图像的数字化原理教学设计-全国高中信息技术优质课

1图像的数字化原理海南中学李霞兰【内容分析】本部分内容是中国地图出版社《多媒体技术应用》选修模块第一单元（认识多媒体）第二节多媒体技术中的内容，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表示与存储图像的，这对于后面要学习音频和视频的数字化可以起到知识迁移的作用，也为第二单元“图形图像处理”的学习打下基础。【学生分析】高二的学生通过《信息技术基础》必修模块的学习，已经初步认识到计算机是用二进制来表示信息的，对图像的知识也已经有了一定的理解：比如知道常见的图像格式、也知道位图和矢量图，并具备有一定计算机操作能力。通过本节课的学习，学生能对图像的知识有进一步的认识，理解图像数字化的原理，并掌握图像容量大小的计算公式。【教学策略】本节课的主要教学策略：教师创设问题情境——学生从中产生问题（一张照片的容量是多少？）——学生进而猜想——通过探究活动验证学生的猜想——交流总结——推导出计算公式，然后利用公式计算相片容量大小，解决实际问题。[教学目标]1、知识与技能目标（1）了解影响图像容量大小的几个因素，并能分析其中所蕴含的数量关系。（2）理解图像数字化的过程。（3）学会利用图像容量大小的计算公式计算数据量。（4）了解数据单位的换算关系2、过程与方法（1）通过探究实验，体验图像容量大小与图像分辨率和色彩深度之间的关系，并理解图像数字化的过程。（2）通过探究实验，总结出图像容量大小的计算公式。（3）通过两张不同格式的图像对比，理解BMP格式和JPG格式数据量差别。3、情感态度价值观（1）在探究实验中，培养用于实践，严谨实施的科学态度。（2）逐步养成自主参与课堂教学的习惯，自主解决问题的能力。[教学重难点]1、重点：图像的数字化原理及图像文件存储数据量的计算公式。2、难点：图像量化及图像文件存储数据量的计算公式。2[教学过程]教学环节教学过程设计意图一、导入（5分钟）创设问题情境——引发提出问题——尝试说出解决问题的假设方法——引出课题情境：老师有一台存储卡容量为8G的数码相机，打算在银川多拍些照片带回海南，但是这台数码相机的存储卡能存储多少张相片呢，你能帮我算一下吗？问题：实际上是每一张相片的大小，求每张相片的数据量猜想：图像的容量大小可能跟哪些因素有关？师生交流：尺寸、颜色等假设：相片大，数据量大；色彩丰富，数据量大本节课我们就一起通过学习图像的数字化原理来寻找答案。结合生活实际，创设情境，提高学生的学习兴趣。同时，还可以引发学生思考：图像大小可能跟哪些因素有关？由此引出本课的学习主题——探究图像的数字化原理，揭开它幕后的神秘面纱。二、图像数字化原理（20分钟）（一）采样（本环节首先通过“探究实验一”来验证学生的猜想一，然后再引出“采样”这个概念）1、验证学生的猜想一：图像的尺寸大，图像容量大。（1）探究实验（探究实验一的内容：利用画图软件完成以下操作：（1）执行菜单栏上的“图像—属性”将图像宽度设置为100像素，高度设置为100像素，其他参数默认，保存在桌面上，文件名为“1.bmp”。查看文件大小。（2）再通过“图像—属性”修改图像宽度为200像素，高度为200像素，其他参数不变，另存为到桌面上，文件名为“2.bmp”。查看文件大小。通过比较“1.bmp”和“2.bmp”的文件大小，你有什么发现？）（2）交流：引导学生交流、分析结论：图像的容量大小跟图像的分辨率有关，图像分辨率越大，图像容量越大，而且是成比例的关系。进一步验证结论：让学生根据结论，猜测“文件3.bmp（300*300像素）”的文件大小大约是多少？由此进一步验证得出的结论。2、教师引导讲授由图像尺寸引出图像分辨率，让学生明白图像就是由像素点组成的，再引出采样的概念。采样就是要采集图像像素点的总数，采集的像素点数量越多，图像的容量就越大。采样是图像数字化的第一步。（二）量化（本环节首先通过观察图像引出问题：像素点颜色信息是由怎么表达的？然后再通过“探究实验二”来验证学生的猜想二，并通过一系列的提问引出“量化”的概念和“色彩深度”的概念。）1、情景：通过观察一张有网格的图像，假设这些网格就是图像分辨率，每该阶段以学生通过“探究实验”来验证“猜想”的方式来让学生理解图像数字化的三个过程：采样、量化、编码。在本阶段，学生处于”主导“地位，教师处于”引导“的地位。3个小格对应一个像素点，观察像素点可以看到是什么信息？颜色信息讲解：从像素点可以看到颜色信息的。引出问题：像素点的颜色信息是怎么表达的呢？颜色越丰富，信息量是不是越大？2、验证：色彩越丰富，图像容量也大“探究实验二”（探究实验二的内容：利用“画图”软件打开“色彩.bmp”这张图片，执行“文件—另存为”这个操作，分别另存为“24位色.bmp”、“256色.bmp”、“16色.bmp”、“单色.bmp”，保存类型分别选择“24位位图”、“256色位图”、“16色位图”、“单色位图”。观察另存后的4张图像，看看你有什么发现。）通过“探究实验二”的操作，学生发现图像的容量大小不一样、从画面上看颜色也不同，数据量大小成倍数关系。3、交流结论：颜色越多，数据量越多，数据量成倍数。为什么会出现这样的情况，继续分析。4、教师讲授以“单色图像”为例子来分析：颜色总数、二进制位数，引出“量化”和“色彩深度”分析1：“颜色总数”、“二进制位数”之间的关系。教师引导讲授“量化”的概念图像采样之后的每个像素点的颜色信息要由多少位二进制数来表示，这个过程称为量化，量化是图像数字化的第二步。分析2：色彩深度成倍数，数据也成倍数，按比例。引出结论：图像容量大小与色彩深度有关，色彩深度的位数越大，图像的容量化这个环节是本节课的重点之一，也是本节课的难点。学生没有先前的相关或类似的经验，为此，本环节采取由浅入深、循序渐近、通过问题启发，逐步推进的策略来突破重点与难点，从而实现教学目标。4量也就越大。并且它们之间也是成比例关系：色彩深度增加几倍，图像的容量就增加几倍。（三）编码教师引导讲授：图像采样量化的目的是为了让计算机识别和处理，这个过程就是编码的过程，也就是把图像像素点的颜色信息转换成计算机可以识别和处理的二进制代码。编码是图像数字化的第三步。（四）小结：图像数字化的过程通过以一张图像为例子来跟学生一起总结图像数字化的过程。三、图像容量大小的计算公式（8分钟）（在本环节，先是让学生尝试自己推断出图像容量大小的计算公式，然后再通过“探究实验三”来进行验证这个计算公式是否成立。）（一）推论公式引导分析：“图像尺寸大，色彩深度大，图像的数据量也大，成倍数，成比例”，尝试自己推断图像容量大小的计算公式推论：图像容量大小=图像分辨率×色彩深度？（二）通过“探究实验三”来验证自己推断的计算公式。（探究实验三的内容：假设某张图像的图像分辨率是1024×768像素，色彩深度是24位，已知这张图像的容量大小是：2.25MB，请利用计算器根据你所推断的图像容量大小的计算公式去验证一下，看看这张图像的容量大小是否等于2.25MB。）在学生验证的过程中，进行存储单位说明以及引导学生进行单位换算：8bit=1Byte、1024B=1KB、1024KB=1MB、1024MB=1GB（三）交流学生通过验证，验证自己的推论，得出结论。结论：图像容量大小=图像分辨率×色彩深度本环节是重点也是难点。通过先让学生尝试推断出计算公式，然后再去验证，最后归纳总结。学生经历“推断—验证—总结”三个阶段，有助于学生更好地理解公式及应用公式。5四、计算公式的应用（5分钟）（一）利用公式解决上课之初所提出的问题。求8G存储卡能存储多少张照片？问题：相机的图像分辨率是2560×1920，色彩深度是24位，2G存储卡能存储多少张照片？计算：1、一张照片的容量？2、8G能存储多少张？（二）观察同一张图像的两种不同格式：BMP格式和JPG格式，看看有什么发现？并提出问题：图像容量大小=图像分辨率×色彩深度这个计算公式是否适用于所以得图像文件格式？通过分析让学生理解BMP是一种位图格式，是没有经过任何压缩的，JPG格式是一种压缩格式。图像容量大小的计算公式只适用于没有经过任何压缩的图像文件格式。通过运用计算公式来解决上课之初所提出的问题，并分析计算公式的应用范围，有助于巩固知识，并把所学知识跟生活联系起来。五、课堂总结（2分钟）通过本节课的探究学习，我们解决了两个问题，一个是理解了图像数字的原理，另一个是知道了图像在没有压缩的情况下，图像容量大小的计算公式。我们还会学习有关音频、视频等媒体信息的数字化。声音数字化也是经过采样、量化以及编码，它的数据量大小一样可以用公式计算。希望同学们能把本节课所理解的图像数字化的原理通过知识迁移应用到以后的学习中。提出希望，为后面的学习内容埋下伏笔。