夏燕萍

● 學(xué)科核心素養(yǎng)

①了解圖像數(shù)字化的基本原理，理解圖像的采樣、量化和編碼過(guò)程;認(rèn)識(shí)像素、圖像尺寸、顏色深度等基本概念，能夠根據(jù)位圖圖像的特征計(jì)算位圖文件大小。（信息意識(shí)、計(jì)算思維）

②了解圖像的常見(jiàn)格式，并能根據(jù)需要對(duì)圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的加工處理，形象直觀地表達(dá)觀點(diǎn)和思想。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任）

● 課程標(biāo)準(zhǔn)要求

①在具體感知數(shù)據(jù)與信息的基礎(chǔ)上，描述數(shù)據(jù)與信息的特征，知道數(shù)據(jù)編碼的基本方式。

②針對(duì)具體學(xué)習(xí)任務(wù)，體驗(yàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)過(guò)程，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢(shì)。

● 學(xué)業(yè)要求

能夠描述數(shù)據(jù)與信息的特征，知道數(shù)據(jù)編碼的基本方式，掌握數(shù)字化學(xué)習(xí)的方法，能夠根據(jù)需要選用合適的數(shù)字化工具開展學(xué)習(xí)。

● 教材分析

筆者采用的是人教-中圖版教材，第一章的項(xiàng)目為“體質(zhì)數(shù)據(jù)促健康”，要求學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)與信息的相關(guān)知識(shí)和原理，理解并掌握信息數(shù)字化的作用和技能，能在本章學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)用多媒體作品呈現(xiàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)成果。

本章第1.2.3節(jié)《數(shù)據(jù)編碼》詳細(xì)介紹了各種數(shù)據(jù)編碼，主要分成字符編碼、聲音編碼、圖像與視頻編碼、數(shù)據(jù)壓縮四個(gè)部分。圖像和視頻的數(shù)字化過(guò)程與聲音數(shù)字化原理類似，但有其特別之處。由于教材詳細(xì)地闡述了聲音數(shù)字化的過(guò)程，所以對(duì)圖像與視頻的數(shù)字化就不再贅述，因而需要教師在教學(xué)中適當(dāng)加以補(bǔ)充。另外，圖像文件的不同類型意味著不同的壓縮編碼，也為后面的數(shù)據(jù)壓縮做了鋪墊。

本課是《圖像與視頻編碼》的第一課時(shí)，主要講解圖像數(shù)字化的過(guò)程和原理，通過(guò)學(xué)習(xí)活動(dòng)加深學(xué)生對(duì)圖像編碼的理解，并能初步掌握?qǐng)D像處理的常用方法和技能。因此，在圖像加工處理環(huán)節(jié)，教師安排的學(xué)習(xí)活動(dòng)是為“體質(zhì)健康”項(xiàng)目設(shè)計(jì)封面或招貼畫，這樣既能達(dá)成技能教學(xué)的目標(biāo)，又能為本章項(xiàng)目的順利完成做好鋪墊。

● 教學(xué)對(duì)象分析

圖像是高一學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)的媒體格式，但他們對(duì)圖像的數(shù)字化原理可能一知半解。關(guān)于圖像的加工處理，他們可能熟悉一些簡(jiǎn)單的手機(jī)應(yīng)用軟件，但對(duì)計(jì)算機(jī)上的常用編輯軟件卻不太熟悉。因此，本課既要注重理論基礎(chǔ)，又要開展實(shí)踐活動(dòng)，這樣才能幫助學(xué)生更好地理解知識(shí)、掌握技能。

● 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：圖像數(shù)字化的基本過(guò)程、圖像編碼的作用、簡(jiǎn)單的圖像加工處理。

教學(xué)難點(diǎn)：圖像數(shù)字化的基本過(guò)程，圖像編碼的多樣性及其對(duì)圖像格式、文件大小和傳輸速度的影響。

● 教學(xué)策略

根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，使用形象、直觀的數(shù)字化工具查看圖像編碼，幫助學(xué)生理解概念。教師首先對(duì)圖像進(jìn)行不同規(guī)格的采樣和量化，然后呈現(xiàn)圖像數(shù)字化的效果，讓學(xué)生通過(guò)觀察和對(duì)比，理解采樣和量化的作用。通過(guò)三個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)，循序漸進(jìn)地使學(xué)生理解位圖文件大小的計(jì)算公式、圖像編碼對(duì)圖像格式和文件大小的影響，學(xué)會(huì)圖像文件的簡(jiǎn)單加工和處理，為后期的項(xiàng)目作品做好技術(shù)準(zhǔn)備。

● 相關(guān)資源

機(jī)房安裝圖像處理軟件，教師設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)網(wǎng)站、錄制微課視頻，學(xué)生準(zhǔn)備“體質(zhì)健康”圖像素材等。

● 教學(xué)過(guò)程

1.溫故知新

師：同學(xué)們已經(jīng)學(xué)習(xí)了字符編碼和聲音編碼，誰(shuí)能用自己的話解釋兩種編碼的原理？

生1：字符編碼是為了在數(shù)字設(shè)備中存儲(chǔ)和傳輸文字和符號(hào)而采用二進(jìn)制表示的代碼，如ASCII碼、GB2312-80、Unicode碼等。

生2：聲音編碼是為了在數(shù)字設(shè)備中存儲(chǔ)和傳輸語(yǔ)音和樂(lè)曲等聲音，通過(guò)采樣、量化和編碼，將自然界中的模擬聲音轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字音頻的過(guò)程。

師：很好！今天我們要學(xué)習(xí)圖像編碼，大家有沒(méi)有見(jiàn)過(guò)真正的圖像編碼？有同學(xué)說(shuō)，曾經(jīng)用“記事本”軟件打開過(guò)一張圖片，看到一堆亂碼……其實(shí)，圖像編碼與字符編碼不同，因此圖像的解碼方式與字符的解碼方式也不一樣。用“記事本”軟件去打開圖片，就像用錯(cuò)誤的鑰匙去開門一樣！

要看圖像編碼需要借助一些特殊的軟件工具，老師就用一款免費(fèi)的圖像編碼查看器（Free Hex Editor Neo）打開圖片，查看了它的二進(jìn)制編碼，如下圖所示。仔細(xì)觀察這張圖片可以看出，放大8倍后的圖片是由一個(gè)個(gè)黑點(diǎn)組成的，這些黑點(diǎn)對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字1，中間的白點(diǎn)則對(duì)應(yīng)數(shù)字0。

設(shè)計(jì)意圖：從字符編碼和聲音編碼引入，起到了承前啟后的作用。運(yùn)用查看圖像編碼的數(shù)字化工具，直觀地展示了圖像的二進(jìn)制編碼，有助于學(xué)生加深印象。

2.圖像的數(shù)字化過(guò)程

師：圖像是常見(jiàn)的媒體元素，有時(shí)以紙質(zhì)形式呈現(xiàn)，如宣傳畫冊(cè)、照片影集等，稱為模擬圖像，有時(shí)則以電子形式出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中，稱為數(shù)字圖像。

模擬圖像：空間上連續(xù)/不分割、信號(hào)值不分等級(jí)的圖像。（數(shù)字圖像、采樣、量化、編碼等具體內(nèi)容略）

設(shè)計(jì)意圖：借助一系列圖像的采樣、量化參數(shù)和效果的對(duì)比，能夠讓學(xué)生直觀地理解這些看似復(fù)雜的處理過(guò)程，教學(xué)效果較好。

3.數(shù)字圖像探究及加工

學(xué)習(xí)活動(dòng)一：觀察并探究圖像文件大小的影響因素

師：請(qǐng)大家下載學(xué)習(xí)網(wǎng)頁(yè)上“活動(dòng)一”中的兩個(gè)位圖文件，并用“畫圖”軟件打開。①將文件放大，并顯示網(wǎng)格線，查看縮略圖，仔細(xì)觀察其中的像素顏色。②查看兩個(gè)文件的“文件屬性-詳細(xì)信息”，記錄圖像的尺寸、位深度（即顏色深度）和文件大?。ㄗ止?jié)），探究文件大小和圖像尺寸、位深度的關(guān)系。

學(xué)生完成學(xué)習(xí)活動(dòng)一，討論并得到位圖文件大小計(jì)算公式：水平像素?cái)?shù)×垂直像素?cái)?shù)×顏色深度/8（Byte字節(jié)）。

師：下面，請(qǐng)大家?guī)屠蠋熡?jì)算一下，我的手機(jī)拍照的尺寸是1920*1080，如果保存成24位位圖文件，需要多少空間呢？

生：老師的手機(jī)圖像保存成24位位圖需1920*1080*24/8=6220800字節(jié)=6075千字節(jié)（KB）≈5.9兆字節(jié)（MB）。

師：其實(shí)，在網(wǎng)絡(luò)通信中因受帶寬限制，只要能保證圖片清晰、逼真，網(wǎng)頁(yè)中一般不會(huì)使用文件較大的BMP格式文件，由此出現(xiàn)了各種壓縮的文件格式。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)使用“畫圖”軟件查看圖像，一方面教會(huì)學(xué)生觀察圖像細(xì)節(jié)，另一方面直觀形象地了解到顏色深度對(duì)文件大小的影響，理解圖像文件大小的計(jì)算公式。

學(xué)習(xí)活動(dòng)二：比較不同格式的圖像文件

師：請(qǐng)同學(xué)們將學(xué)習(xí)網(wǎng)頁(yè)上“活動(dòng)二”中提供的四個(gè)圖像文件下載到桌面并用“畫圖”軟件打開。①先查看圖像的尺寸，并觀察其質(zhì)量。②記錄不同圖像文件格式和文件大小，上網(wǎng)查詢各種文件格式的特點(diǎn)，與同學(xué)進(jìn)行討論。

生1：這些圖像的尺寸都是640*400，圖像質(zhì)量看起來(lái)也差不多，只是文件格式不同。

生2：JPG格式的圖像文件最小，才76KB。JPG或JPEG是最常用的圖像文件格式，是一種有損壓縮格式。

生3：GIF圖像體積也不大，而且GIF圖像可分成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，是一種壓縮位圖格式，支持透明背景圖像，網(wǎng)上很多小動(dòng)畫都是GIF格式。

生4：PNG文件稍大一些，但它是無(wú)損的位圖壓縮格式，它支持圖像的透明效果比GIF更好，更適合通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

師：通過(guò)上網(wǎng)查詢，大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些圖像格式有各自的壓縮編碼方式？例如，JPEG2000是一種同時(shí)支持有損和無(wú)損壓縮的編碼方式，GIF是一種基于LZW算法的無(wú)損壓縮編碼方式，PNG使用從LZ77派生的無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮編碼方式。不同的圖像格式也意味著不同的壓縮編碼方式，它們都是由具體的壓縮編碼算法實(shí)現(xiàn)的。因此，圖像的編碼方式有很多種，它們會(huì)影響圖像文件的格式、大小，因而也決定了圖像在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸速度。人們可以根據(jù)不同的使用需求選擇相應(yīng)的圖像格式，其實(shí)也就選擇了相應(yīng)的圖像編碼技術(shù)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)上網(wǎng)搜索，學(xué)生能查到不同的圖像格式意味著使用了不同的壓縮算法，也即壓縮編碼方式不同，由此初步意識(shí)到數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的重要性。

學(xué)習(xí)活動(dòng)三：圖像的簡(jiǎn)單處理

師：下面請(qǐng)同學(xué)們?yōu)椤绑w質(zhì)健康”項(xiàng)目創(chuàng)作一幅圖像作品，可以作為項(xiàng)目演示文稿封面，或者網(wǎng)站主頁(yè)圖片。你們用過(guò)哪些圖像處理軟件呢？

生：畫圖軟件、美圖秀秀、美顏相機(jī)、Snapshot、Photoshop等。

師：這些軟件都能處理圖像，而Photoshop的功能是比較強(qiáng)大而全面的。老師用Photoshop處理了兩張圖片，供大家參考。你們可以自行下載素材，創(chuàng)作一幅數(shù)字圖像。

老師把圖像處理的基本過(guò)程錄制成了微課視頻，并將鏈接放在了學(xué)習(xí)網(wǎng)頁(yè)的“活動(dòng)三”中。大家可以打開視頻，邊聽講解邊操作。如果跟不上，可以將視頻暫停、回放，如有問(wèn)題請(qǐng)舉手示意，老師會(huì)來(lái)解答。微課中涉及的操作要點(diǎn)如下（具體步驟略）。

設(shè)計(jì)意圖：為解決學(xué)生操作技能的水平差異，教師采用微課形式為學(xué)生講解，由學(xué)生自行控制學(xué)習(xí)進(jìn)度。同時(shí)，教師也能從課堂講授中解放出來(lái)，可以隨時(shí)回答學(xué)生的問(wèn)題，提供及時(shí)的指導(dǎo)。

4.課堂小結(jié)

師：今天我們學(xué)習(xí)了圖像的數(shù)字化過(guò)程、位圖文件大小的計(jì)算公式，比較了不同的圖像文件格式，理解了圖像編碼的重要性，還使用圖像處理軟件創(chuàng)作了自己的圖像文件，應(yīng)該是收獲滿滿。下節(jié)課，我們將學(xué)習(xí)視頻的數(shù)字化及視頻處理，請(qǐng)大家做好準(zhǔn)備。

● 教學(xué)反思

本課通過(guò)直觀的實(shí)例分析了圖像數(shù)字化的基本原理和過(guò)程，又通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)讓學(xué)生探究了圖像文件的相關(guān)特征，如尺寸、顏色深度、格式類型等，還初步體驗(yàn)了圖像加工與處理的具體過(guò)程，比較完整地體現(xiàn)了新版課標(biāo)對(duì)圖像編碼部分的教學(xué)要求。

當(dāng)然，教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)跟學(xué)生的基礎(chǔ)息息相關(guān)，因此在實(shí)施過(guò)程中難免會(huì)有些不盡如人意的地方。本課的實(shí)施是基于學(xué)生的非零基礎(chǔ)，而實(shí)際情況是初中各校信息技術(shù)的教學(xué)水平參差不齊，學(xué)生的信息素養(yǎng)差異較大。所以，依托教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)，應(yīng)該是信息技術(shù)學(xué)科解決學(xué)生基礎(chǔ)差異較大這一問(wèn)題的途徑之一。

點(diǎn)? 評(píng)

該案例遵循《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的要求，梳理出了本課涉及的學(xué)科核心素養(yǎng)和學(xué)業(yè)要求，體現(xiàn)了本教學(xué)設(shè)計(jì)的針對(duì)性和目的性。同時(shí)，本課在教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與安排上也可圈可點(diǎn)：一方面依托教材，圍繞本章的“體質(zhì)數(shù)據(jù)促健康”項(xiàng)目要求提出了圖像設(shè)計(jì)任務(wù)，作為與本課相關(guān)的項(xiàng)目活動(dòng)內(nèi)容;另一方面又不拘泥于教材，在講解圖像數(shù)字化的過(guò)程時(shí)，通過(guò)形象直觀的圖像對(duì)比解釋相關(guān)概念，引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)字化工具軟件來(lái)獲取圖像信息，計(jì)算圖像文件大小，切實(shí)提升了學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、計(jì)算思維等方面的學(xué)科素養(yǎng)。另外，針對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)差異較大的問(wèn)題，教師嘗試采用微課方式來(lái)解決，以便能更好地支持學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。除了微課視頻之外，建議再設(shè)計(jì)一些支架性的內(nèi)容以更好地支撐起學(xué)生的學(xué)習(xí)，如一些探究活動(dòng)的記錄單等。