《音频信号数字化》教学案例

范跃群

教学内容分析

《音频信号数字化》是浙江教育出版社出版的《多媒体技术应用》第三章第四节“声音素材”的第1课。本节知识涉及声音数字化的基本概念、声音素材的获取和使用、声音文件的格式转换等内容。本课要求学生学习音频信号数字化的基本概念，让学生在理解采样频率、量化位数、声道数等概念的基础上，掌握WAVE格式音频文件所占存储容量的计算方法。

学习对象分析

本课的授课对象是浙江省长兴县金陵高级中学高二的学生。学生来自实验班，目前已学习了“信息技术基础”模块的“算法与程序设计”的部分内容，具备一定的观察、分析和动手实践能力。但对“多媒体技术应用”的相关知识大部分学生知之甚少，对计算机中的二进制、数字化等内容认知度较低。因此，在本课教学时，多数学生缺少“音频信号数字化”学习的前导知识，而如何让学生理解数字化过程中“量化”与“量化位数”的概念，则是本课的一个挑战。

教学目标

知识与技能目标：理解音频信号数字化的基本概念；掌握WAVE音频文件存储容量的计算方法。

过程与方法目标：体验声音数字化的过程，发现数字音频参数与文件存储容量的关系，培养发现问题、分析问题、总结问题的探究式学习方法。

情感态度与价值观目标：借助认知经验和探究能力的体验式任务，进行“观察→发现→总结”，培养递进式的探索发现意识；通过数字化过程的体验和探究，激发探索信息数字化的兴趣。

教学重点、难点

重点：掌握WAVE音频文件存储容量的计算方法。

难点：采样频率和量化位数的理解。

设计思路

本课的内容贴近学生的生活，容易引起他们的学习兴趣，调动其课堂参与度，但在数字化概念欠缺、前导知识不足的情况下，如何深入浅出地引导学生理解相关概念是本课实施的重心。基于以上分析，教学中我采用“以学生实验探究为主，教师讲解引导为辅，用‘倒序’的方式引导学生进行探究式学习”的思路进行教学设计。

教学过程

1.课题导入

教师让学生观察耳机（计算机教室中不常配备耳机），并与电脑连接；探究认识耳机上按钮的功能。

学生尝试操作，并交流相关按钮的功能。

教师概括本课的学习方法：观察、实践、交流。（板书）

师：今天我们学习的知识将和耳机有关，这就是《多媒体技术应用》第三章第四节声音素材中的内容。（PPT投影章节名称，并板书课题——音频信号数字化）

设计意图：开门见山，引出本课时的学习方式，提出课题。

2.实验探究

任务1：记录（老师给大家发了4个音频文件，如图1，同学们可以对它们进行试听和观察，并将结果记录在任务单中）。

学生试听音频文件的音质，观察音频文件的容量，记录数据。

教师巡查，观察学生的记录情况，根据任务的完成度，用问题引导课堂。

问题1：4个文件的容量怎样？（大小不一）

问题2：4个文件中音质最好的是哪个？最差的是哪个？（有1个明显差，音质好的较难分辨）

问题3：猜想一下，这几个音质究竟是怎样的关系？（根据容量来作出判断）

学生根据记录结果，回答问题。

师：造成这种区别的原因是什么呢？下面我们通过一款音频编辑软件Audition，来对它们进行观察和对比，找找原因在哪。

教师演示Audition软件，并让学生观察音频的状态参数。

设计意图：观察已有结果，引导学生发现问题。其中，问题2中关于哪个音质最好的不同回答将为下一任务的展开埋下伏笔，从而引导学生选择1个音频文件作为参照，用比较的方式来辨别。

任务2：比较（学生记录、比较数据，观察，分析，得出初步结论）。

教师在学生每次比较时巡查引导，及时掌握其完成度，设置探究问题，引导学生归纳探究结果。

①比较文件1和文件2。

初步得出结论：采样频率影响了文件容量。

探究1：采样频率是什么？

教师演示Audition，让学生观察单位时间内的采样点。

学生对比文件1和文件2单位时间内采样点的数量，并归纳：单位时间内采样点的数量越多，波形越光滑（音质越好），需要存储的点越多（容量越大）。

师生共同得出结论1：采样频率越高，容量越大、音质越好。（板书）

②比较文件1和文件3。

初步得出结论：量化位数影响了文件容量。

探究2：量化位数是什么？

教师演示Audition中量化等级的变化，学生观察、交流后对量化等级进行归纳：量化区间等级划分越细，采样点描述得越精确，音质越好，容量越大。

师：量化等级和量化位数两者有什么关系？

教师讲解n位和2n的对应关系，初步建立数字化存储的印象，师生共同得出结论2：量化位数越大，容量越大、音质越好。（板书）

③比较文件1和文件4。

学生自主比较，观察声道数，归纳声道数对音质和容量的影响，得出结论3：声道数越多，容量越大、音质越好。（板书）

设计意图：对发现的问题寻因，激发学生进一步探究的兴趣，并在对比和交流中突破难点，培养学生发现问题、分析问题的能力。

3.阶段发现

任务3：结果（结合任务单和板书，汇总、分析实验探究的结论，观察影响声音音质和大小的参数，并得出它们的关系——正比例关系）。

教师在板书上用“×”连接三者，并提出问题。

问题4：对于声音容量而言，除这三个参数外，还有哪个参数会影响其大小呢？

学生回答问题。（时间）

教师板书声音容量大小的计算公式，学生学习音频文件存储容量的计算方法。

设计意图：整理、归纳分析结论，探究其本质原因，突出重点。

4.应用体验

任务4：应用（按要求录制一段声音，PPT展示要求，如图2）。

教师演示麦克风的检查方法和录音的基本操作。

学生录制一段音频，试听录制效果，体验音频数字化的过程。

教师巡查并解决录音过程中出现的问题，掌握任务完成度，提醒学生观察、记录录音参数，并根据参数计算音频文件容量。同时，根据学生录音过程中发现新问题的情况和课堂剩余时间，设置探究问题，延伸知识。

探究3：录音音量大小对音频文件容量有影响吗？

探究4：计算得到的理论大小和存储时的实际大小为什么会有区别？

设计意图：通过录音体验，对音频数字化过程进行溯源，验证实验探究所得知识，建立理论与实践的对接。

5.分析总结

任务5：小结（师生回顾音频数字化录音的过程，分析音频数字化过程，小结本课学习内容，教师布置课后巩固练习，如图3）。

设计意图：回顾、总结、梳理知识要点；实现知识的巩固和提升。

教学反思

本节课的亮点主要有三个：第一，教学主线的设计脉络清晰，以发现、寻因、究底、溯源和巩固为主线有效地串联课堂各环节，充分体现出生本、生态的特点。课堂具有较强的迁移性，内容安排便于后续课时的教学。第二，课堂任务的设计有意义、有梯度，既符合学生的认知规律，又体现了知识的内在规律。第三，课堂任务完成度极高，圆满完成了教学任务。本节课的不足之处主要是在教学互动时略有欠缺。在课前，我未考虑特定环境对师生的影响，造成课前时间的过多消耗，进而影响了课堂上的学习氛围；课堂上个别知识点（如采样频率）的讲解稍显繁琐，不敢放手，错失了发掘学生自主学习的机会。

比赛课源于自身教学的日积月累，精雕细琢，但在教学内容之外，我又不得不重提两个词，那就是预设和心态。好的课堂有充足的预设，也伴随着生成，但由于学科特性，又往往会有意外产生，如课堂中教学软件的安装故障等。面对这些意外以及比赛的压力，我们是否有足够强大的内心来容纳和解决呢？

附录：《音频信号数字化》学习任务单

1.记录

试听、观察以下的4个音频文件，并完成下表。

2.比较

通过音频编辑软件Audition打开音频文件，观察状态栏参数，完成以下表格。

（1）文件1和文件2的比较。

结论1：_________________________。

（2）文件1和文件3的比较。

结论2：______________________________。

（3）文件1和文件4的比较。

结论3：_________________________。

3.结果

WAVE格式音频文件的存储容量=______________________________。

4.应用

按要求录制一段音频，根据参数计算该音频文件的存储容量，并通过音频编辑软件观察该音频文件的存储容量，完成下表。

5.小结

声音录制过程分析。

点 评

本课由“猜测”和“验证”贯穿始终，用别具一格的探究学习，充分发挥了学生的主体性。“猜测”体现在让学生通过试听、观察的方法，进行三个音频文件音质和容量的比较，并大胆“猜测”影响声音数字化容量的参数、关系及计算公式，其中教师借助Audition软件的形象化，引导学生观察单位时间内采样点和量化等级，很好地突破了对“采样频率”和“量化位数”这两个抽象概念的理解；“验证”体现在学生通过“自我录音”“计算容量”“比对容量大小”这一过程，来验证公式的准确性。因此，无论哪个环节，学生都是在教师引导下，动手实践，在实践中发现问题、分析问题，并通过独立思考、讨论交流等方式解决问题，获得知识，体验整个学习过程。

由于是借班上课，教师对教学环境和学生不是特别熟悉，上课时没有快速找到音频编辑软件的快捷方式，这一点以及教师在引导学生观察“采样点”和“量化等级”时，都浪费了一些宝贵的时间。