音と画像のデジタル表現
波を区切り、マスに塗る。区切りを細かくするほど本物に近づき、データは重くなる
50分教師用メモ
準備 教室コードは新しいものにする。「教師」を押す。体験 01・02 は端末内で完結する。
時間配分 前回まとめ・目標 4分 ／ 節1 波を区切る 16分 ／ 節2 マスに塗る 14分 ／ 節3 何バイト 10分 ／ まとめ・自己評価・ふりかえり 6分
教科書: 新編情報Ⅰ 15 音と画像のデジタル表現（p.44）。
この回の評価（指導要領 (2) ア(ア)。標本化・量子化・符号化、標本化の精度や量子化のレベルでファイルサイズや音質・画質が変わることを科学的に理解する。単元設計は 単元設計のページ）
- 知識・技能 標本化・量子化・符号化の 3 手順を、音と画像の両方で説明できる（体験01・02・まとめ）
- 思考・判断・表現 標本化周波数・量子化ビット数（解像度・階調）を変えると再現の忠実さとデータ量がどう変わるかを、自分で動かした結果から言える（体験01・02）。データ量を計算できる（体験03）
- 態度 身のまわりの音や画像の「区切り」に興味を持ち、忠実さと量のトレードオフを自分の言葉で書いている（ふりかえり）
ふりかえりの枚の自己評価の分布を見て、「まだ」が多い目標を次回冒頭で拾い直す。
文字は番号を振れた ｜ 写真はどう番号を振る
文字は種類が決まっているから番号を振れた。音や画像は連続していて、切れ目がない。そこで、第3回の「区切る」が出てくる。今日は自分の手で区切る
連続した波を、どこで、どれくらい細かく区切るか
教師用メモ
前回「まだ」が多かった 2 進法は、体験 01 の画面で数字が 2 進数で出るので、そこで拾える。
授業の終わりにできるようになること
つまみを動かして波を階段にする
N の字が読めるマス数を探す
計算して当てる
波を区切る
音の正体は空気の振動。その波を、時間と高さで区切る
波を、階段にする
薄い線が元の波（アナログ）。つまみを動かすと、波が「時間で区切られ」（標本化）、「高さが段階に丸められ」（量子化）て階段になる。階段が元の波にどれだけ近いか、そのときのデータ量を見る。この画面は自分の端末だけ
教師用メモ
進め方（12分）
- まず回数 8・2 ビットで「元の波と全然違う」を見せる。回数を上げる（横に細かく）→ ビット数を上げる（縦に細かく）。「どっちを上げると何が良くなる？」
- 「1 秒あたりのビット数」が、回数 × ビット数で増えることを読ませる。忠実さとデータ量は同時に増える（トレードオフ）。
- 最後に「最初の 4 点の符号」を読む。これが符号化。高さの段階の番号を 2 進数にしたもの。
言葉の対応 横の区切り = 標本化（標本化周波数、Hz）。縦の丸め = 量子化（量子化ビット数）。2 進数にする = 符号化。CD は 44,100 Hz・16 ビット。
標本化 → 量子化 → 符号化 ｜ 区切って、丸めて、2 進数に
| 標本化 | 電気信号を一定間隔の時間で区切り、波の高さを取り出す。1 秒に区切る回数が標本化周波数。多いほど元の波を忠実に再現できる |
| 量子化 | 電圧を一定間隔に区切り、取り出した高さに最も近い段階の数値を読む。段階に使うビット数が量子化ビット数。多いほど忠実 |
| 符号化 | 読み取った数値を 0 と 1（2 進法）に変換する。再生のときは逆にアナログ信号に戻してスピーカーへ |
※ 区切るとき、区切りの間は捨てられている。細かくすれば捨てる量は減るが、データは重くなる。必ず劣化はある
教師用メモ
目標 01 の前半。MIDI（音そのものではなく、音階や長さを記録する方式）にも一言。
マスに塗る
画像も同じ 3 手順。区切るのは時間ではなく面
N の字が読めるのは、何マスから
マスをタップ（なぞってもよい）して黒く塗り、N の字を描く。マス数を変えて、読める最小のマス数を探す。右に、そのまま 0 と 1 の列（白 0、黒 1）とデータ量が出る
教師用メモ
進め方（10分） 4×4 から始める。「N に見える？」→ 見えない人が多い。6×6、8×8 と上げると読める。「読めるようになった代わりに、何が増えた？」→ ビット数（データ量）。
言葉の対応 マスに区切る = 標本化（解像度）。マスの色を白か黒の 2 段階にする = 量子化（階調。今回は 1 ビット = 2 段階）。0 と 1 の列 = 符号化。
「グレーも使えたら？」→ 1 マスに 8 ビット（256 段階）。データ量は 8 倍。次の節の計算につながる。
画像は画素の集まり ｜ 解像度と階調
| 画素（ピクセル） | 画像を作る点。デジタルカメラもスキャナも、画像を画素に区切って代表の値を取り出す（標本化） |
| 解像度 | 分割する細かさ。多いほど忠実だが、画素数のぶんデータが増える。8×8 で N は読めたが、写真なら数百万画素 |
| 階調 | 1 画素の色を表す段階の数（量子化）。白黒なら 1 ビット（2 段階）、グレーなら 8 ビット（256 段階）。多いほど忠実で、重い |
音の「回数 × ビット数」と、画像の「画素数 × 階調のビット数」は、同じ形。区切りの数 × 1 区切りのビット数がデータ量
教師用メモ
目標 01 の後半。「解像度」はディスプレイでは総画素数、プリンタでは 1 インチあたりの点の数（dpi）と、場面で意味が変わる、と一言。
何バイト
区切りの数 × 1 区切りのビット数
10 秒の音声は、何バイト
10 秒の音を、標本化周波数 10 Hz（1 秒に 10 回）、量子化ビット数 4 ビットでデジタル化した。データ量は何バイト？ 式を書いてから選ぶ
教師用メモ
答え 50 バイト。10 秒 × 10 回 × 4 ビット = 400 ビット = 50 バイト。「400」を選ぶ人は単位（ビットとバイト）を見落としている。問われた単位に注意、が要点。
続けて口頭で 1 問: 「800 × 600 のモノクロ画像（1 画素 1 ビット）は何バイト？」→ 480,000 ビット = 60,000 バイト。「フルカラー（1 画素 24 ビット）なら？」→ 24 倍。目標 03。
データ量の式は、音も画像も同じ形
10 × 10 × 4 = 400 bit = 50 B
CD: 44,100 Hz × 16 bit × 2（左右）
800 × 600 × 1 = 480,000 bit = 60,000 B
フルカラーは 1 画素 24 bit（次回）
8 ビットで 1 バイト、1,024 バイトで 1 KB。問われた単位に直してから答える
教師用メモ
目標 03。ハイレゾ（96 kHz・24 bit）の話は興味がある生徒向けに一言。
測る間隔を粗くすると、どこから崩れるか
音は時間を刻んで数にする。画像は面を刻んで数にする。刻み方を変えて、元とのずれを見る
確かめる前に、いまの予想を 1 つ選ぶ。当たっていなくてよい。予想を置いておくと、違ったときに気づける
選んだ人数が右に出る。分かれているところを 1 つ読み上げてから次へ
教師用メモ
予想を先に（2分） 先に道具を開くと、触って終わる。予想を置いてから確かめると、違ったところが残る。
6分。2 つの道具を続けて使う。標本化・量子化・符号化の 3 語を、操作と結ぶ。
道具は外で公開されている Web アプリ。この授業のページの中で開くので、別のページへは移らない。閉じれば、そのままこの枚に戻る。ブラウザの中で動き、入力はこの授業のサーバーには送られない。
道具で確かめて、予想と合っていたかを見る
- 「この枚で開く」を押す
- 測る間隔を粗くする
- 波の形が崩れ始めるところを見つける
- 「この枚で開く」を押す
- マスを粗くする
- 何が見えなくなるかを言う
教師用メモ
進め方 手順のとおりに触らせる。終わったら前の枚の予想と見比べ、外れた人を 2 人読み上げる。
6分。2 つの道具を続けて使う。標本化・量子化・符号化の 3 語を、操作と結ぶ。
道具は外で公開されている Web アプリ。この授業のページの中で開くので、別のページへは移らない。閉じれば、そのままこの枚に戻る。ブラウザの中で動き、入力はこの授業のサーバーには送られない。
3つの目標に、自分の操作で答える
今日の目標、自分はどこまで
3 つの目標それぞれに、できた／だいたい／まだ、を 1 つ選ぶ。右の帯にクラス全体の分布が出る
教師用メモ
1 分。計算は「まだ」が出やすい。次回の冒頭で 1 問やる。
「本物に近い」と「軽い」のどちらを選ぶか、自分の場面で
一文でよい。「〇〇のときは軽さを選ぶ。△△のときは忠実さを選ぶ」の形
教師用メモ
3 分。次回は色と動画。「1 画素に何ビット使えば、写真の色が出る？」を問いとして残す。