Создание с помощью средств пакета Maple демонстрационных материалов в виде библиотеки процедур к уроку информатики по теме "Кодирование звука" (стр. 10 из 11)

Мультимедиа-технологии позволяют сделать учащегося не только созерцателем готового учебного материала, но и участником его создания, преобразования, оперативного использования. Имеющиеся мультимедийные курсы и образовательные программные продукты позволяют уже сегодня по-новому строить уроки. Мультимедиа-технологии неизмеримо расширяет возможности в организации и управлении учебной деятельности и позволяет практически реализовать огромный потенциал перспективных методических разработок, найденных в рамках традиционного обучения, которые, однако, оставались невостребованными или в силу определенных объективных причин не могли дать там должного эффекта.

Вернемся к прежним техническим средствам обучения. Необходимость затемнения при использовании киноаппаратуры и эпипроектора не позволяла учителю должным образом управлять познавательной активностью учащихся и сводила на нет многие усилия разработчиков учебных материалов, обесценивала их методические замыслы. Не произошло значительных изменений в активизации познавательной деятельности и в управлении ею с появлением телевизоров, видеомагнитофонов, графопроекторов, используемых в незатемненной аудитории. Несмотря на то, что учитель перед просмотром на уроке учебного фильма или других материалов пытался сформировать у учащихся необходимую установку, а после просмотра организовывал специальную работу по усвоению просмотренной информации, многие учащиеся "пассивно воспринимали" предлагаемый материал.

Похожую картину можно наблюдать и при изложении учебного материала самим учителем у классной доски. Если к тому же материал приходится сразу записывать, то у учащегося зачастую ускользает и его понимание. Хорошо известно, что оперативно поставленные текущие контрольные вопросы, на которые по ходу занятия ученикам необходимо давать ответы, значительно повышают качество обработки и усвоения воспринимаемой ими информации.

В условиях традиционной классно-урочной системы эффективность такого дидактического приема, к сожалению, не велика - учитель физически не может быстро обработать и оценить ответы учащихся. Совсем другое дело, когда занятие проходит в компьютерном классе, а ответы рассчитаны на компьютерную обработку. Учитель получает возможность оперативно отслеживать "средний процент понимания" и вносить в ход урока необходимые коррективы. Более того, по окончанию занятия можно отследить и оценить работу каждого школьника. Таким образом, мультимедиа-технологии позволяют инициировать и стимулировать внутреннюю активность учеников даже в условиях применения объяснительно-иллюстративного метода. [2]

§2.2 Извлечение из государственного стандарта

Кодирование звуковой информации отражено в стандарте среднего (полного) общего образования по информатике и ИКТ профильного уровня.

В разделе «Обязательный минимум содержания основных образовательных программ», а точнее: «Базовые понятия информатики и информационных технологий».

В линии «Информация и информационные процессы» отмечены следующие знания, которые должны знать ученики: Виды информационных процессов. Процесс передачи информации. Сигнал, кодирование, декодирование, искажение информации. Дискретное (цифровое) представление текстовой, графической, звуковой информации и видеоинформации. Скорость передачи информации. Восприятие, запоминание и обработка информации человеком, пределы чувствительности и разрешающей способности органов чувств.

Целями данного урока будут: во-первых, дать ученикам представление о том, как представлена информация в компьютере, во-вторых, показать каким образом информация преобразуется из аналоговой в дискретную.

Из этих целей можно сформулировать следующие задачи урока:

- Повторение (объяснение) звука как физического явления (на что влияет амплитуда, на что влияет частота, в чём они измеряются).

- Объяснение процесса кодирования звука.

- Объяснение ученикам, как измерять объём звуковой информации. [12]

§2.3 Программная разработка библиотеки процедур по теме «Кодирование звука»

Библиотека состоит из набора процедур. Для того, чтобы подключить библиотеку к новому проекту, нужно прописать read <имя файла библиотеки>, в данном случае readlib.mws.

Перед тем, как объяснять тему «Кодирование звука», неплохо бы вспомнить какие физические параметры влияют на звук. Дети это изучали в курсе физики. С помощью средств языка Maple можно построить подобие звуковой волны и показать, что такое амплитуда и что такое частота.

sys:=proc(s,v)

plot(sin(x), x=0..s, y=0..v, color=white);

end proc;

sys(10,10);

amp:=proc(s)

local sn,gr,fr;

sn:=plot(s, x=0..8, color=green,legend=sin):

fr:=plot([[1.5,1],[7.8,1]],style=line,legend=частота):

gr:=plot([[1.5,1],[1.5,0]],style=line,color=blue,legend=амплитуда):

plots[display](fr,gr,sn);

end proc;

amp(sin(x));

Далее, мы рисуем пример звуковой волны.

> amp1:=proc(s)

local sn;

sn:=plot(s, x=0..5, y=0..3, color=green, legend=sin):

plots[display](sn);

end proc;

amp1(sin(x)+2);

Пакет Student позволяет легко разбить звуковую волну на «ступеньки».

> with(student):

lesenka:=proc(st)

middlebox(sin(t)+2,t=0..5, st, shading=BLUE,style = point );

end proc;

lesenka(5);

> with(student):

lesenka:=proc(st)

middlebox(sin(t)+2,t=0..5, st, shading=BLUE,style = point );

endproc;

lesenka(50);

Заменив 1 параметр, мы показываем, как изменится цифровое звучание при большем количестве герц, выделенных для кодирования.

Все процедуры сохраняются в одном файле.

save lesenka, amp, amp1, sys, "RulevMV lib.m"

§2.4 Конспект урока по теме «Кодирование звука» с использованием разработанной библиотеки процедур (перечень индивидуальных заданий)

Тема урока:

Кодирование звуковой информации.

Дидактическая цель

Обеспечение в ходе урока усвоения знаний о том:

- Как представляется звуковая информация в компьютере.

- О процессе преобразования аналоговой звуковой информации в дискретную.

Понимать:

Различия между аналоговой и звуковой информацией.

На что влияют глубина кода и частота дискретизации.

Знать:

Процесс кодирования звуковой информации. Что такое глубина кода и частота дискретизации. Взаимосвязь между глубиной кодирования и количеством уровней сигналов

Уметь:

Кодировать звуковую информацию.

Задачи развития:

Мышления (логическое).

развивать у учащихся такие интеллектуальные умения как анализ и синтез (структура описательного рассказа, востребованы для каждого пункта из «уметь»), установление причинно-следственных связей (объяснительный рассказ и обобщающая беседа);

Задачи воспитания:

Воспитание культуры работы с ПК.

Интерес к теме.

Этичное отношение к одноклассникам. (умение слушать, приводить адекватную критику)

Основные формы обучения

Фронтальная, индивидуальная (у доски).

Основные методы:

Объяснительно-иллюстративный, словесный, наглядный.

Средства обучения:

Доска, проектор, ПК.

Тип урока: урок обобщения и систематизации материала.

Список используемой литературы:

1. Левченко И.В. Частные вопросы методики обучения теоретическим основам информатики в средней школе: учебно-методическое пособие. – М.: МГПУ, 2007. – 160 с.

2. Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии: Учебное пособие для 10-11классов. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2001. – 464 с.

Структура урока:

1) Организационный момент (2мин)

2) Актуализация знаний (7-8мин)

3) Всесторонняя проверка знаний. (32мин)

4) Подведение итогов. (3мин)

Этап урокаОрганизационный момент (1мин)Подготовка к усвоению нового материала. (4мин)Введение нового материала. (15мин)Первичное закрепление материала. (20мин)Подведение итогов. (5мин)

Деятельность учителяПриготовьтесь к уроку. Здравствуйте, садитесь.Отмечаю отсутствующих.Открывайте тетради и запишите тему:«Кодирование звуковой информации».Как вы уже знаете вся информация, попадая в компьютер, преобразуется.С информацией какого вида работает компьютер?Да.И сегодня мы начнём изучать, каким же образом компьютер преобразует ту или иную информацию.Начнём мы со звуковой информации.Вы узнаете, как звук из аналогового состояния переходит в дискретное. Узнаете, как измерить звуковую информацию и от чего зависит объём звукового файла.Вы все изучали физику и в рамках этого предмета изучали звук.Вспомним, что такое звук?В этом нам поможет ответ на вопрос: Как он распространяется?Правильно. Но проводником может служить необязательно воздух, любая среда, кроме вакуума.Таким образом, звук – это волна с непрерывно меняющейся амплитудой во времени.Какие параметры звука вы помните из курса физики?А ещё?Чем выше громкость, тем больше амплитуда колебания воздуха. А чем чаще колеблется воздух, тем выше тон звука.Амплитуда измеряется в децибелах, а частота колебаний в герцах.Рисую синусоиду или несколько: Поясняю её, показываю, как определить амплитуду и частоту.Вспомнили, что такое звук, как он распространяется, о его основных характеристиках. Теперь разберёмся, как же он представляется в компьютере.Для этого нарисуем декартову систему координат. Разобьём линию времени, равную 1ой секунде на 5 равных частей.Т.е. у нас за 1 секунду звук будет иметь 5 состояний.Это количество изменений звука за секунды мы назовёмчастотой дискретизации.Запишите в тетрадь определение.Так же выделим четыре различных уровня амплитуды звучания.Сколько двоичных разрядов нам потребуется, чтобы закодировать 4 различных состояния?А как мы можем обозначить 4 различных состояния, используя два двоичных разряда?ПравильноКаждый разряд это 1 бит, значит, нам потребуется 2 бита, для кодирования этой каждой 1\5 секунды. Количество бит, используемое для кодирования уровня звука, называется глубина кодирования.Далее я рисую пример звуковой волны.Возьмём, к примеру, вот такую звуковую волну. Нам нужно её оцифровать. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени А(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность “ступенек”. Хоть больше у нас нет таких плавных переходов звука, но графики более менее похожи.Далее разбираю случай, когда частота колебаний выше, чем в первом случае: Предположите, как нам стоит поступить, чтобы не потерять этот скачёк звука?Молодец.Таким образом, какой мы можем сделать вывод, исходя из этих 2ух примеров?Да.Какая характеристика влияет на количество измерений?Запишите себе в тетрадь:Чем выше частота дискретизации, тем качество кодирования будет выше.Запишите себе в тетрадь:Взаимосвязь между глубиной кодирования и количеством уровней сигналов:2i = N, где N – количество сигналов, а i – глубина кодирования.Мы разобрались, как кодируется звук, как измерить частоту дискретизации, как измерить глубину кодирования.Теперь попробуем решить задачу.Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен.Вызываю ученика к доске и вместе с классом мы решаем задачу.Поднимите руку, те, кому непонятно как мы выполнили это задание.Отвечаю на вопросы.Раз все теперь вам понятно, попробуйте решить задачу самостоятельно.Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.Выполняем задание в тетради. Плохих оценок я ставить не буду, т.к. это новая тема, но тем, кто сделает задание, я обязательно поставлю 5 или 4.Даю вам 10 минут.Выставляю оценки тем, кто справился с заданием.Делаю разбор задания, вызывая ученика к доске.Подведём итог урока.Какие основные характеристики имеет звуковая волна?Что влияет на громкость звука?А что влияет на высоту звука?Какая величина отвечает за количество уровней громкости звука?А за частоту колебания звука?Всё верно.Урок окончен, спасибо, до свидания.

Деятельность учениковЗдравствуйте.С числовой. С 0 и 1.Голосовые связки колеблют воздух. И это колебание передаётся дальше и дальше, пока колебания не затихнут.ГромкостьВысота.Частота дискретизации – количество измерений сигнала в секунду. Измеряется в герцах.2 разряда.00, 01, 10, 11Глубина кодирования – количество бит, используемое для кодирования уровня звука.Нам нужно разбить линию времени на более мелкие части, тогда мы сможем более чётко изобразить кривую.Чем чаще мы делаем замер уровня сигнала, тем более точно мы оцифруем звук.Частота дискретизации.Записывают:Чем выше частота дискретизации, тем качество кодирования будет выше.Взаимосвязь между глубиной кодирования и количеством уровней сигналов:2i = N, где N – количество сигналов, а i – глубина кодирования.Громкость, высота.Амплитуда колебания воздуха.Частота колебания звуковой волны.Глубина кодирования.Частота дискретизации.

[6], [10],[11]

Вывод по второй главе

Можно выделить следующие психологические преимущества использования мультимедиа-ресурсов в процессе обучения школьников: 1. Визуализация. Работа с графической информацией позволяет мобилизовать ресурсы образного мышления даже при работе со знаковым материалом. 2. Ускорение процесса экстериоризации замысла, его материализация в виде рисунка или схемы. 3. Ускорение и увеличение полученных от компьютера результатов шаблонных преобразований ситуации. 4. Расширение возможностей осуществления пробующих поисковых действий, которые теперь совершаются компьютером. 5. Возможность вернуться к промежуточным этапам сложной деятельности (используя память компьютера). 6. Возможность одномоментного рассмотрения одного и того же объекта с нескольких точек зрения, сравнение нескольких вариантов преобразования объекта.