探究计算机中数据表示

田凌

摘要：在我国中高考新一轮改革的背景下，项目式学习作为一种创新的教学模式，重新被关注和应用。本文应用项目式教学理念，对上教版“认识数据编码”单元设计了2课时的项目教学案例，让学生在项目活动中积极主动建构知识，提高问题解决和协作交流能力。

关键词：认识数据编码;项目式教学;信息技术

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2019）18-0017-03

《探究计算机中数据表示》是上教版第一章节《数据与信息》中第二单元的内容，它是在学生了解数据与信息的相互关系后，进一步探索数据在计算机中的编码方式，为下一节的《数据处理与运用》打下基础。本节的学业目标是：能够描述编码的意义和作用，了解数值数据和文本数据的编码方法，了解声音和图像数字化的基本方法。对高一学生而言，初中时虽然已经学过数值型数据的二进制编码方式，但对如何实现二进制和十进制的转换，以及原码、补码和反码的知识大多没有接触到。有部分学生学习过声音和图片的简单处理技术，但对其编码方法没有了解过。所以，这一章节教学的重点是让学生了解二进制和十进制间的转换方法，知道原码、补码和反码的由来和意义;教学难点是了解声音、图片的数字化过程。这一章节的内容相对枯燥，有许多概念如量化、采样相对较难理解，如果采用传统的教师先讲学生再做的任务式教学，很难激发学生的学习兴趣。因而，本节采用项目教学方式，把知识点融入到项目活动中，通过项目任务来牵引学生的学习，让学生在学习与研究实践中自主地、主动地认知和学习教学内容，并运用已有的知识和掌握的新知识，完成任务，培养解决问题的能力。

● 项目背景

某校正筹备评选“学校之星”的活动，选出优秀的学生榜样。学校要求各班推荐两名优秀学生，为了向全校学生及时展示参选学生的风采，学校开发了一个微信小程序，需要把参选学生的相关信息存入小程序里。这些信息类型各种各样，每个小组的任务就是将这些信息数字化后存入计算机进行处理。由于计算机采用二进制来存储和表示数据，因此数字化的过程就是将这些数据进行二进制编码，而且数据类型不同，编码的方式也不同。为了完成此项目，学生应该先给每位参选学生设置一个编号，便于系统区分，学生能从中了解编码的意义和作用;接着学生参与“解密”活动，直观感受文本符号的编码方法，进而扩展到中文字符等相关知识点;最后，学生通过录音和照片的处理，初步了解声音、图片数据的编码方式。本教学项目计划用2课时来完成。

● 项目具体过程

第一个课时，主要通过两个活动，让学生了解数值型数据和文本型数据的基本编码方法。

活动一是让学生以小组为单位分析本校学籍号编码规则，了解编码的功能和意义，而后为参选“学校之星”的学生设计一套编号规则。该校有高一、高二、高三共三个年级，每个年级15个班，每个班推荐1～2名学生，保证每个参选学生拥有唯一的编号，并能体现所在班级和性别。在班级内的编码规则分享环节，教师要注重从编码的唯一性和修改编码的规则方面引导学生分析对比规则的合理性。有了活动一中对生活中编码的分析，学生能初步体会数据编码的意义。

在活动二中，基于学生已有的二进制代码的学习基础，设置了一个“解密”活动。学校德育处根据评选要求，对每位参选“学校之星”的学生计算出一个分数，这个分数会和之后的网络投票结果根据不同的权重折算并合在一块，即为学生的最后得分。最后根据分数，由高到低评选出十名“学校之星”。为了评选结果的保密性，学校对评分结果进行了加密，请各小组拿到结果后解密，以便进行最后的统计工作。在完成项目时，教师要给学生提供丰富的学习资源包，不仅包含ASCII码表、中文字符的处理方法，还应附上各种数据编码方法，以方便学生探究使用。由于中文编码较多，可只提供与课堂相关的部分编码内容，以提高解密效率。在展示环节，除了让学生交流完成活动时遇到的问题，还要适当引导他们发现新的问题，如带小数点数字的编码，中文汉字为何要占用两个字节，为什么字符有这么多不同的编码方式等，将知识点融入到学生的探究中，能激发学生自主探究的动力。

第二个课时，计划用两个活动让学生体会声音和图片数据的基本编码方式。

在活动三里，按照学校要求，每位参选学生要录一段一分钟以内的音频作为参赛宣言。可是收集的音频质量参差不齐，有的噪音很大，有的声音模糊，有的文件很大不利于网上传播，除去录音设备和环境因素，请学生探究哪些参数会对音频文件大小与音质产生影响。活动开始，学生选择一种音频编辑软件，如GoldWave或Cool Edit Pro软件，新建一个WAV文件，设置采样频率为44.1kHz，量化位数为32位，声道数为2（立体声），录制一段声音，并将其保存为“录音1.WAV”。保持其他参数不变，修改采样频率为11.025kHz，并将文件另存为“录音2.WAV”。比较两个文件的大小及音质，将结果填入表1中，并分析原因。模仿上述做法，分别探究量化位数和声道数对音频文件大小及音质的影响。

通过表1能发现采样频率、量化位数对声音质量和大小的影响。但怎样了解采样频率和量化两个概念这个难点呢？为此，教师给每个小组一张声音波形图，让学生在上面自己画采样点，然后根据量化位数，标出刻度线，将采样点按近似的方式标记到幅度极数上，最后选取其中几个点转化为4位二进制数。经过这些步骤，学生能将采样和量化两个概念直观展示出来，更易理解。这个活动后，学生可以把这些影响音频质量的因素告知参选学生，让他们重新录制音质更好的参赛宣言。

活动四里，学校要求参加“学校之星”评选的学生上传照片，可收集的照片大小和质量大有区别，排除摄影技术和环境因素，请分析哪些参数会影响图像的大小和质量。小组成员利用收集的校园图片，选择Photoshop软件，将这些图像文件统一处理为相同分辨率和颜色深度的BMP文件，然后改变其图像分辨率和颜色深度，观察其对图像呈现效果和文件大小的影响，并记录到如上页表2中。再对比转化前的JPG和转换后的BMP图片大小，分析图片文件格式对图像文件大小的影响。通过记录，学生能直观感受到这些因素对图像大小和质量的影响，再结合学案给出的图像数字化过程，分辨率、颜色深度等复杂概念变得直观、生动，更易被理解。

● 项目教学反思

学生经过这样完整的项目设计，从活动中发现问题，再结合知识链接，主动探究解决问题的方法。在这四个活动中，还可根据学生的层次进行一些扩展任务设置。活动二中，如果有的小组快速完成了解密活动，就可以利用网上的“在线转换工具”，了解几种不同的编码规则;活动三中，若有小组率先完成声音数字化过程的绘图步骤后，可在网上探究“计算机是如何把数字化后的声音和图像再输出的”。用这些方式可以满足不同层次的学生发展需要。

同时，在项目开展的过程中，教师要密切关注学生完成活动过程中的学习情况，掌握学生自主学习的进度，发现学生探究过程中存在的問题，了解学生协作学习情况并能及时给予指导，只有这样，才能提高学生项目完成效率，激发学生探究的热情。

参考文献：

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[2]刘晓峰，高洪卓.如何在中小学信息技术课堂中有效开展项目教学[J].吉林省教育学院学报，2013（07）.

[3]余秋红.浅析项目式教学法在高中信息技术教学中的运用[J].新课程（中学），2018（08）.