探秘教学战“疫”的数字化
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作者:吴静亚
近期，国家向部分省份征集在义教階段开设信息科技课的意见，引起了中小学教师的广泛关注，他们对信息科技与信息技术的区分产生了浓厚的兴趣。本期解码，我们选择高中、小学两个不同学段的教学设计进行对比，启发大家深入讨论“信息科技”的课程价值意义。
● 项目设计依据
本案例内容基于教育科学出版社出版的《信息技术必修1：数据与计算》第3单元第1节数据编码之声音编码。通过引出两个实验比较，让学生了解模拟信号和数字信号的特征，能理解语音信号的模拟数据转换成数字数据的方法，从而掌握声音编码原理;结合UltraEdit编辑器了解声音在计算机内部的存储编码;能够采用计算机领域的学科方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据。通过同一录音不同类型文件的存储空间的比较，引出压缩知识。通过本节学习，学生了解了声音就像文本一样，也是以二进制形式存储在计算机内部的。针对这一部分内容，课程标准中相关要求为：“1.1在具体感知数据与信息的基础上，描述数据与信息的特征，知道数据编码的基本方式。”
● 项目教学目标
基于课程标准的要求和内容、学情的分析，将本项目的教学目标设定为：
（1）通过对声音的数字化采集，比较模拟信号和数据信号的特点，了解声音的数字化过程，理解声音编码的方法和原理。
（2）通过编辑器查看声音在计算机内部的存储方法，并学会音频存储空间的计算，了解压缩的原理。
（3）通过录音，比较双声道、单声道（其他参数都一致）文件大小，比较同一录音文件保存为不同音频格式时产生的文件大小。
其中，教学重点为了解语音信息的模拟数据和数字数据的特征。教学难点为了解声音的数字化方法。
● 项目教学准备
硬件环境：多媒体网络机房、电压传感器、动感式线圈、耳麦。
学习工具：GoldWave软件、UltraEdit编辑器。
项目资源：PPT课件、“模拟信号和数字信号1”视频、“模拟信号和数字信号2”视频、“云端课堂”视频。
● 项目教学过程
1.项目引入
突如其来的新冠肺炎疫情，让云端课堂成了我们学习的主阵地，教师成为网络主播，请同学们观看“云端课堂”视频，思考一下夏老师的课是怎么传递给你的呢？
设计意图：从身边的事例出发，让学生思考教师的声音、图像、视频是如何存储在计算机中的，本课以声音为例，探究声音编码。
2.项目分析
活动1：电压传感器采集动圈式话筒的输出电压、利用GoldWave软件录制声音文件。
知识技能：观看模拟信号和数字信号的特点。
活动要求：声音在电脑里面是什么样子呢？我们来做个实验，请一位同学对着已连接好的话筒说话，观察屏幕上输出的图形（如图1）。用GoldWave软件录制频率为44.1KHz、时长为1秒的双声道音频，观察呈现出的图形（如图2），保存的文件名为“录音.wav”。
3.项目设计
活动2：声音文件在计算机内部的存储。
知识技能：查看声音的编码。
活动要求：①将“录音.wav”文件用UltraEdit编辑器打开，查看其在计算机内部的存储（只截取了最后20行数据）。②思考：文件为什么以十六进制数表示？③思考：声音与这些数据有什么直接的关系呢？
4.项目实施
活动3：声音的数字化过程。
知识技能：了解模拟信号与数字信号;了解声音的数字化过程。
活动要求：①课前观看关于“模拟信号和数字信号”的两个视频，了解声音数字化的过程。②比较语音信号的模拟数据（如图3）和语音信号的数字数据（如图4），分析两个图形的特征。③声音的数字化。
第一步：采样。第二步：量化。第三步：编码。
这个过程有学生根据课前观看的视频，把图5采样、量化、编码的过程描述出来，并把得到的数据填到表格中。
活动4：录制并计算文件的存储空间。
知识技能：文件存储空间的计算。
活动要求：①将学生分成三个小组。第一小组用GoldWave软件录制两个wav文件，采样频率都为44.1KHz，时长都为5秒，一个是双声道文件，另一个是单声道文件。第二小组相同操作，分别保存为wav格式、mp3格式。第三小组根据第一小组给出的参数，分别计算两个音频的存储空间（量化位数为16位，无压缩）。②观察第三小组的结果是否与第一小组实验的结果一致。③讨论：为什么同样的录音，生成不同的文件后，存储的容量相差这么大？
5.项目总结
知识技能：声音的数字化过程、计算音频的存储空间。
活动形式：小组学生代表小结，教师补充。
云课堂中，教师的声音只有通过教师端电脑的声卡采集后，通过声卡上模数转换器自动转换成数字信号，才能在计算机中进行存储和处理，然后通过网络传递到学生端，又经过学生端电脑声卡上的数模转换器还原成模拟信号，通过扬声器传递出来的。疫情无情人有情，教师们无法像白衣天使一样冲到前线治病救人，但他们化身为网络主播，通过声音将知识传递给每一位学生。
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