編碼實(shí)現(xiàn)之間的兼容性和互操作性。不同的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)和算法具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，選擇合適的視頻編碼方式取決于具體的需求，如視頻質(zhì)量要求、帶寬限制、設(shè)備性能等。同時(shí)，視頻編碼技術(shù)也在不斷發(fā)展和演進(jìn)，以適應(yīng)不斷提高的視頻質(zhì)量和傳輸需求。課堂練習(xí)1.模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)的一般流程為（）A.采樣、量化、編碼B.量化、采樣、編碼C.編碼、量化、采樣D.采樣、編碼、量化正確答案：A答案解析：模擬信號(hào)數(shù)字化的一般流程為采樣、量化、編碼，故本題正確答案是A。2.一幅未經(jīng)壓縮800×600像素的２５６色的風(fēng)景圖片的大小約為（）ＫＢ。Ａ、１２２８Ｂ、４８０Ｃ、２４００Ｄ、３０７２００正確答案：B答案解析：根據(jù)圖片存儲(chǔ)容量計(jì)算公式得：大小為=水平像素×垂直像素×位深/8（B）.因?yàn)?56色=2^8,故位深為8，本題圖片大小=800×600×8/8/1024≈480KB,故本題正確答案為B.3.一段時(shí)長(zhǎng)為10秒鐘、采樣頻率為44.1kHz、量化位數(shù)為16位、雙聲道的Wave格式音頻，其存儲(chǔ)容量約為多少（）A.200KBB.300KBC.215KBD.400KB正確答案：C答案解析：根據(jù)音頻文件存儲(chǔ)容量計(jì)算公式==采樣頻率×量化位數(shù)×聲道數(shù)×?xí)r間（s）÷8（B）.故本題文件大小=44.1×1000×16×2×10/8/1024≈215KB,故本題正確答案為C.課堂小結(jié)學(xué)生思考并總結(jié)分享本節(jié)課收獲，各同學(xué)之間互相補(bǔ)充。教師出示本節(jié)課思維導(dǎo)圖，并總結(jié)提升，幫助學(xué)生了解數(shù)據(jù)采集得常用方法和不同類(lèi)型得數(shù)據(jù)其采集方式和編碼方式得不同。能夠?qū)W會(huì)估算不同類(lèi)型得數(shù)據(jù)所占存儲(chǔ)容量的大小，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)正確的看待數(shù)據(jù)采集。雖然數(shù)據(jù)采集能為各領(lǐng)域的發(fā)展提供基礎(chǔ)，能夠提升效率和優(yōu)化決策，改善服務(wù)和用戶體提升用戶滿意度，促進(jìn)資源合理配置，但是所有的數(shù)據(jù)采集都必須嚴(yán)格遵守法律法規(guī)，保護(hù)個(gè)人隱私和敏感信息不被非法濫用。重視數(shù)據(jù)的安全性，防止數(shù)據(jù)泄露、被篡改或被惡意利用。本節(jié)課思維導(dǎo)圖如下：作業(yè)設(shè)計(jì)1.完成分層作業(yè)。2.在生活中我們對(duì)數(shù)據(jù)的采集與利用一直都在，作為一名中學(xué)生你認(rèn)為在數(shù)據(jù)采集方面我們應(yīng)該如何去