3.1 模拟信号与数字信号（教学设计）通用技术苏教版2019选择性必修1

课题 3.1模拟信号与数字信号 课时 1课时 教材版本 苏教版通用技术选择性必修1 年级 高二 教学目标 技术意识： 1. 能阐述模拟信号和数字信号的含义，并能辨析它们各自的优点和局限。 2. 能说明模拟信号与数字信号的相互转换原理。 工程思维： 通过分析生活中的案例，能阐述数字信号“0”和“1”的含义。 教学重难点 重点：能阐述模拟信号和数字信号的含义。 难点：能阐述数字信号“0”和“1”的含义。 学情分析 学生已经学习控制系统的基本概念，对开环、闭环控制有初步认识；通过前期课程了解了常见传感器（如光敏、热敏电阻）的特性，能识读简单电路图。同时也具备在面包板上搭接简单电路的操作能力，但对信号处理中的电子元器件（如三极管、集成电路）认识不足，对信号转换过程理解较模糊。基于学生“已知”与“未知”的差距，从生活案例切入，通过对比实验和数字化体验活动化解抽象概念，符合从具体到抽象的认知规律。 课前准备 教学硬件环境：多媒体教室 教学资源：PPT课件 教学环节 教学过程 一、 课堂导入 创设情境 教师提问：我们已经学习了电子控制系统的组成，也知道了电子控制系统中对信号的处理过程是由电子电路完成的，那你们知道电子电路所处理的信号有哪些类型吗？ 学生活动：思考问题并积极回答。 设计意图：激发探究兴趣，自然引出课题。 二、 探究活动 新知讲解 任务一：识别模拟信号与数字信号 教师活动：电子控制系统中对信号的处理过程是用电子电路来完成的。电子电路所处理的信号有：数字信号（digital signal）和模拟信号（analog signal）两类。我们今天就来学习一下数字信号与模拟信号有什么不同。 学生活动：观看电动楼梯静止状态和滑滑梯的图片，尝试理解连续与非连续的区别。 教师引导：在车量正常运行时，汽车的速度随着时间慢慢变化，可以变快也可以变慢，但一定是连续变化的，连续变化的量可以用连续变化的曲线或直线描述；但是我们去车库停车时，显示的车位是一个一个甚至几个几个变化的，不可能出现0.1这样的情况，这种就是非连续变化的量，非连续变化的量可以用柱状图或数字表示。 学生活动：请判断，下列量中那些是连续变化的？哪些是非连续变化的？ 1. 野外环境的亮度与地下仓库中的亮度； 2. 人的血压与人的脉搏； 3. 运动员滑冰所滑过的轨迹长度与走过同样距离所用的步数； 4. 时光的流逝与数字钟所显示的时间的变化。 总结：前一量是连续的，后一量是非连续的。 教师：模拟声音波形的信号称为模拟信号，模拟信号泛指那些数值可连续变化的信号。有些非连续变化的量可以用数字表示，若用二进制来表示这个数，并用高和低两个电平（level）代表二进制数中的“1”和“0”，则其形成的在高、低电平之间来回跳变的电信号就是通常所说的数字信号。 模拟信号 数字信号 思维碰撞：哪些是模拟信号，哪些是数字信号？ （1）220V交流电的电压（交流正弦波电压） （2） 海洋上船只与船只之间的灯光联络信号 学生活动：小组讨论，选出代表回答问题并解释理由。 小辞典：电平：在数字电路中，电压（或电流等）的大小分为高、低两级．例如，TTL电路的划分方法是：2.4V ～ 5V为高级，而0 V～ 0.8V为低级。通常将这两个高、低不同的电压级（或电流级等）分别称为高电平（1）和低电平（0）。 马上行动：请判断下列各例中哪些适合用1和0表示。 1．举重比赛中试举成功与否； 2．学生的考试成绩是否及格； 3．一个人的生与死； 4．一个人是好人还是坏人。 设计意图：帮助学生建立对“0”和“1”含义的初步了解，并掌握电平在电子控制系统中的含义。 任务二：辨析模拟信号和数字信号各自的特点 案例分析：演员的歌声经话筒转换成的电信号是模拟信号，一种处理方法是直接放大模拟信号，然后送到扬声器，人们便可欣赏到演员动人的歌喉。由于信号在处理过程中，不可避免地会产生失真并受到各种干扰因素的影响，因而听众所到的歌声也会失真，且伴有“沙沙”的噪音。 另一种处理方法是先将此信号转换为数字信号，处理以后再将数字信号还原成模拟信号使扬声器发声。虽然数字信号在处理过程中同样会产生失真，受到干扰，其形状也会发生变化，但它所代表的数字(即“高”和“低”)并未改变。可见数字信号在处理过程中，受波形失真和干扰的影响很小，所以听众能听到音色逼真，不带噪音的歌声。 教师：数字信号在处理过程同样也产生失真，受到干扰，但它所代表的数字(高/低)并不改变，通过处理可以恢复原来的样子。 总结： 信号类型 特点 模拟信号 优点：信息变化的细节丰富，能直观反映自然界的很多现象，且容易实现。 缺点：抗干扰能力差。 数字信号 数字信号只有高、低两个电平，容易识别，抗干扰能力强，处理精度高，便于记录和保存。 任务三：初识模拟信号与数字信号相互转换的过程 教师：自然界中的物理量经传感器转换成的电信号大多数为模拟信号，所以送入计算机或其他电子控制系统处理之前，必须先转换成数字信号。能够将模拟信号转换成数字信号的电路称为模数转换器（A/D），模数转换器转化过程简化如下： 学生活动：了解模数转换器（A/D），思考数模转换器（D/A）的原理。 教师：摩斯电码的两种信号：短促的点信号“・”（0）；保持一定时间的长信号“—”（1）。能够将数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器（D/A）。 学生活动：根据摩斯密码表推断改串字符含义。 总结： 三、 课堂小结 1.电子电路所处理的信号有：数字信号和模拟信号两类。 2.信号波形模拟着信息的变化而变化信号称为模拟信号。 3.二进制数中的“1”和“0”，形成在高、低电平之间来回跳变的电信号称为数字信号。 4.数字信号容易处理、处理精度高、便于记录保存等优点。 设计意图：以思维导图的形式总结本节课的内容，能帮助学生理顺本节课的知识点。 四、 拓展延伸 观看视频：0、1如何变成信息 设计意图：帮助学生初步理解数字信号的转化，为后续数字电路学习埋下伏笔。 五、 课堂练习 1.下列可以认为是数字信号的是 （　　） A.只有高低电平跳变的矩形脉冲信号 B.随声音作连续变化的电压信号 C.三相交流电路中的三相交流电流 D.LC振荡电路产生的信号 答案：A 解析：随声音作连续变化的电压信号、三相交流电路中的三相交流电流和LC振荡电路产生的信号都为模拟信号。 2.下列产品中，能体现数字信号优点的是（　　） A.机械秒表 B.水银温度计 C.电子计时器 D.普通录音机磁带 答案：C 解析：数字信号的优点有容易识别、处理精度高、便于记录和保存等，电子计时器之所以有这么高的计时精度，原因之一就是它在测量过程中使用了数字信号。 3.下列可以作为模拟信号的是 （　　） A.只有高低电平跳变的脉冲信号 B.随声音大小做连续变化的电压信号 C.干簧管的输出信号 D.数码成像系统 答案：B 解析：A、C、D项都是非连续变化的信号，不属于模拟信号。 4.下列事件不适合用一位二进制数“0”和“1”表示的是 （　　） A.小明是不是比自己高 B.要不要去参加聚会 C.今天会不会下雨 D.对客服人员进行“满意”、“一般”和“不满意”的评价 答案：D 解析：一位二进制数“0”和“1”只能表示两种对立的状态，“满意”、“一般”和“不满意”有三种评价状态，不能表示。 5.录制声音的过程如图所示，其中ADC模块的主要功能是 （　　） A.将模拟信号转换为数字信号 B.将数字信号转换为模拟信号 C.对模拟信号进行放大 D.对数字信号进行压缩 答案：A 解析：话筒的输入为模拟信号，存储器的信号为数字信号，则ADC模块的主要功能是将模拟信号转换为数字信号。 6.为了达到演唱会现场歌声的高保真效果，下列方法比较可行的是 （　　） A.直接通过扩音器放大声音 B.歌声经话筒转换成电信号，再经放大后送到现场的各个扬声器 C.先将信号转为数字信号，处理后再还原成模拟信号使扬声器发声 D.以上方法都可行 答案：C 解析：先将信号转为数字信号处理，数字信号处理的过程中，受波形失真和干扰的影响很小，在还原成模拟信号后，听众能听到音色逼真、不带噪声的歌声。 板书设计 教学反思 1.停车场空位显示等案例引发热烈讨论，学生能自主举例。 2.莫尔斯电码破译环节中“我爱中国”的爱国电码激发学生兴趣，部分学生课后自发研究北斗编码原理。 3.部分学生将“离散”简单理解为“不连续”，未能联系二进制本质（如认为数字信号只能是0/1两种状态），后期教学中应帮助学生走出误区。 1 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $$