《图像数据》教学案例

《图像数据》教学案例本课的教学对象为杭州江南实验学校709班的学生。通过与任课教师的沟通交流、浏览学生的课堂作业，笔者了解到，本班学生在之前已经学习了多媒体数字化过程以及多媒体数据的编码与压缩，在日常学习生活中对图像的应用很熟悉，但对图像数字化、图像的采样与量化以及图像的编码与压缩等内容还不太了解，因此，可以从应用实例出发，采用逐步引导的策略，设计探究实验，引导学生合作探究，把学生对图像的感性认识提升到理性认识。通过与学生面对面的交流，笔者发现，他们对本课内容具有浓厚的学习兴趣，探究能力強，喜欢合作交流，因此，可以采取小组合作的学习方式，让学生在合作探究中进一步提升信息意识、计算思维和数字化学习与创新等学科核心素养。通过了解图像数字化的过程，理解图像的采样与量化;通过探究实验、小组讨论，了解图像分辨率、像素深度对图像质量、图像大小的影响，并学会计算图像数据量;了解图像编码与压缩，认识各类图像文件格式;能够根据实际需要，选取合适的图像数据。重点：图像数字化、图像分辨率、图像数据量的计算。难点：图像数字化、图像数据编码与压缩。1.创设情境，引入新知（1）创设情境，思考问题师：说到图像，我们都知道它是一种非常形象生动的多媒体素材类型，可以增强多媒体作品的可读性。现在有一位同学在制作一份校园影集，他需要从以下几张图像中选择一张作为配图，如果是你，你会选择哪一张？（展示待选图片，如图1）生：选择图B。（2）反馈交流，逐步引导师：为什么选择图B？和图A相比，图B有什么优势？（生：颜色更逼真）和图C相比，图B有什么优势？（生：看起来更清晰）（3）归纳梳理，引入新知师：（在Photoshop中打开图B、图C）我们将图B放大几倍，发现还是比较清晰的，但如果把图C放大几倍，很快就变成了若干个网格，你们认为这一个个网格是什么？生：马赛克。师：没错，这是马赛克的效果，但是在信息技术领域中，我们称之为像素点，一个网格就是一个像素点。那像素点是怎么形成的呢？要回答这个问题，我们得先知道图像是如何从模拟信号转化为数字信号的。设计意图：从学生熟悉的“为校园影集选取合适的图像素材”这一应用实例出发，创设真实情境，激发学生的学习兴趣，自然地引入课题。2.任务驱动，合作探究（1）案例出发，了解“采样量化”教师以图A、图B、图C为例，结合自制的微课，介绍图像的采样与量化，以及像素点、图像分辨率、像素深度的概念。师：通过对比图A、图B、图C，大家觉得图像质量的影响因素有哪些呢？生：图像分辨率、像素深度。师：是的，图像分辨率和像素深度都会影响到图像的质量，其中，图像分辨率的表达方式为水平像素数×垂直像素数，而像素深度可以用量化位数来表示（如图2）。设计意图：让学生根据图像数字化的图示过程，直观地了解图像的采样与量化，并在理解像素点、图像分辨率、像素深度等基本概念后，再观察对比同场景下不同图像的具体参数，让学生学会根据实际需要，结合图像分辨率、像素深度这两个图像属性，选取合适的图像素材。（2）小组合作，共探“图像存储”师：同学们，你们知道刚才这几张图像在计算机中的存储大小分别是多少吗？（通过“属性”查看图像大小）你们猜猜看，图像的大小还和哪些因素有关？（学生猜想影响因素）究竟是不是这样呢？接下来，请以小组为单位，进行“图像存储”的探究实验，找出图像存储大小的影响因素（如图3）。学生通过“属性”查看四张图像的大小，完善任务单上的表格，并利用控制变量法探究图像存储大小的影响因素。师：在进行探究实验后，大家得出了哪些结论？生：我们小组的实验结论是图像分辨率、像素深度都会影响到图像存储大小。师：请具体说一说你们是怎么得出这个结论的。生：通过对比图A和图B，可以发现在图像分辨率、像素深度都相同的情况下，图像存储大小也相同;对比图B和图C，可以发现在像素深度相同的情况下，图像分辨率越大则文件越大，说明图像分辨率会影响到图像的存储大小;对比图C和图D，可以发现在图像分辨率相同的情况下，像素深度越大则文件越大，说明像素深度会影响到图像的存储大小。综上所述，图像存储大小的影响因素有两个，分别是图像分辨率和像素深度。师：你们的实验非常科学、严谨，很好地利用了控制变量法，找出了图像存储大小的影响因素，即图像分辨率和像素深度。请同学们在实验结论的基础上，想一想，如果我们用画图软件在图C上画一些小星星作为点缀，它的图像大小会不会发生改变呢？师：这是为什么？生：因为图像分辨率和像素深度不变，所以图像大小也不变。师：我们来验证一下，看看图像大小变不变。（用画图软件编辑图C，另存为BMP格式，再通过“属性”查看图像大小）设计意图：让学生利用控制变量法进行科学、严谨的探究实验，探索出图像存储大小的影响因素，即图像分辨率和像素深度，并能学以致用，利用实验结论解答“在图像上添加一些新的元素是否会改变图像大小”等常见问题。（3）掌握公式，计算图像数据量师：大家有没有想过这样一个问题——计算机是如何计算图像大小的？通过探究实验，我们已经找出了图像存储大小的两个影响因素，那么大家觉得图像大小的计算公式会和哪些因素有关？生：图像分辨率、像素深度。师：大家可以试着推导出计算公式吗？（学生试着推导公式）教师展示正确的计算公式（图像数据量（B）=图像分辨率×颜色深度÷8）。师：有没有同学知道，公式中为什么要除以8？生：进行单位转化。师：没错，所有信息在计算机内部都是以二进制编码的形式存储的，数据存储的最小单位是比特（bit），如果只是图像分辨率×颜色深度，计算得到的就是以比特（bit）为单位的數据量。但是在计算机中，数据存储的基本单位并不是比特（bit），而是字节（B），根据单位的换算关系，除以8之后得到的才是以字节（B）为单位的数据量。我们先来看一道例题，看看应该如何计算，之后，我们再通过三道练习题来实战一下（教师出示例题及练习题）。学生尝试用公式计算图像数据量。教师点评总结计算图像数据量的注意事项：①只有未经压缩的图像文件才可以用公式估算数据量，压缩过的图像数据参数已经发生变化，不能用图像文件数据量的公式进行估算;②如果题目没有直接给出关键信息，可以试着从已知条件中挖掘隐藏信息，如从已知条件“256色”可以得知像素深度为8位。设计意图：引导学生在探究实验的基础上推导出图像数据量的计算公式，通过例题加深学生对公式的理解，再用三个变式练习检验学生对公式的掌握程度，最后通过点评和总结让学生意识到“压缩过的图像数据不能用公式进行计算”以及“可以从已知条件中挖掘隐藏信息”。（4）格式转换，了解“编码压缩”师：在日常生活中，我们不仅会关注图像的大小，有时候还会关注图像的格式。例如，有一位同学要在校园影集征集平台上传自己的作品封面，结果发现GIF格式不符合上传要求，请你将其转换为其他格式，并观察不同格式的大小。生：用画图软件将GIF图像转换为其他格式，并通过“属性”查看图像大小。师：转换为不同格式后，大家观察一下，这些图像的大小是否相同？（学生回答）大家是不是觉得很奇怪，为什么在图像分辨率和像素深度相同的情况下，不同格式的图像大小会不一样呢？其实，在对图像进行采样、量化之后，还要进行编码，所谓编码，就是将量化后的图像数据按照一定规则进行编码，根据不同的编码方式分为不同的图像文件类型。（教师介绍不同图像文件类型的特点）设计意图：让学生从生活中的实际需求“图像格式转换”出发，了解图像的编码与压缩，并认识常见的几种图像文件类型，为下一节课使用专业图像处理软件创作作品做好铺垫。3.课堂小结，巩固提升（略）设计意图：结合板书和思维导图，及时梳理相关知识技能，既可巩固所学，加深学生对图像数字化的认识，又可触类旁通，让学生意识到所有多媒体数据都需要经过数字化，才能被计算机处理、存储以及应用。对于图像这一多媒体素材，学生在日常生活中经常会采集图像、放大查看图像细节以及根据实际需求选择合适的图像素材等，但是对图像的数字化、图像质量的影响因素、图像大小的影响因素、图像文件类型不太了解，所以整个教学过程以学生为中心，引导学生在真实情境中发现问题，在合作探究中解决问题，从而在发现问题、解决问题的过程中构建知识体系，培养学生的信息意识、计算思维和数字化学习与创新等学科核心素养。本节课的创新点主要有以下几个：①以“某同学在制作校园影集时需要选取一张合适的图像素材”这一实际问题创建真实情境，并引导学生在理解像素点、图像分辨率、像素深度等基本概念后，比较同场景不同图像的图像属性，让学生探究出图像质量的影响因素，然后以此为依据，找出高质量的、合适的图像素材，用于制作校园影集，感悟多媒体技术在日常生活中的应用价值。②考虑到在没有实际体验的情况下，学生难以理解图像大小的影响因素，因此，笔者在教学过程中引入了一项探究实验，提供给学生四张不同的图像，让学生以