3.1 数据编码（第1课时）教学设计-2026-2027学年教科版高中信息技术必修一

该高中信息技术教学设计聚焦“3.1数据编码”中模拟数据数字化核心知识，涵盖模拟与数字信号区别、声音数字化的采样量化编码及存储量计算。通过现场原声与手机录制音频对比导入，引出数据转换问题，作为第3单元开篇，为后续二进制等内容奠定基础，以情境和任务驱动构建学习支架。 该资料以任务驱动为主线，结合直观演示与小组合作，如用波形图对比助理解离散化，计算存储量体会参数权衡，体现计算思维与数字化学习与创新。课后录制不同参数音频实践培养信息意识，帮助学生建立连续到离散思维，为教师提供可操作的教学流程与素材。

年级 高一 课题 3.1数据编码 模拟数据的数字化（声音的采样、量化与编码） 课时 1 教材分析 本节内容是第3单元“认识数据”的开篇，是学生理解计算机处理数据方式的基础。教材从“智能公交系统”情境切入，通过“办理市民卡”和“将语音模拟数据转换为数字数据”两个活动，引导学生认识数据的多种表现形式，理解模拟信号与数字信号的区别，掌握声音数字化的三个基本环节——采样、量化、编码。 本课时重点解决“声音这类连续变化的模拟数据，如何被计算机存储和处理”这一核心问题，为后续学习二进制与数制转换、文本编码等内容奠定基础。 学情分析 高一学生在日常生活中频繁接触数字音频（如音乐App、语音消息），但对于“声音是如何变成计算机中一串串0和1的”缺乏认知。学生已具备基础的计算器使用能力和简单的数学思维，但对“离散化”“量化精度”等概念较为陌生。本节课需要借助直观的图示和动手计算，帮助学生建立从连续到离散的思维转变。 教学目标 1. 信息意识：学生能够认识到声音、图像等模拟数据进入计算机时必须经过数字化转换，理解数据编码在信息处理中的基础作用，增强对信息存储与传输方式的敏感度。 2. 计算思维：学生能够理解采样、量化、编码三个环节的数学原理——时间离散化和幅值离散化，能够运用计算思维分析采样频率、量化位数对音质和存储空间的影响，建立“精度与效率之间的权衡”这一计算思维核心观念。 3. 数字化学习与创新：学生能够利用数字化工具（如录音软件、音频编辑工具）体验声音的采集与保存过程，尝试调整不同参数观察效果，在实践操作中理解数字化的具体实现方式。 4. 信息社会责任：学生能够理解数字音频的存储与传播涉及版权和信息安全问题，形成尊重知识产权、合理使用数字资源的意识。同时认识到数据编码技术在信息安全、国防建设中的重要作用 教学重点 · 模拟信号与数字信号的本质区别（连续vs离散） · 声音数字化的三个步骤：采样、量化、编码的含义与作用 教学难点 · 理解采样频率和量化位数对声音还原质量与存储空间的双重影响，体会“取舍与平衡”的计算思维 · 能够根据给定的采样数据，完成简单的编码转换（将量化值转换为二进制 教学准备 1. 音频素材：教师录制的一段语音（原始声波图 + 不同参数导出的数字音频文件） 2.学案：含表3.1.2填空、存储量计算题 3.多媒体设备：投影、音响、波形图展示软件（如Audacity备用 教学方法 以任务驱动法为主线，结合讲授法、直观演示法、小组合作探究法。将教学内容嵌入三个逐层递进的任务中，学生在完成任务的过程中主动建构知识，教师充当引导者和帮助者的角色 教学过程 教学内容 学生活动 设计意图 （一）情境导入——从生活现象到核心问题（约8分钟） 1.播放两段音频对比：一段是现场教师说话的原声（模拟信号），一段是手机录制的音频文件（数字信号）。提问：“这两段声音有什么不同？手机是怎么把老师的声音‘装’进去的？” 2.板书课题“3.1 数据编码”，展示学习目标，明确本节课要完成的核心任务。 聆听并对比两段声音，自由发言，提出自己的猜想。 明确学习目标，进入学习状态。 从熟悉的生活现象切入，制造认知冲突——声音是连续的，而计算机存储的是离散的0和1，这之间发生了什么？激发探究欲望。体现“信息意识”素养。 让学生对整节课形成整体预期。 （二）任务一：认识模拟信号与数字信号（约10分钟） 任务描述：观察波形图，用自己的话说出模拟信号和数字信号的区别。 1. 展示语音的声波图（连续的波浪形曲线），讲解模拟信号的特征——时间和幅值都是连续变化的。 列举生活中其他模拟信号的例子（温度、电压等）。 2. 展示经过数字化处理后的波形图（阶梯状），引导学生对比两张图的不同。 提问：“计算机只能存储0和1，如何把这条光滑的曲线变成计算机能处理的形式？” 3. 板书总结模拟信号与数字信号的核心区别。 　　 观察图形，倾听讲解，列举自己知道的模拟信号实例。 对比两幅图，发现数字信号的“阶梯状”特征——不连续、有跳跃。思考教师提出的问题。 记录笔记，完成概念区分。 建立直观印象，从具体到抽象。 用视觉对比帮助学生理解“离散化”这一抽象概念。 知识梳理，落实基础。 （三）任务二：模拟声音如何变成数字——体验采样与量化（约15分钟） 任务描述：模拟声音数字化的过程，理解采样和量化的含义，体会参数选择对效果的影响。 1. 抛出核心问题：“如果想把一段1秒钟的声音波形完整保存到计算机，应该怎么做？”引导学生思考：需要记录哪些信息？记录多少个点才够？ 2. 讲解“采样”操作：从连续的时间中按固定间隔抽取时刻点，引出采样频率概念。用图示演示44.1kHz的含义——1秒分成44100个等份。板书采样频率=时间间隔的倒数。 3. 讲解“量化”操作：将每个采样点的幅值“取整”为最接近的整数，用二进制位数记录。以量化位数分别为4位和8位为例，展示同一段波形量化后的精度差异。 4.发放学案，要求学生完成教材表3.1.2的填空——将给定采样时刻的量化值转换为二进制编码。巡视指导，及时纠正进制转换中的错误。 5. 组织小组互评，请两位学生展示答案，全班核对。 小组讨论，提出方案。可能提到“每隔一小段时间记录一个点的位置”。 观察图示，理解采样频率的意义，填写学案中关于采样频率的定义。 观察对比图示，讨论：“量化位数越多，声音还原效果越好，但存储数据量也越大。你能接受怎样的折中方案？” 独立完成表3.1.2的填写，将每个时刻的数值转换为二进制（如5→101，9→1001等）。 互相批改，纠正错误。 让学生自主建构“采样”的初步概念，而非直接给出定义。体现“计算思维”素养。 将抽象概念可视化。 引导学生体会工程思维中的“权衡”，这是计算思维的核心。体现“数字化学习与创新”素养。 动手练习，巩固对“编码”环节的理解，为下课时二进制转换做铺垫。 及时反馈，确保基本技能过关。 （四）任务三：计算存储空间——理解编码参数的意义（约10分钟） 任务描述：通过计算，理解采样频率、量化位数、声道数如何影响数字音频的存储空间。 1. 给出计算公式：存储量（字节）= 采样频率（Hz）× 量化位数（bit）× 声道数 × 时间（秒）÷ 8。板书公式，解释每个参数的含义。 2. 布置计算任务（小组合作）： ①计算1分钟双声道CD音质音频（44.1kHz，16位）的存储空间（精确到0.1MB）。 ②一个50GB的U盘能存储多长时间的同品质音频？ 3.汇总答案，点评计算过程。追问：“如果采样频率减半，存储量会怎样变化？如果只是为了保存语音消息，可以降低哪个参数？” 记录公式，理解各参数与存储量的关系。 小组合作计算。第①题结果约10.1MB；第②题约5059分钟。 回答问题，总结参数选择的原则——根据实际需要选择适当的编码参数。 将前面的概念转化为可计算的数学模型，强化计算思维训练。 通过计算让学生直观感受高音质带来的存储代价，加深对“权衡”的理解。同时引入“信息社会责任”——讨论云存储的能耗问题。 将知识迁移到真实应用场景。 （五）课堂小结与拓展（约2分钟） 1. 引导学生回顾：模拟数据数字化要经过哪三个步骤？每一步的核心操作是什么？ 2. 布置课后拓展任务：用手机录制一段5秒语音，分别用低质量（8kHz，8位）和高质量（44.1kHz，16位）保存，对比文件大小和音质差异。思考：什么场景适合用低质量？什么场景必须用高质量？ 齐声回答或个别回答：采样、量化、编码。用自己的话复述每一步的含义。 课后完成录制和对比，记录数据，形成简短报告。 梳理知识结构，强化记忆。 将课堂知识延伸到课外实践，体现“数字化学习与创新”素养。 板 书 设 计 3.1 数据编码（第1课时） 一、模拟信号 vs 数字信号 模拟信号：时间连续、幅值连续 → 光滑曲线 数字信号：时间离散、幅值离散 → 阶梯状 二、声音数字化的三个环节 采样 → 时间离散化（采样频率 f，单位Hz） 量化 → 幅值离散化（量化位数 n bit） 编码 → 将量化值转为二进制 三、存储量计算 存储量(Byte) = f × n × 声道数 × t ÷ 8 例：CD音质 1min 双声道 ≈ 10.1MB 学科网（北京）股份有限公司 $