数字化大探索

    张云涛

    信息技术教学也要“学习掌握认识和实践辩证关系的原理，坚持实践第一的观点，不断推进实践基础上的理论创新”，教学创新不能苍白地夸大理论，也不要盲目地无效实践。本期解码，让我们一起走进一线，看一看教师们如何让教学理论应用于实践，在实践中又是如何改进教学理论的。内容分析

    本节内容为“图形、图像的数字化表示”，与实际生活比较贴近，主要包含图像的数字化原理及图像容量大小的计算公式等相关知识。通过学习本部分内容，让学生真正体会到计算机是如何具体地存储与呈现图像的，理解图像的数字化原理，掌握图像大小的计算。图像的數字化是计算机存储和处理图像的前提和基础，因此，我结合学考与实际应用，突出二进制、存储单位转换以及Microbit微电脑开发板的应用等内容，便于学生理顺图像数字化发展脉络。我将本节内容分为两个课时本节课为第1课时，重点学习图像数字化原理，第2课时重点讲解图形图像的存储格式和压缩原理。学情分析

    从认知层面来说，学生已经掌握了计算机的一些基础知识和基本操作，对图像的知识和获取方式也已经有了一定的理解，知道常见的图像格式，能够通过多种途径获取图片，但是对计算机显示图像的原理不是很了解，需要理解图像信息的数字化的基本原理方能解决这一问题。高中生思维比较活跃，具有一定的探究经验和能力，对新鲜事物比较好奇，因此，采取的方法是对一个个问题进行探究，并利用Microbit微电脑开发板来模拟演示计算机显示图像的原理。教学目标

    ①了解计算机图像显示原理。②了解图像的基本参数：像素、色彩深度。③掌握图像大小的计算公式。④通过本节课学习，养成“设疑猜想推算得出结论验证”的自主探究意识，提高学生自我学习的能力，培养在实际生活中解决问题的能力。学习策略

    ①通过Microbit模拟实验，了解计算机图像显示原理。②使用扫描仪做实验的方式推算出图像大小的计算公式并加以验证。③通过仿真实验、对比试验、二进制查看器等方法与技术手段体验信息技术行业的工作模式和思考方式，揭开计算机存储信息的神秘面纱，用信息技术学科思维进行学习与创新。教学环境

    Microbit微电脑开发板、Binary Viewer二进制查看器、微视频、交互式一体机。教学过程

    1.导入

    师：我们现在经常听到的一个热词就是数字化，那么什么是数字化？同学们认真思考过这个问题吗？我们知道计算机只能存储和处理二进制数据，所以文字、图像、音频、视频等各种信息要想通过计算机来处理，必须数字化为0和1这样的二进制数字，这就是数字化。但是这些0、1二进制数怎么会跟图片产生关系嘧这节课我们就来一探究竟。

    学生思考并讨论到底什么是数字化，二进制数字跟图像有什么关系。

    设计意图：从贴近生活的细微处入手，引发学生多观察、多思考，培养学生自主探究意识。

    2.探究一：提出问题，猜想假设——单色图像怎么显示？

    师：我们先从最简单的单色图像说起。LED显示屏我们经常看到，同学们仔细观察—下，可以看出图止面的文字是怎么显示的吗？

    学生仔细观察显示屏，讨论交流得出结论：显示屏有许多点组成，有笔画的地方这个点就发亮，就显示出了文字或图像。

    设计意图：培养学生观察能力和推理能力，启发学生推断计算机显示图像原理。

    3.探究一模拟实验

    师：我们用MicrObit（微型电脑开发板）来模拟—下计算机怎么显示图像，如图2所示。同学们能描述出该图形的二进制表示方式吗？

    学生观察，小组合作探究，写出二进制编码。

    设计意图：感受单色图像编码的基本过程，理解图像显示的原理。

    4.探究二：理论探究——彩色图像如何显示？

    师：刚才我们看到的是单色图像的显示，那如果一幅图片有16种颜色，计算机应该如何编码呢？还是一个像素点用一个二进制位吗？

    学生分组讨论分析一个二进制位只能表示两种颜色，初步提出假设：16种颜色的图片，一个像素点应该由四个二进制位数字来表示。

    设计意图：通过对比单色、彩色图像编码的异同，深化对图像数字化编码的认识，大胆提出假设。

    5.探究二实验验证

    师：如果我们上述推论成立的话，那么同一幅图片分别以单色和16色存储，所占空间后者应该是前者的四倍？我们来验证—下！

    学生在微视频的帮助下分别将一幅图片以单色和16色存储，观察记录它们的存储空间。

    设计意图：学生借助实验获取直接信息，验证上一环节做出的推论假设。初步感知图像的文件大小跟色彩深度有关系。

    6.探究三：探讨影响图像大小的因素，推导图像大小计算公式

    师：图像大小还跟其他因素有关系吗？这两张纸一张是白纸，另一张是我们课本的封面，同学们，如果把这两张纸扫描成图片，哪一个占用的空间大？我们把一幅图片裁切为原来尺寸的二分之一，大小有什么变化？我们来验证一下，然后总结一下计算图像大小的计算公式。

    

    思考：为什么实际图像大小比计算出来的要略微大一点？我们通过Bmary Viewer二进制查看工具查看图像编码的奥秘！

    分组实验：用扫描仪将两张纸扫描成图片，存储为同一色深的图片，记录存储空间。在微视频的帮助下将一幅图片尺寸裁切为原来的一半，记录存储空间。总结图像大小计算公式并加以验证。通过BinaryViewer观察图像的文件头信息。

    设计意图：通过认知冲突，加深对图像编码的认识，总结出影响图像大小的因素，提炼出图像大小计算公式。通过Bmary Viewer认识图像文件头信息，解答计算出来的图像大小与实际大小略微不一致的问题，培养实事求是、严肅认真的科学态度。创新之处

    1.创新教学理念

    创建基于探究实验的信息技术课堂，以“发现问题理论探究猜想假设-实验验证-总结归纳”为主线，通过三个探究任务，引导学生解开了什么是数字化、为什么要数字化、图像大小计算公式为什么不精确等谜题，解决了单色图像的数字化、彩色图像的数字化、影响图像大小的因素等一系列问题。通过这样迭代的过程，借助信息技术工具，引导学生体验数字化学习与探索活动，激发探究欲望，学生在“问中学，学中问”中探索新知。

    2.创新课堂生态环境

    利用Microbit微电脑开发板做仿真实验，通过Binary Viewer二进制查看器查看图片的二进制编码以及文件头信息，体验了信息技术行业实践者的工作模式和思考方式，揭开计算机存储信息的神秘面纱，在实验过程中为学生创设信息隋境，提供发现问题、自主解决问题的机会，在问题解决过程中提升信息素养。

    3.创新教学形式

    采用微课教学、一体机实施翻转课堂。在课前下发Microbit使用方法微视频，在进行探究二和探究三前下发画图和Photoshop的使用方法微视频，让学生自己掌控学习，有助于培养学生的自主管理能力，实现师生学习个性化，提高课堂效率。

    另外，本节课最令我欣慰的是，我挖了一个“坑”但是学生没有跳进去。在探究三对比试验一的时候，以往有些学生会想当然地认为，相同尺寸的图片有内容的图片肯定比空白的图片占用空间大，于是我在这里设置一个认知冲突——实际情况与设想的不一样，进而进一步探究原因。本节课学生没有跳进这个“坑”，没有达到我预想的结果，但这恰恰说明，本节课学生对上一个环节图像数字化编码这一部分掌握得非常扎实，有效达成了教学目标。学生的探索意识令我叹服，学生善于发现问题，解决问题，非常专注于问题的一个一个解答。虽然本节内容只是图像数字化的冰山一角，但是在Microbit、Binary Viewer等信息化工具的帮助下，学生摸清了图像数字化的脉络，对信息技术的发展产生了浓厚兴趣，这才是本节课教学的真正目的。