探究計算機中數(shù)據(jù)表示

1、 探究計算機中數(shù)據(jù)表示 田凌摘要：在我國中高考新一輪改革的背景下，項目式學(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)用項目式教學(xué)理念，對上教版“認識數(shù)據(jù)編碼”單元設(shè)計了2課時的項目教學(xué)案例，讓學(xué)生在項目活動中積極主動建構(gòu)知識，提高問題解決和協(xié)作交流能力。關(guān)鍵詞：認識數(shù)據(jù)編碼;項目式教學(xué);信息技術(shù)中圖分類號：g434 文獻標識碼：a 論文編號：1674-2117（2019）18-0017-03探究計算機中數(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，進一步探索數(shù)據(jù)在計算機中的編碼方式，為下一節(jié)的數(shù)據(jù)處理與運用打下基礎(chǔ)。本節(jié)的學(xué)業(yè)目標是：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。對高一學(xué)生而言，初中時雖然已經(jīng)學(xué)過數(shù)值型數(shù)據(jù)的二進制編碼方式，但對如何實現(xiàn)二進制和十進制的轉(zhuǎn)換，以及原碼、補碼和反碼的知識大多沒有接觸到。有部分學(xué)生學(xué)習(xí)過聲音和圖片的簡單處理技術(shù)，但對其編碼方法沒有了解過。所以，這一章節(jié)教學(xué)的重點是讓學(xué)生了解二進制和十進制間的轉(zhuǎn)換方法，知道原碼、補碼和反碼的由來和意義;教學(xué)難點是了解聲音、圖片的數(shù)字化過程。這一章節(jié)的內(nèi)容相對枯燥，有許多概念如量化、采樣相對較難理解，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)采用項目教學(xué)方式，把知識點融入到項目

3、活動中，通過項目任務(wù)來牽引學(xué)生的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)與研究實踐中自主地、主動地認知和學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，并運用已有的知識和掌握的新知識，完成任務(wù)，培養(yǎng)解決問題的能力。 項目背景某校正籌備評選“學(xué)校之星”的活動，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)生及時展示參選學(xué)生的風(fēng)采，學(xué)校開發(fā)了一個微信小程序，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，每個小組的任務(wù)就是將這些信息數(shù)字化后存入計算機進行處理。由于計算機采用二進制來存儲和表示數(shù)據(jù)，因此數(shù)字化的過程就是將這些數(shù)據(jù)進行二進制編碼，而且數(shù)據(jù)類型不同，編碼的方式也不同。為了完成此項目，學(xué)生應(yīng)該先給每位參選學(xué)生設(shè)置一個

4、編號，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，直觀感受文本符號的編碼方法，進而擴展到中文字符等相關(guān)知識點;最后，學(xué)生通過錄音和照片的處理，初步了解聲音、圖片數(shù)據(jù)的編碼方式。本教學(xué)項目計劃用2課時來完成。 項目具體過程第一個課時，主要通過兩個活動，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?；顒右皇亲寣W(xué)生以小組為單位分析本校學(xué)籍號編碼規(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)計一套編號規(guī)則。該校有高一、高二、高三共三個年級，每個年級15個班，每個班推薦12名學(xué)生，保證每個參選學(xué)生擁有唯一的編號，并能體現(xiàn)所在班級和性別。在班級內(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)生分析對比規(guī)則的合理性。有了活動一中對生活中編碼的分析，學(xué)生能初步體會數(shù)據(jù)編碼的意義。在活動二中，基于學(xué)生已有的二進制代碼的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，設(shè)置了一個“解密”活動。學(xué)校德育處根據(jù)評選要求，對每位參選“學(xué)校之星”的學(xué)生計算出一個分數(shù)，這個分數(shù)會和之后的網(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)分數(shù)，由高到低評選出十名“學(xué)校之星”。為了評選結(jié)果的保密性，學(xué)校對評分結(jié)果進行了加密，請各小組拿到結(jié)果后解密，以便進行最后的統(tǒng)計工作。在完成項目時，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)生交流完成活動時遇到的問題，還要適當引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)新的問題，如帶小數(shù)點數(shù)字的編碼，中文漢字為何要占用兩個字節(jié)，為什么字符有這么多不同的編碼方式等，將知識點融入到學(xué)生的探究中，能激發(fā)學(xué)生自主探究的動力。第二個課時，計劃用兩個活動讓學(xué)生體會聲音和圖片數(shù)據(jù)的基本編碼方式。在活動三里，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，請學(xué)生探究哪些參數(shù)會對音頻

7、文件大小與音質(zhì)產(chǎn)生影響?；顒娱_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)對音頻文件大小及音質(zhì)的影響。通過表1能發(fā)現(xiàn)采樣頻率、量化位數(shù)對聲音質(zhì)量和大小的影響。但怎樣了解采樣頻率和量化兩個概念這個難點呢？為此，教師給每個小組一張聲音波形圖，讓學(xué)生在

8、上面自己畫采樣點，然后根據(jù)量化位數(shù)，標出刻度線，將采樣點按近似的方式標記到幅度極數(shù)上，最后選取其中幾個點轉(zhuǎn)化為4位二進制數(shù)。經(jīng)過這些步驟，學(xué)生能將采樣和量化兩個概念直觀展示出來，更易理解。這個活動后，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?；顒铀睦?，學(xué)校要求參加“學(xué)校之星”評選的學(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，請分析哪些參數(shù)會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，觀察其對圖像呈現(xiàn)效果和文件

9、大小的影響，并記錄到如上頁表2中。再對比轉(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圖像文件大小的影響。通過記錄，學(xué)生能直觀感受到這些因素對圖像大小和質(zhì)量的影響，再結(jié)合學(xué)案給出的圖像數(shù)字化過程，分辨率、顏色深度等復(fù)雜概念變得直觀、生動，更易被理解。 項目教學(xué)反思學(xué)生經(jīng)過這樣完整的項目設(shè)計，從活動中發(fā)現(xiàn)問題，再結(jié)合知識鏈接，主動探究解決問題的方法。在這四個活動中，還可根據(jù)學(xué)生的層次進行一些擴展任務(wù)設(shè)置?；顒佣校绻械男〗M快速完成了解密活動，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;活動三中，若有小組率先完成聲音數(shù)字化過程的繪圖步驟后，可在網(wǎng)上探究“計算機是如何把數(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，在項目開展的過程中，教師要密切關(guān)注學(xué)生完成活動過程中的學(xué)習(xí)情況，掌握學(xué)生自主學(xué)習(xí)的進度，發(fā)現(xiàn)學(xué)生探究過程中存在的問題，了解學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)情況并能及時給予指導(dǎo)，只有這樣，才能提高學(xué)生項目完成效率，激發(fā)學(xué)生探究的熱情。參考文獻：