1.2数据编码-声音编码教学设计2023-2024学年人教-中图版高中信息技术必修1

数据编码数据编码声音编码教学设计教学设计课题数据编码声音编码学科信息技术年级高一班级授课教师章节课题名称声音编码课型新授课授课时间2023/3/22课标要求内容要求：针对具体的学习任务，体验数字化的学习过程，感受利用数字化工具和资源的优势。学业要求：知道声音数字化的过程，能够根据需要选用合适的数字化工具开展学习。教学目标（核心素养）1、通过三个体验活动掌握声音数字化的过程，认识采样、量化、编码，知道影响音频质量的因素。（信息意识）2、能够更具需要使用数字化工具处理常见问题；通过实践探究活动培养学生自主探究学习能力，掌握音频存储容量（未压缩）的计算方法。（计算思维、数字化学习与创新）3、通过对声音数字化过程的了解，学生从技术层面有一定的认识，从而使学生能够认识到声音信息安全风险，尊重他人的知识版权，承担信息社会责任。（信息社会责任）教学重点声音数字化的实现过程教学难点音频质量的影响因素教学方法讲授法，问题引导法、任务驱动法、演示法教学过程教师活动学生活动新课引入（2分钟）在平时的生活中，我们经常会使用微信语音来和别人交流。在聆听微信语音的时候，你有没有注意过这样一个现象：对方发过来的微信语音和他真实说话的声音不太一样呢？声音是如何进入成为微信语音的？今天我们就来聊一聊，说话声音到微信语音都经历了什么过程。思考讨论老师提出的问题，作出回答说出自己的体验。教学环节（30分钟）探究一：声音数字化的实现过程（20分钟）1.声音的表示声音是由振动产生的，振动可以通过波形来记录。振幅反映了响度的强弱，频率反映了音调的高低。连续变化的模拟信号可以在多次传输时，易受干扰，导致失真、产生噪音等。例如，以前的磁带就是依靠模拟信号来记录声音，但不易多次复制、保存等。2.声音编码的实现过程声音编码就是将模拟信号转换成数字信号，从而能够被计算机存储、处理、传输。那么声音编码如何实现呢？同学们还记得上节课学习的图像编码过程吗？我们可以类比猜想一下。(1)声音采样声音采样是以相等的时间间隔(通常为1秒)测得多少个声音模拟信号的值，即用多少采样点来表示声音波形。采样点是越多还是越少，采样的效果更好呢？体验活动1：44100Hz与5500Hz（5分钟）利用GoldWave打开原始音频，将其原始采样频率44100Hz改为5500Hz，比较不同采样频率的音频质量。采样频率是每秒采样声音的次数，单位为赫兹(Hz)。采样频率越高声音还原度越高，但是存储容量也就越高。(2)声音量化声音量化是将采样点的值进行分级量化，将采样值变换到最接近的数字值，即用有限个数的数值近似地表示原来连续变化的值。那么，量化值的分级是越多还是越少，量化的结果更好呢？体验活动2：24位与8位利用GoldWave打开原始音频，将其原始量化位数24位改为8位，比较不同量化位数的音频质量。量化位数是指表示量化值的二进制位数。量化位数越多，声音越接近原始的模拟信号，音频质量越好。经过量化，每个采样点的幅值转换成了对应的量化值，确定二进制位数，形成二进制编码。但初始的二进制编码数据量较多，占用的存储容量较大。(3)声音编码确立编码规则，优化数据排列。由于音频中会存在许多的重复和冗余信息，因此在编码时可以通过压缩技术，来减少音频文件存储容量。阅读拓展p20常见的音频文件格式通过阅读我们知道未压缩音频文件格式：WAV小结常见音频文件格式：体验活动3：WAV与MP3（2分钟）利用GoldWave打开原始音频，将其另存为MP3格式，比较两者的文件大小。探究二：影响音频质量的因素经过刚才的学习，我们了解了声音是如何通过编码称为数字信号，从而可被计算机存储、处理与传输的。现在我们回到最开始的问题，为什么真实说话声音与微信语音的声音听起来不太一样呢？在声音编码的实现过程中，哪些环节在影响着音频的质量呢？采样频率：采样频率越高，采集点越多，声音还原度越好。2.量化位数：量化位数越多，量化值越精确，音频质量越高。3.编码方式（文件格式）：经过有损压缩的文件格式会舍去部分信息，未压缩和无损压缩文件格式的音频质量更好。4.声道数：人耳在接收声音信息时，依据左右耳的差异来感知声音的位置、效果等。声道数就是基于此产生的。声道数是指声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量，不同的声道数可以播放相同或者不同的音源以达到不同效果。例如，单声道常用语广播等；双声道常用于音乐播放，所以我们利用耳机听音乐时会感觉到左右耳声音有些微不同，就是因为左右声道音源的差异；环绕声通常用于电影院，常见声道数有5个，以让观众体会到身临其境的感受。探究三：音频文件存储容量的计算刚刚我们探究了影响音频质量的因素，其实这些因素也在影响着音频存储容量的大小。音频所占存储容量的计算方法=采样频率×量化位数×声道数×时间（秒）/8（字节）例：一首时长2min的WAV格式文件，采样频率是44.1kH，量化位数为16位，双声道，计算该音频所占的存储容量。探究四：数字音频的价值1.语音信息交流2.移动支付语音播报播放支付宝到账语音信息。3.地图语音导航4.语音控制智能家居播放《智能语音交互冰箱》片段。5.记录、保护与再生文化播放《有声版清明上河图》片段。当前信息社会中数据安全与隐私保护的重要性日益提升，自己是现实社会和网络虚拟世界中的一个人思考：生活中模拟信号存储的声音在使用时带来的不便。回忆上节课学习的图像编码过程，猜想类比声音的编码。根据要求完成体验活动1，同学们各自操作后，并请一位同学演示并讲解操作及结果。并将结果记录在任务单。（操作有疑问的同学可以看微课完成）根据要求完成体验活动2，同学们各自操作后，并请一位同学演示并讲解操作及结果。并将结果记录在任务单。（操作有疑问的同学可以看微课完成）请一位学生分享展示阅读后的结果。根据要求完成体验活动3，同学们各自操作后，并请一位同学演示并讲解操作及结果。并将结果记录在任务单。（操作有疑问的同学可以看微课完成）分析哪些环节在影响着音频的质量。在任务单上写出例题的计算式。（尝试使用计算机附件里的计算器计算结果。）聆听回想生活中数字音频的使用场景。认识到声音信息安全风险，尊重他人的知识版权，承担信息社会责任随堂检测（5分钟）登录魔灯完成数据编码声音编码随堂检测，题目分为必做题和选做题，大家可以根据自己的情况完成必做后学有余力尝试完成选做。课堂小结（3分钟）本节课我们学习了声音编码，一起探究学习了我们说的话通过数字化形成