《音頻信號數字化》教學案例

范躍群

教學內容分析

《音頻信號數字化》是浙江教育出版社出版的《多媒體技術應用》第三章第四節“聲音素材”的第1課。本節知識涉及聲音數字化的基本概念、聲音素材的獲取和使用、聲音文件的格式轉換等內容。本課要求學生學習音頻信號數字化的基本概念，讓學生在理解采樣頻率、量化位數、聲道數等概念的基礎上，掌握WAVE格式音頻文件所占存儲容量的計算方法。

學習對象分析

本課的授課對象是浙江省長興縣金陵高級中學高二的學生。學生來自實驗班，目前已學習了“信息技術基礎”模塊的“算法與程序設計”的部分內容，具備一定的觀察、分析和動手實踐能力。但對“多媒體技術應用”的相關知識大部分學生知之甚少，對計算機中的二進制、數字化等內容認知度較低。因此，在本課教學時，多數學生缺少“音頻信號數字化”學習的前導知識，而如何讓學生理解數字化過程中“量化”與“量化位數”的概念，則是本課的一個挑戰。

教學目標

知識與技能目標：理解音頻信號數字化的基本概念；掌握WAVE音頻文件存儲容量的計算方法。

過程與方法目標：體驗聲音數字化的過程，發現數字音頻參數與文件存儲容量的關系，培養發現問題、分析問題、總結問題的探究式學習方法。

情感態度與價值觀目標：借助認知經驗和探究能力的體驗式任務，進行“觀察→發現→總結”，培養遞進式的探索發現意識；通過數字化過程的體驗和探究，激發探索信息數字化的興趣。

教學重點、難點

重點：掌握WAVE音頻文件存儲容量的計算方法。

難點：采樣頻率和量化位數的理解。

設計思路

本課的內容貼近學生的生活，容易引起他們的學習興趣，調動其課堂參與度，但在數字化概念欠缺、前導知識不足的情況下，如何深入淺出地引導學生理解相關概念是本課實施的重心。基于以上分析，教學中我采用“以學生實驗探究為主，教師講解引導為輔，用‘倒序’的方式引導學生進行探究式學習”的思路進行教學設計。

教學過程

1.課題導入

教師讓學生觀察耳機（計算機教室中不常配備耳機），并與電腦連接；探究認識耳機上按鈕的功能。

學生嘗試操作，并交流相關按鈕的功能。

教師概括本課的學習方法：觀察、實踐、交流。（板書）

師：今天我們學習的知識將和耳機有關，這就是《多媒體技術應用》第三章第四節聲音素材中的內容。（PPT投影章節名稱，并板書課題——音頻信號數字化）

設計意圖：開門見山，引出本課時的學習方式，提出課題。

2.實驗探究

任務1：記錄（老師給大家發了4個音頻文件，如圖1，同學們可以對它們進行試聽和觀察，并將結果記錄在任務單中）。

學生試聽音頻文件的音質，觀察音頻文件的容量，記錄數據。

教師巡查，觀察學生的記錄情況，根據任務的完成度，用問題引導課堂。

問題1：4個文件的容量怎樣？（大小不一）

問題2：4個文件中音質最好的是哪個？最差的是哪個？（有1個明顯差，音質好的較難分辨）

問題3：猜想一下，這幾個音質究竟是怎樣的關系？（根據容量來作出判斷）

學生根據記錄結果，回答問題。

師：造成這種區別的原因是什么呢？下面我們通過一款音頻編輯軟件Audition，來對它們進行觀察和對比，找找原因在哪。

教師演示Audition軟件，并讓學生觀察音頻的狀態參數。

設計意圖：觀察已有結果，引導學生發現問題。其中，問題2中關于哪個音質最好的不同回答將為下一任務的展開埋下伏筆，從而引導學生選擇1個音頻文件作為參照，用比較的方式來辨別。

任務2：比較（學生記錄、比較數據，觀察，分析，得出初步結論）。

教師在學生每次比較時巡查引導，及時掌握其完成度，設置探究問題，引導學生歸納探究結果。

①比較文件1和文件2。

初步得出結論：采樣頻率影響了文件容量。

探究1：采樣頻率是什么？

教師演示Audition，讓學生觀察單位時間內的采樣點。

學生對比文件1和文件2單位時間內采樣點的數量，并歸納：單位時間內采樣點的數量越多，波形越光滑（音質越好），需要存儲的點越多（容量越大）。

師生共同得出結論1：采樣頻率越高，容量越大、音質越好。（板書）

②比較文件1和文件3。

初步得出結論：量化位數影響了文件容量。

探究2：量化位數是什么？

教師演示Audition中量化等級的變化，學生觀察、交流后對量化等級進行歸納：量化區間等級劃分越細，采樣點描述得越精確，音質越好，容量越大。

師：量化等級和量化位數兩者有什么關系？

教師講解n位和2n的對應關系，初步建立數字化存儲的印象，師生共同得出結論2：量化位數越大，容量越大、音質越好。（板書）

③比較文件1和文件4。

學生自主比較，觀察聲道數，歸納聲道數對音質和容量的影響，得出結論3：聲道數越多，容量越大、音質越好。（板書）

設計意圖：對發現的問題尋因，激發學生進一步探究的興趣，并在對比和交流中突破難點，培養學生發現問題、分析問題的能力。

3.階段發現

任務3：結果（結合任務單和板書，匯總、分析實驗探究的結論，觀察影響聲音音質和大小的參數，并得出它們的關系——正比例關系）。

教師在板書上用“×”連接三者，并提出問題。

問題4：對于聲音容量而言，除這三個參數外，還有哪個參數會影響其大小呢？

學生回答問題。（時間）

教師板書聲音容量大小的計算公式，學生學習音頻文件存儲容量的計算方法。

設計意圖：整理、歸納分析結論，探究其本質原因，突出重點。

4.應用體驗

任務4：應用（按要求錄制一段聲音，PPT展示要求，如圖2）。

教師演示麥克風的檢查方法和錄音的基本操作。

學生錄制一段音頻，試聽錄制效果，體驗音頻數字化的過程。

教師巡查并解決錄音過程中出現的問題，掌握任務完成度，提醒學生觀察、記錄錄音參數，并根據參數計算音頻文件容量。同時，根據學生錄音過程中發現新問題的情況和課堂剩余時間，設置探究問題，延伸知識。

探究3：錄音音量大小對音頻文件容量有影響嗎？

探究4：計算得到的理論大小和存儲時的實際大小為什么會有區別？

設計意圖：通過錄音體驗，對音頻數字化過程進行溯源，驗證實驗探究所得知識，建立理論與實踐的對接。

5.分析總結

任務5：小結（師生回顧音頻數字化錄音的過程，分析音頻數字化過程，小結本課學習內容，教師布置課后鞏固練習，如圖3）。

設計意圖：回顧、總結、梳理知識要點；實現知識的鞏固和提升。

教學反思

本節課的亮點主要有三個：第一，教學主線的設計脈絡清晰，以發現、尋因、究底、溯源和鞏固為主線有效地串聯課堂各環節，充分體現出生本、生態的特點。課堂具有較強的遷移性，內容安排便于后續課時的教學。第二，課堂任務的設計有意義、有梯度，既符合學生的認知規律，又體現了知識的內在規律。第三，課堂任務完成度極高，圓滿完成了教學任務。本節課的不足之處主要是在教學互動時略有欠缺。在課前，我未考慮特定環境對師生的影響，造成課前時間的過多消耗，進而影響了課堂上的學習氛圍；課堂上個別知識點（如采樣頻率）的講解稍顯繁瑣，不敢放手，錯失了發掘學生自主學習的機會。

比賽課源于自身教學的日積月累，精雕細琢，但在教學內容之外，我又不得不重提兩個詞，那就是預設和心態。好的課堂有充足的預設，也伴隨著生成，但由于學科特性，又往往會有意外產生，如課堂中教學軟件的安裝故障等。面對這些意外以及比賽的壓力，我們是否有足夠強大的內心來容納和解決呢？

附錄：《音頻信號數字化》學習任務單

1.記錄

試聽、觀察以下的4個音頻文件，并完成下表。

2.比較

通過音頻編輯軟件Audition打開音頻文件，觀察狀態欄參數，完成以下表格。

（1）文件1和文件2的比較。

結論1：_________________________。

（2）文件1和文件3的比較。

結論2：______________________________。

（3）文件1和文件4的比較。

結論3：_________________________。

3.結果

WAVE格式音頻文件的存儲容量=______________________________。

4.應用

按要求錄制一段音頻，根據參數計算該音頻文件的存儲容量，并通過音頻編輯軟件觀察該音頻文件的存儲容量，完成下表。

5.小結

聲音錄制過程分析。

點 評

本課由“猜測”和“驗證”貫穿始終，用別具一格的探究學習，充分發揮了學生的主體性。“猜測”體現在讓學生通過試聽、觀察的方法，進行三個音頻文件音質和容量的比較，并大膽“猜測”影響聲音數字化容量的參數、關系及計算公式，其中教師借助Audition軟件的形象化，引導學生觀察單位時間內采樣點和量化等級，很好地突破了對“采樣頻率”和“量化位數”這兩個抽象概念的理解；“驗證”體現在學生通過“自我錄音”“計算容量”“比對容量大小”這一過程，來驗證公式的準確性。因此，無論哪個環節，學生都是在教師引導下，動手實踐，在實踐中發現問題、分析問題，并通過獨立思考、討論交流等方式解決問題，獲得知識，體驗整個學習過程。

由于是借班上課，教師對教學環境和學生不是特別熟悉，上課時沒有快速找到音頻編輯軟件的快捷方式，這一點以及教師在引導學生觀察“采樣點”和“量化等級”時，都浪費了一些寶貴的時間。