《圖像的數(shù)字化》教學(xué)設(shè)計(jì)

顧秋輝

創(chuàng)新整合點(diǎn)

1.基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

本課通過(guò)三個(gè)活動(dòng)將教學(xué)知識(shí)串起來(lái)，三個(gè)活動(dòng)層層相扣并遞進(jìn)。活動(dòng)一通過(guò)畫(huà)圖程序觀察點(diǎn)陣?yán)斫獠蓸舆^(guò)程。活動(dòng)二通過(guò)填寫(xiě)圖片色彩對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)理解量化過(guò)程。活動(dòng)三通過(guò)將桌面截屏，并保存成“保存類(lèi)型”不同的文件后，查看文件的大小并記錄，驗(yàn)證圖像數(shù)據(jù)量的計(jì)算公式。

2.基于信息化平臺(tái)的教學(xué)

基于信息化平臺(tái)重新構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，采用了“微視頻”和“學(xué)習(xí)單”兩種學(xué)習(xí)資源，并利用平臺(tái)提供的測(cè)試功能及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

教材分析

本課選自地圖出版社出版的信息科技教科書(shū)《中學(xué)信息科技》第一章第二節(jié)《信息的數(shù)字化》。信息的加工方式從人腦直接處理轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)處理，大大提高了效率，而這種方式轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)是信息的數(shù)字化原理，根據(jù)這個(gè)原理模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，方便進(jìn)一步加工。因此，信息的數(shù)字化是計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的前提和基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容主要包含了字符、漢字、圖像、聲音的數(shù)字化原理，是本學(xué)科及本教材中的重點(diǎn)。

在字符、文字、圖像、聲音這幾類(lèi)信息的數(shù)字化應(yīng)用中，由于圖像是二維的，圖像的數(shù)字化相對(duì)字符和文字更復(fù)雜一些。圖像的數(shù)字化應(yīng)用比較典型，也和實(shí)際應(yīng)用比較貼近。通過(guò)這部分的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)⒈容^復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。同時(shí)，掌握好這部分知識(shí)對(duì)提高學(xué)生的信息素養(yǎng)有很大幫助。本節(jié)課是信息技術(shù)課程理論部分的教學(xué)重點(diǎn)，對(duì)后續(xù)的教學(xué)有重要的奠基作用。

學(xué)情分析

本課教授對(duì)象為高一學(xué)生。高一階段的學(xué)生思維活躍，喜歡動(dòng)手，經(jīng)過(guò)初中階段的學(xué)習(xí)，他們已經(jīng)有了一定的探究問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)和能力，能夠在問(wèn)題的引導(dǎo)下自主或者合作探究。從技術(shù)層面來(lái)看，他們已經(jīng)了解了什么是二進(jìn)制，什么是十進(jìn)制，理解了字符和文字的數(shù)字化。從生活實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，他們已經(jīng)了解了數(shù)字圖像的點(diǎn)陣形式。

然而，學(xué)生對(duì)數(shù)字化還不十分了解，這就需要他們先理解圖像信息的數(shù)字化基本原理。高一學(xué)生已具備一定的抽象思維能力，思維的邏輯性開(kāi)始縝密，因此我設(shè)計(jì)了驗(yàn)證數(shù)字化文件計(jì)算公式的活動(dòng)。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：理解圖像數(shù)字化的原理，理解量化位數(shù)與圖像顏色數(shù)之間的關(guān)系，能計(jì)算圖像的數(shù)據(jù)量。

過(guò)程與方法目標(biāo)：在體驗(yàn)和理解前人創(chuàng)新之路的同時(shí)，拓展自身的創(chuàng)新思維。在課堂實(shí)踐活動(dòng)中，通過(guò)觀察、思考、質(zhì)疑等學(xué)習(xí)活動(dòng)，逐步歸納圖像數(shù)據(jù)量的一般計(jì)算公式。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：在課堂交流中大膽地、盡可能準(zhǔn)確地表達(dá)自己的觀點(diǎn)，同時(shí)有效傾聽(tīng)，提升交流合作能力。在課堂實(shí)踐活動(dòng)中，體驗(yàn)“設(shè)疑—推算—得出結(jié)論—驗(yàn)證”的自主探究模式。用課堂中學(xué)習(xí)的知識(shí)解讀生活中的現(xiàn)象，提升學(xué)習(xí)的實(shí)用價(jià)值和學(xué)習(xí)興趣。

教學(xué)環(huán)境與準(zhǔn)備

畢博教學(xué)管理平臺(tái)、電子白板、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、錄課寶系統(tǒng)（學(xué)生課前登錄錄課寶系統(tǒng)自學(xué)圖像數(shù)字化思想的微視頻）。

教學(xué)過(guò)程

1.前課回顧，切入新課

教師提問(wèn)，并引出信息科技發(fā)展的歷史軌跡，體驗(yàn)圖像數(shù)字化難題的破解歷程。

2.觀看微視頻，并推演圖像數(shù)字化的基本思想

師：想象一下，如果是你，你對(duì)解決這一難題有什么思路？此前字符的編碼方案對(duì)我們有沒(méi)有借鑒之處？（學(xué)生思考、交流）

教師進(jìn)一步講解“采樣”“量化”兩個(gè)概念。

3.采樣研究

活動(dòng)一：體驗(yàn)圖像采樣方法。

活動(dòng)內(nèi)容：放大圖片8倍實(shí)驗(yàn)。

活動(dòng)目的：掌握?qǐng)D像的數(shù)字化過(guò)程采樣方法。

活動(dòng)步驟：

（1）登錄畢博平臺(tái)“第三課：圖像的數(shù)字化”。

（2）下載“smile.bmp”圖片。

（3）啟動(dòng)開(kāi)始程序附件中的“畫(huà)圖”程序。

（4）打開(kāi)smile.bmp圖片文件。

（5）觀看圖像的點(diǎn)陣：①單擊“查看”/“縮放”/“自定義”，選擇放大圖片800%。②再次進(jìn)入“查看”/“縮放”/“顯示網(wǎng)格”。③觀察現(xiàn)象。

4.量化研究

活動(dòng)二：完善圖像量化的方法。

活動(dòng)內(nèi)容：填寫(xiě)色彩表示。

活動(dòng)目的：體驗(yàn)圖像的量化方法，掌握?qǐng)D像色彩數(shù)與每個(gè)像素所占二進(jìn)制位數(shù)之間的關(guān)系。

活動(dòng)步驟：

（1）黑白圖像的數(shù)字化如何采樣，如何量化？

（2）彩色圖像的數(shù)字化如何采樣，如何量化？

（3）學(xué)生在“導(dǎo)學(xué)學(xué)習(xí)單”（如表1）上填寫(xiě)圖像色彩數(shù)與每個(gè)像素所占二進(jìn)制位數(shù)之間的關(guān)系。（出示小資料如圖1）

5.圖像數(shù)據(jù)量公式研究

活動(dòng)三：圖像數(shù)據(jù)量計(jì)算公式分析。

活動(dòng)內(nèi)容：將桌面截屏，保存成不同類(lèi)型的文件后，查看文件的大小，并記錄下來(lái)。

活動(dòng)目的：圖像數(shù)據(jù)量的計(jì)算公式。

活動(dòng)步驟：

（1）截屏：按下鍵盤(pán)第一排右上角倒數(shù)第三個(gè)鍵“PrtSrc”鍵，將屏幕（屏幕默認(rèn)1024×768個(gè)像素）復(fù)制下來(lái)。

（2）啟動(dòng)“畫(huà)圖”程序。

（3）執(zhí)行“粘貼”，將剛才復(fù)制的屏幕粘貼到了畫(huà)圖程序。

（4）執(zhí)行“另存為”，在“保存類(lèi)型”中選擇相應(yīng)的文件格式保存到桌面上。

（5）將鼠標(biāo)放在相應(yīng)文件上右擊，選擇屬性，查看文件大小，并填寫(xiě)表格（如下頁(yè)表2）。

6.小測(cè)驗(yàn)

學(xué)生在平臺(tái)上完成測(cè)驗(yàn)，教師分析學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

7.小結(jié)

教師總結(jié)本節(jié)課重點(diǎn)。一個(gè)名詞：像素。兩個(gè)動(dòng)詞：采樣、量化。一個(gè)公式：圖像數(shù)據(jù)量的計(jì)算公式，即“圖像文件大小=像素總數(shù)×每個(gè)像素所占二進(jìn)制位數(shù)/8”。

教學(xué)反思

本節(jié)課內(nèi)容理論性較強(qiáng)，教師設(shè)計(jì)與實(shí)際生活很貼近的問(wèn)題情境，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;對(duì)圖像數(shù)字化相關(guān)的基本概念的講解和基本技能的培養(yǎng)，采取融入到層層遞進(jìn)的小活動(dòng)的方式，學(xué)生在完成課堂活動(dòng)任務(wù)的過(guò)程中，主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)，內(nèi)化對(duì)概念內(nèi)涵的理解，掌握基本操作技能。對(duì)教學(xué)難點(diǎn)的圖像數(shù)字化思想，則有微視頻自學(xué)材料、課件的輔助，以小組交流討論的形式，輔以教師適當(dāng)講解，有利于難點(diǎn)的突破。

總之，信息技術(shù)課堂教學(xué)應(yīng)是一個(gè)平臺(tái)，二種資源。平臺(tái)可以是畢博、Moodle，自己開(kāi)發(fā)的也可以，關(guān)鍵要適合內(nèi)容重建和資源積累。一種資源是微視頻。理論方面的知識(shí)可以是用錄課寶錄制知識(shí)點(diǎn)，操作方面的知識(shí)可以用SnagIt9.02、Flash_Cam+格式工廠。另一種資源是學(xué)習(xí)單。運(yùn)用學(xué)習(xí)單梳理教學(xué)過(guò)程，便于學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)展。

小資料

量化位數(shù)是圖像中每個(gè)像素所占二進(jìn)制位數(shù)，用來(lái)說(shuō)明圖像最多能表示出多少種顏色。舉個(gè)例子，如果一張圖片有256種顏色，那么就需要256個(gè)不同的值來(lái)表示不同的顏色，也就是從0到255。用二進(jìn)制表示就是從00000000到11111111，總共需要8位二進(jìn)制數(shù)。所以量化位數(shù)是8。

點(diǎn) ?評(píng)

教育信息化的關(guān)鍵在于真正實(shí)現(xiàn)技術(shù)和教育的深度融合，好比醫(yī)生離開(kāi)信息化就沒(méi)有辦法給出藥方，警察離開(kāi)信息化就沒(méi)有辦法破案，這才叫融合。如果教師運(yùn)用一個(gè)PPT可以講一節(jié)課，而拿一根粉筆也照樣可以講這節(jié)課，那么技術(shù)和教育的融合還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

《圖像的數(shù)字化》這節(jié)課知識(shí)容量大，涉及到多個(gè)抽象概念的講解，要上好這節(jié)課，有一定的難度。而顧老師在整堂課中融合了多種信息化教學(xué)手段，環(huán)環(huán)相扣，步步深入，內(nèi)容充實(shí)，很好地實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，有著較高的教學(xué)效率。

第一，顧老師巧妙地借助“微視頻”，幫助學(xué)生很好地理解了“采樣”“量化”兩個(gè)概念，有效突破了本節(jié)課的重難點(diǎn)，為后續(xù)的拓展提升做了有效的鋪墊。

第二，教學(xué)平臺(tái)集成了豐富的教學(xué)資源，供學(xué)生選擇使用，增加了課堂教學(xué)的容量。教師可以根據(jù)平臺(tái)即時(shí)反饋的測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行有針對(duì)性地講解糾錯(cuò)，提高了教學(xué)效率。

第三，本節(jié)教學(xué)中，“學(xué)習(xí)單”是引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究的支架和載體，它充分發(fā)揮了導(dǎo)讀、導(dǎo)思、導(dǎo)疑、導(dǎo)練的功能，并引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)目標(biāo)明確、有序可循的個(gè)性化學(xué)習(xí)。

當(dāng)然這節(jié)課可以繼續(xù)優(yōu)化。

第一，圖像數(shù)據(jù)量的計(jì)算要用到二進(jìn)制位、字節(jié)、千字節(jié)、兆字節(jié)的轉(zhuǎn)換，如果提前與學(xué)生回顧該知識(shí)點(diǎn)，則更有利于目標(biāo)的達(dá)成。

第二，活動(dòng)三中，讓學(xué)生將截屏保存為不同的文件類(lèi)型，教師已經(jīng)在引導(dǎo)學(xué)生將理論同實(shí)踐相結(jié)合了，該環(huán)節(jié)是本節(jié)課的亮點(diǎn)，但火候尚欠，如果讓學(xué)生將圖像保存為“單色位圖”，那對(duì)比效果會(huì)更強(qiáng)烈，學(xué)生的印象會(huì)更深刻。

小資料

量化位數(shù)是圖像中每個(gè)像素所占二進(jìn)制位數(shù)，用來(lái)說(shuō)明圖像最多能表示出多少種顏色。舉個(gè)例子，如果一張圖片有256種顏色，那么就需要256個(gè)不同的值來(lái)表示不同的顏色，也就是從0到255。用二進(jìn)制表示就是從00000000到11111111，總共需要8位二進(jìn)制數(shù)。所以量化位數(shù)是8。