1.2.1数字化及其作用教学设计2026-2027学年高一上学期信息技术必修1人教/中图版

该高中信息技术教学设计聚焦“数字化及其作用”，核心涵盖模拟/数字信号的概念与区别、数字化定义及作用、模拟转数字的采样量化编码过程。以水银与数字温度计对比导入，构建“连续-离散”认知支架，衔接后续概念学习。 特色在于AI赋能精准突破难点，两次互动分别用比喻讲解采样量化编码、验证数字信号无损复制，体现数字化学习与创新。引导学生辨别AI结论，培养信息意识与社会责任。实例贴近生活且分层检测兼顾基础与拓展，助力学生理解抽象概念，为教师提供高效教学方案。

《1.2.1数字化及其作用》教学设计 一、教学设计总览 （一）学情说明 高一学生每天都在使用智能手机、数码相机、移动支付和各类 App，日常接触的声音、照片、视频几乎都已经过数字化处理，属于“天天在用、很少追问”：他们很少想过“手机为什么能存下我们的声音”“复制一万次的视频为什么画面依旧清晰”。本课充分利用学生身边的情境（温度计、录音、照片、视频）展开，让学生在熟悉的现象中提炼概念，符合其认知起点，也便于课堂即时互动。 （二）AI 赋能设计说明 AI 是当前最受学生欢迎的话题，也是本课绝佳的教学助手。本课在机房授课，学生可访问已开通的 AI 对话工具（如豆包、DeepSeek 等网页版，具体以本校机房实际可用工具为准）。本课 AI 互动控制在 2 次，坚持“关键难点交给 AI、简单内容教师讲解”的分工原则：一是“采样、量化、编码”这一抽象转换过程（学生最难直观理解的部分），由教师操作 AI 用比喻讲解；二是“数字信号可无损复制、模拟信号会失真”这一反直觉结论，先让学生小组讨论，再用 AI 验证。简单概念（什么是模拟信号、数字信号，数字化的定义与作用）全部由教师用生活实例讲清，避免“为用而用”挤占概念学习。 同时引导学生认识到：AI 能帮我们理解概念、验证结论，但判断“哪个是模拟、哪个是数字”最终要靠自己的思考，呼应“不轻信、会辨别”的信息素养。教师应提前确认 AI 工具可用，并准备断网备用方案（用希沃白板演示或出示预录的 AI 对话截图）。 （三）学考要求定位 依据学业水平考试要求，本章内容学生需要达到：知道什么是模拟数据与数字数据，知道如何相互转换。本课教学目标、重难点与检测题均围绕这一要求设计（教材以“模拟信号／数字信号”表述，与学考中“模拟数据／数字数据”的说法含义一致，本课两种说法并用，便于学生应对学考）。 （四）教学目标 维度 目标描述 信息意识 能区分模拟数据（模拟信号）与数字数据（数字信号），认识数字化的含义及其在生活、学习、工作中的广泛应用，感受数字技术对生活的影响 计算思维 理解模拟信号与数字信号可以相互转换，能说出采样、量化、编码三个基本步骤的含义，并能结合声音、图像等实例说明转换过程 数字化学习与创新 能借助 AI 工具辅助理解抽象概念（如采样、量化、无损复制），体验 AI 在知识学习中的辅助作用，学习合理设计提问 信息社会责任 认识数字化给学习、生活与工作带来的深刻变革，形成合理使用数字化工具与 AI 工具的意识，不轻信、会辨别 （五）教学重难点 项目 内容 教学重点 ①模拟信号（模拟数据）与数字信号（数字数据）的概念与区别；②数字化的含义与作用 教学难点 理解模拟信号转换为数字信号的过程（采样、量化、编码），并在实际情境中准确区分模拟数据与数字数据（学考常见易错点） （六）教学准备 类别 准备内容 课件 基于希沃白板制作本课课件：两种温度计对比页、模拟/数字信号图、采样量化编码示意图、数字化应用案例页、检测题页 互动工具 希沃随机点名、抢答、计时器（用于课堂快速判断与小组讨论计时） AI 工具 教师提前确认机房可访问的 AI 对话工具（如豆包、DeepSeek 等网页版，以本校实际为准）；预演两次 AI 提问（采样量化编码比喻、数字信号无损复制）并核验回答；准备断网备用方案（希沃白板演示 AI 或出示预录 AI 对话截图） 设备 确认机房电脑与希沃白板正常联网、投影与音响正常；提示学生按规范入座、开机 学具 学生自带教材与笔记本；教师准备水银温度计与数字温度计实物或图片备用 二、教学过程详案 （一）环节一：情境导入——两种温度计（约 3 分钟） 1．环节目标 从学生熟悉的温度计切入，直观感受“连续”与“离散”两种表示方式，引出本课课题。 2．教师活动 出示教材图 1.2.2：水银温度计与数字温度计并排展示。提问导入：同样是量体温，这两种温度计在“显示温度”的方式上有什么不同？引导学生发现：水银柱是连续移动、可以读出 36.5 ℃、36.6 ℃、36.7 ℃……任何细微变化；数字温度计只给出一个个“跳变”的数字（如 36.6 ℃、36.7 ℃），中间的值不会出现。 3．互动提问（连续 2 问，随机点名） 互动 1：“你家里用的是哪种温度计？为什么？”请 2—3 名学生分享，顺势引入“连续”与“离散”的说法。 互动 2：“声音、画面、温度……大自然里的这些信息，是连续的还是离散的？那计算机里存下的又是什么样的？”留下悬念：计算机里存的是“0 和 1”，大自然的信息却大都是连续的，中间发生了什么？ 4．设计意图 用生活实物建立“连续—离散”的第一印象，为模拟信号与数字信号的概念做铺垫；“中间发生了什么”的悬念指向本课难点（采样、量化、编码），激发探究欲。 （二）环节二：认识模拟信号与数字信号（约 6 分钟） 1．环节目标 知道模拟信号（模拟数据）与数字信号（数字数据）的概念，能在实例中快速区分二者。 2．教师讲解（约 3 分钟，简单内容教师讲） 结合教材图 1.2.3 讲解：一般来说，通信系统中有两种主要的信息传输形式。一种是模拟信号，其信号波形可以表示为时间的连续函数，例如水银温度计中水银的连续移动、人们说话时的声音、自然界中连续变化的温度等；另一种是数字信号，它在取值上是离散的、不连续的，例如以“0”和“1”表示的二进制数字信号，数字温度计给出的体温、电脑里存的文件都是数字信号。小结：自然界中大多数信息以模拟量形式存在，而计算机只能直接处理数字量。 补充说明：教材与学考中常把这两种信息称为“模拟数据（模拟信号）”与“数字数据（数字信号）”，两种说法含义一致，本课中两种说法并用。 3．互动提问：快速判断（抢答，约 2 分钟） 教师依次出示实例，全班快速判断是“模拟”还是“数字”，并说出一句理由：①老师的说话声（模拟）；②红绿灯的开关状态（数字）；③CD 唱片凹槽记录的连续音纹（模拟）；④手机拍下的照片（数字）；⑤老式收音机收到的广播信号（模拟）；⑥电子表的数字显示（数字）。 4．设计意图 概念由教师用生活实例讲清，判断练习让每位学生动脑动口，在抢答中巩固“连续—离散”的判断标准，也为学考中的实例辨析打基础。 （三）环节三：采样·量化·编码——模拟如何变成数字（约 8 分钟） 1．环节目标 理解模拟信号转换为数字信号的基本过程（采样、量化、编码），知道可以反向还原（数字信号转换为模拟信号）。 2．问题引出（约 1 分钟） 教师提问：“我们的声音是连续变化的模拟信号，可手机里保存的是一串 0 和 1。计算机到底是怎么把连续的声音‘装’进数字世界的？中间经历了哪几个步骤？” 3．AI 赋能互动①：让 AI 用比喻讲难点（约 3 分钟，教师操作演示） 这是本课第一次 AI 互动，也是把最难理解的部分交给 AI：教师打开 AI 对话工具，输入提示词——“请用高中生能听懂的比喻，解释声音从模拟信号变成数字信号的‘采样、量化、编码’三个步骤分别是什么意思。” 展示 AI 的回答（如把连续的声音比作一段平滑的坡道：采样=每隔一段距离插一个路标；量化=把路标高度按整级台阶归并取整；编码=给每级台阶编上二进制号码）。教师顺势在黑板上（或课件中）画“采样—量化—编码”三步示意图，把 AI 的比喻落到教材用语上。 4．教师归纳与追问（约 3 分钟） 结合教材归纳三步含义：采样是以相等的时间间隔来测得模拟信号的量值，对连续信号进行离散化提取（如高保真音乐采样频率一般为 44.1 kHz）；量化是把采样得到的量值变换到最接近的数字值，用有限个数值近似表示连续变化的值；编码是把量化后的数值转换为二进制数序列。完成这三步，连续的声音就变成计算机可存储、可处理的数字信号。 追问互动：“采样越密（采样频率越高）、量化越细（量化位数越多），得到的声音会怎样？”引导学生得出：越接近原声、保真度越高，但数据量也越大——体验“保真度与数据量”的权衡。 反向转换补充：计算机中的音频文件通过转换设备可将数字信号转换为模拟信号，再通过播放设备（耳机、音箱）播放出来，我们才能听到声音。 5．设计意图 “采样、量化、编码”是本课最难直观理解的部分，交给 AI 用比喻讲透，再由图解与教师归纳落到规范表达；追问让学生主动思考“采样越密越好吗”，理解技术选择背后的权衡。 （四）环节四：数字化的定义与作用（约 5 分钟） 1．环节目标 知道数字化的定义，能举例说明数字化给学习、生活、工作带来的作用。 2．教师讲解（约 3 分钟，简单内容教师讲） 归纳定义：数字化是将复杂多样的事物属性或特征转化为计算机可处理对象的过程。结合教材图 1.2.4 举例：数字化之前，我们获取知识多通过阅读纸质书籍，异地交流多靠写信或打电话，听音乐常用录音机，看电影主要用胶片放映机；这些内容数字化后，可以通过网络线路传输，阅读、交流、听音乐和看电影都能通过数字设备完成。 按数据类型说明数字化方式：文字可通过键盘录入、语音输入、文字识别等实现数字化；图像可通过扫描仪、数码相机等实现；音频、视频可通过录制软件、数码设备实现。补充生活中的数字化应用：数字图书馆、数字博物馆、数字医疗设施、数字化校园、温度传感装置采集数据等。 3．互动提问：数字化带来了什么（约 1 分钟） 互动提问：“和纸质书、写信、录音机相比，数字化后的信息到底‘好’在哪里？”请学生自由说，教师归纳：便于存储、便于处理、便于传输与共享、可无损复制不失真（为下一环节埋伏笔）。 4．设计意图 数字化定义与作用由教师用身边案例讲清，通过开放式提问让学生自己归纳“好处”，为下一环节“数字复制不失真”的讨论铺垫。 （五）环节五：巩固与验证——为什么数字复制不失真（约 5 分钟） 1．环节目标 运用所学解释生活现象（数字信号可无损复制、模拟信号会失真），进一步巩固模拟与数字的区分。 2．小组讨论（约 2 分钟） 出示情境：“把一盘磁带反复翻录很多次，声音会越来越模糊；而把电脑里的视频文件复制一万次，画质完全不变。这是为什么？”各小组讨论 1—2 分钟，请 1—2 个小组代表分享猜想。 3．AI 赋能互动②：让 AI 验证结论（约 2 分钟，学生参与） 这是本课第二次 AI 互动：学生先说出自己的解释，教师再打开 AI 对话工具，输入提示词——“请用一句话解释为什么数字信号可以无损复制而模拟信号会失真。”展示 AI 的回答（如：模拟信号是连续变化的，每次复制都会产生微小损耗并不断累积；数字信号是 0 和 1 的离散值，复制时逐位还原，没有损耗），对比学生猜想与 AI 结论，确认“数字信号可无损复制”这一数字化的核心优势。 4．快速判断（约 1 分钟，抢答） 抢答巩固：①在纸上手抄一份名单（模拟方式，会因笔误失真）；②把 Word 文件发送给同学再发回来（数字方式，内容不变）；③老式录像带翻录（模拟，会模糊）；④微信转发照片（数字，画质不变）。判断后齐声总结：数字化让信息可无损复制、可靠传输。 5．设计意图 用一个“反直觉”的生活现象引发认知冲突，先讨论后验证，AI 在此处承担“即时权威验证”的角色；抢答再次夯实模拟与数字的判断，让学考要求落到实处。 （六）环节六：课堂小结（约 2 分钟） 1．环节目标 梳理本课知识框架，形成对“数字化及其作用”的整体认识。 2．教师总结 带领学生齐声复述本课核心：①模拟信号是连续变化的（如水银温度计），数字信号是离散的、用 0 和 1 表示（如数字温度计）；②模拟信号可通过采样、量化、编码转换为数字信号，也可还原为模拟信号播放；③数字化是将事物属性或特征转化为计算机可处理对象的过程，作用在于便于存储、处理、传输，并可无损复制不失真。 AI 赋能总结：今天 AI 帮我们用比喻理解了“采样、量化、编码”，也帮我们验证了“数字复制不失真”的结论；但判断身边的信息是模拟还是数字、思考数字化带来的利弊，最终还要靠我们自己的思考。 3．设计意图 用“复述+点睛”的方式收束全课，既巩固知识，又点明“AI 是助手、思考靠自己”的理念。 （七）环节七：布置分层检测题（约 1 分钟） 教师说明分层检测要求：A 层为基础巩固，全体必做；B 层为能力提升，学有余力的同学选做；C 层为拓展探究，鼓励感兴趣的同学完成（详见“四、分层检测题”）。提示 C 层 AI 探究题可使用 AI 工具辅助完成，但需要写清自己的思考过程。 三、分层检测题 A 层（基础巩固——全体学生必做） 一、单选题 1．下列属于模拟信号（模拟数据）的是（　　） 　A．电脑中存储的 MP3 音乐文件　　B．水银温度计中水银柱的连续变化 　C．手机拍摄的照片　　D．电子手表显示的时间 　（答案：B。水银柱是连续变化的模拟量，其余均为数字量） 2．将模拟信号转换为数字信号，一般不需要经过的步骤是（　　） 　A．采样　　B．量化　　C．编码　　D．解码 　（答案：D。解码是数字信号还原为模拟信号播放时涉及的环节） 3．关于数字化，下列说法不正确的是（　　） 　A．数字化后的信息便于存储、处理和传输 　B．数字化是将事物属性或特征转化为计算机可处理对象的过程 　C．数字信号在复制过程中会发生损耗而失真 　D．计算机中的信号通常以 0 和 1 表示 　（答案：C。数字信号复制时逐位还原，可无损复制不失真） B 层（能力提升——选做） 4. 下列关于模拟信号和数字信号的说法，正确的是（　 ） A. 模拟信号在时间上不连续 B. 数字信号在取值上连续 C. 数字信号抗干扰能力通常比模拟信号强 D. 计算机可以直接处理模拟信号 （答案：C。） 5. 手机录下一段语音并存成音频文件，请简述信号转换过程。 答：声波是模拟信号→麦克风采集→采样→量化→编码→以二进制形式存储在手机中，成为数字信号。 C 层（拓展探究——学有余力选做） 6. 用AI工具或查阅资料，了解“采样频率”和“量化位数”对数字音频质量的影响，写一段简短说明。 答：采样频率指每秒取样的次数，越高越能还原原声，但数据量越大；量化位数指每个样本用多少位二进制表示，位数越多，精度越高，音质越好，数据量也越大。 四、教学反思 （一）成功之处 1．情境生活化、主线清晰。以“两种温度计”导入建立“连续—离散”的第一印象，以“声音怎么变成 0 和 1”贯穿转换难点，以“复制不失真”收束数字化优势，全课用一个连续的故事串起知识点，学生始终在熟悉的现象中理解抽象概念。 2．AI 赋能精准用在难点上。本课两次 AI 互动各司其职：采样、量化、编码是学生最难直观理解的部分，交给 AI 用比喻讲透，降低了认知门槛；“数字复制不失真”这一反直觉结论先小组讨论、再由 AI 即时验证，增强了说服力。简单概念全部由教师讲解，符合“关键难点交给 AI、简单内容教师讲”的设计原则，也没有挤占概念学习时间。 3．互动密度高、覆盖面广。快速判断、连续追问、小组讨论、抢答等多种互动穿插全课，几乎每个知识点都有即时检验，学生参与度高，学考所要求的“区分模拟与数字”得到了反复训练。 4．渗透信息素养。两次 AI 互动后都引导学生回到自己的思考与判断，帮助学生建立“AI 是助手、不盲从”的意识。 （二）不足之处 1．时间较为紧凑。学生上楼入座约占 5 分钟，加上两次 AI 演示操作，环节三、环节五的实际用时容易超时，小组讨论时间偏短。 2．AI 演示依赖网络与设备。若机房网络不稳定或 AI 工具访问受限，课堂节奏会受影响，需要提前准备离线替代方案。 3．学生动手操作 AI 的机会仍显不足。本课两次 AI 互动中，第一次以教师演示为主，学生更多是观看与追问，亲手提问、亲眼看到 AI 响应的体验还不够充分。 4．“数字化的作用”部分案例较多，若逐一举例容易超时，需要精选。 （三）改进措施 1．优化课前准备。提前告知学生下节课地点在机房、课间自行前往，或安排课代表课前协助开机，可节省约 2 分钟组织时间。 2．前置 AI 工具准备。课前在机房电脑上提前打开 AI 工具页面，避免课堂上因等待加载浪费时间；将两次 AI 回答截图存档，作为网络异常时的备用素材。 3．增加学生动手环节。在后续课时（如 1.2.3 数据编码）设计“学生亲手向 AI 提问”的实操环节，让学生自己设计提示词、观察 AI 响应，加深对 AI 辅助学习的体验。 4．精简“数字化的作用”案例。精选 2—3 个最具代表性的案例（如纸质书→数字阅读、录音机→数字音乐），把省下的时间留给互动判断，保障课堂节奏。 5．引入前置学习。可将“采样、量化、编码”做成 3—5 分钟微课提前发给学生自学，课堂直接进入 AI 比喻讲解与深度辨析，进一步释放课堂互动时间。 学科网（北京）股份有限公司 $