【海淀高中信息技術】數(shù)據(jù)處理與應用關于吃的那些事兒

《數(shù)據(jù)處理與應用》教學設計基本信息姓名學校清華大學附屬中學永豐學校首都師范大學附屬中學學科信息技術聯(lián)系電話及郵箱年級高一年級教科書版本及章節(jié)《信息技術必修1-數(shù)據(jù)與計算》人民教育出版社中國地圖出版社第三章數(shù)據(jù)處理與應用學習領域/模塊數(shù)據(jù)處理與應用單元教學設計單元學習主題數(shù)據(jù)處理與應用-關于吃的那些事兒1.單元教學設計意圖以數(shù)據(jù)為核心的信息技術正深刻影響著社會的經(jīng)濟結構和生產(chǎn)方式，能夠合理組織數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)中所承載的信息，并進一步作出合理的判斷是學生學習信息技術學科應該掌握的基本能力之一。本單元通過日常生活中的實例——“關于吃的那些事兒（學校食堂就餐）”為主題，圍繞主題進行數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的整理、數(shù)據(jù)的分析和可視化以及撰寫分析報告并應用分析結果幫助決策等環(huán)節(jié)的學習和實踐，掌握數(shù)據(jù)采集、整理、分析和可視化的基本方法，感受數(shù)據(jù)處理對日常生活的影響。以“吃”為主題，提高學生研究問題的熱情；根據(jù)解決問題的需要，能夠自主選擇恰當方式收集數(shù)據(jù)，并能夠?qū)Ψ治鏊媒Y果進行合理的判斷，提高學生的信息意識；在了解各種數(shù)字工具的前提下，能夠根據(jù)實際需求選擇恰當?shù)臄?shù)字化工具解決問題，提高數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力；能夠使用編程語言完成數(shù)據(jù)的整理、分析和可視化處理，從而進一步理解計算機解決問題的方法，提高計算思維能力；在項目活動中，尊重和保護個人及他人隱私，注意信息及信息設備安全，提高其信息社會責任。2.單元內(nèi)容分析《普通高中信息技術課程標準（2017版）》指出：1.通過典型的應用實例，了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達的基本方法；2.根據(jù)任務需求，選用恰當?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)，完成分析報告，理解對數(shù)據(jù)進行保護的意義。對于學業(yè)要求也有明確的指示：了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達的基本方法，能夠利用軟件工具或平臺對數(shù)據(jù)進行整理、組織、計算與呈現(xiàn)，并能通過技術方法對數(shù)據(jù)進行保護；在數(shù)據(jù)分析的基礎上完成分析報告（信息社會責任、計算思維）。本單元的主要內(nèi)容包括：第1節(jié)數(shù)據(jù)處理及其一般過程，認識數(shù)據(jù)處理，初步體驗如何通過數(shù)據(jù)處理獲取有價值的信息；第2、3節(jié)數(shù)據(jù)采集、整理、分析和可視化方法，這是數(shù)據(jù)處理分析的關鍵環(huán)節(jié)，分析其基本方法，并結合實例和具體問題，介紹如何選擇恰當?shù)姆椒肮ぞ哌M行數(shù)據(jù)采集、整理、分析和可視化；第4節(jié)數(shù)據(jù)分析報告的撰寫，數(shù)據(jù)處理的最后環(huán)節(jié)，將探究的結果呈現(xiàn)出來，通過思考和分析日常生活照數(shù)據(jù)處理的應用實例，體會數(shù)據(jù)應用的重要作用。學習本單元之后，學生學會如何利用信息技術有效處理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并利用其中的價值，對后續(xù)的研究決策提供幫助。這一能力的習得，將更加有助于學生適應信息社會的需求，這項能力也就內(nèi)化為學生未來工作、生活的一項基本技能。3.學習者分析學習者為高一年級的學生，他們能認識到數(shù)據(jù)在信息社會中的重要價值，但在數(shù)據(jù)分析方面如何挖掘數(shù)據(jù)的價值從而輔助決策方面沒有掌握相應的方式方法，需要幫助其了解數(shù)據(jù)的采集、處理、分析和呈現(xiàn)，從而合理處理與應用數(shù)據(jù)。學習者初步學習了算法與程序設計，有一定的分析問題、解決問題的能力，也具備一定的自學能力。4.單元學習目標與重點難點【教學目標】認識數(shù)據(jù)處理，了解數(shù)據(jù)處理的一般過程；掌握數(shù)據(jù)采集和整理的基本方法，根據(jù)需求選擇合適的工具采集與整理數(shù)據(jù)；掌握常用的數(shù)據(jù)分析方法，能夠選擇恰當?shù)姆椒ㄟM行數(shù)據(jù)分析，感受數(shù)據(jù)可視化表達對日常生活的影響；掌握數(shù)據(jù)分析報告的撰寫方法，完成數(shù)據(jù)分析報告；提高處理與應用數(shù)據(jù)的能力，體會數(shù)據(jù)應用的重要作用?！緦W習重點】1.數(shù)據(jù)采集、整理、分析和可視化的基本方法；2.能夠利用軟件工具或平臺對數(shù)據(jù)進行整理、組織、計算與呈現(xiàn)；3.能夠通過技術方法對數(shù)據(jù)進行保護；4.能夠在數(shù)據(jù)分析的基礎上，完成分析報告?！緦W習難點】能夠選擇合適的數(shù)字化工具和方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取、組織和分析，提高利用信息技術解決問題的能力，樹立起重視數(shù)據(jù)和保護數(shù)據(jù)的意識。5.單元整體教學思路（教學結構圖）課時教學設計課題關于吃的那些事兒——數(shù)據(jù)采集與整理課型新授課章/單元復習課□專題復習課□習題/試卷講評課□學科實踐活動課□其他□教學內(nèi)容分析（教學內(nèi)容及內(nèi)容結構分析）數(shù)據(jù)采集與整理是數(shù)據(jù)處理的關鍵部分，學生學會選擇恰當?shù)姆椒ú杉瘮?shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)，難免會有一些非標準化的、不完整的或重復的數(shù)據(jù)出現(xiàn)，這時候就需要對數(shù)據(jù)進行處理，將“臟數(shù)據(jù)”進行統(tǒng)一性和標準化處理，從而變成“清潔數(shù)據(jù)”，以保證數(shù)據(jù)的完整性、統(tǒng)一性和準確性，進而為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析及可視化做充分準備。本課時是數(shù)據(jù)采集的后續(xù)課程，教學內(nèi)容主要有：數(shù)據(jù)整理的常用方法，包括刪除重復數(shù)據(jù)、補全缺失數(shù)據(jù)和校正錯誤數(shù)據(jù)等，重點學習如何編寫Python程序進行數(shù)據(jù)的整理。需要掌握運用Python語言的pandas庫進行數(shù)據(jù)處理的方法。學習者分析（學生與本課時學習相關的學習經(jīng)驗、知識儲備、學科能力水平、學生興趣與需求分析，學習本內(nèi)容時可能碰到的困難）學習者為高一年級學生，在拿到采集的數(shù)據(jù)之后，看到非標準化的數(shù)據(jù)，首先應該會想到用Excel表格進行整理，這時就會需要用到一些函數(shù)來作為輔助。引導學生運用Python語言的pandas庫進行數(shù)據(jù)的處理，通過先前學到的循環(huán)結構，可對所有數(shù)據(jù)實現(xiàn)篩選和整理，效率較高，但在學習過程中學生可能會出現(xiàn)對DataFrame數(shù)據(jù)結構理解不到位從而出錯的狀況。學習目標設計（指向?qū)W科素養(yǎng)發(fā)展的課堂學習目標，描述學生經(jīng)歷學習的情境-任務-活動后應掌握的知識、能力、學科思想方法以及應樹立價值觀念?？煞謼l表述。1.掌握數(shù)據(jù)處理的基本方法，能夠根據(jù)需求選擇恰當?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)；2.學會使用python語言的pandas庫進行數(shù)據(jù)整理；3.通過數(shù)據(jù)整理提高學生解決問題的能力。學習重點難點（突出重點突破難點能促進學生學科素養(yǎng)發(fā)展，達成課堂目標）重點：使用pandas庫進行數(shù)據(jù)整理難點：選擇恰當?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)5.學習活動設計教師活動學習活動環(huán)節(jié)一：情境導入（3分鐘）教的活動1我們整體的項目是想通過調(diào)研學生的身體質(zhì)量指數(shù)以及對學校食堂菜品選擇的口味傾向、學生希望推出的特色菜等，盡量在菜品的推出和搭配上給食堂提出一些合理的建議。上一節(jié)課我們做了數(shù)據(jù)收集的工作，通過問卷的形式獲得了學生的身高體重等一系列數(shù)據(jù)，那么我們先來看一下收集到的數(shù)據(jù)文件。將收集到的數(shù)據(jù)展示給學生，提示這些數(shù)據(jù)中有沒有異常的？在這么多條數(shù)據(jù)中，如何快速找到不符合我們要求的數(shù)據(jù)？直接在Excel表格上借助函數(shù)可以篩選出不符合要求的數(shù)據(jù)嗎？有沒有更高效的方法？可不可以用我們的python語言編程來實現(xiàn)篩選的功能？學的活動1聽講思考、快速檢索、回答思考、討論、回答設計意圖：通過檢索收集到的異常數(shù)據(jù)，引出數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)二：講解新知（10分鐘）教的活動2數(shù)據(jù)整理的常用方法，不僅包括校正錯誤數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的項目內(nèi)容還包括刪除重復數(shù)據(jù)、補全缺失數(shù)據(jù)等我們可以通過哪些指標或者范圍來篩選出異常數(shù)據(jù)？1.身高以米為單位，數(shù)據(jù)要在那個范圍內(nèi)才能符合一般正常的身高？2.重復的數(shù)據(jù)如何刪除？帶學生進行代碼分析，調(diào)用pandas庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)查找、刪除、排序、索引等功能，引導學生讀懂代碼，理解算法閱讀教材P99-P100“技術支持——Python數(shù)據(jù)分析庫pandas庫”的內(nèi)容提供技術支持資料學案學的活動2思考、回答聽講、思考通過修改案例中的參數(shù)充分理解pandas用法設計意圖：引出數(shù)據(jù)處理借助的工具平臺環(huán)節(jié)三：實踐探究（18分鐘）教的活動3根據(jù)我們選擇的不同軟件工具或平臺以及不同篩選指標，進行數(shù)據(jù)的篩選與整理1.去除重復數(shù)據(jù)2.找出異常數(shù)據(jù)并修正參照教材P98程序的內(nèi)容，結合給出的學案，學生實現(xiàn)有效遷移，解決問題。教師巡視，有針對性地指導學的活動3探討合作實踐探究設計意圖：探究實踐，解決問題環(huán)節(jié)四：學習評價（7分鐘）教的活動4學生展示篩選處理的結果，以及在此過程中遇到的問題和解決辦法。學的活動4交流分享設計意圖：分享交流，成果評價環(huán)節(jié)五：課程總結（2分鐘）教的活動5數(shù)據(jù)整理的常用方法，不僅包括校正錯誤數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的項目內(nèi)容還包括刪除重復數(shù)據(jù)、補全缺失數(shù)據(jù)等回憶pandas庫的用法學的活動5聽講、思考、回憶設計意圖：總結數(shù)據(jù)整理的常用方法及pandas庫的用法6.板書設計（板書完整呈現(xiàn)教與學的思維發(fā)展與碰撞的過程，體現(xiàn)知識結構與思維發(fā)展的痕跡）數(shù)據(jù)采集與處理為什么處理用什么處理如何處理課時教學設計課題關于吃的那些事兒——數(shù)據(jù)分析和可視化的一般方法課型新授課√章/單元復習課□專題復習課□習題/試卷講評課□學科實踐活動課□其他□1.教學內(nèi)容分析（教學內(nèi)容及內(nèi)容結構分析）數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化是數(shù)據(jù)處理最重要的部分，只有對采集到的數(shù)據(jù)進行有效的數(shù)據(jù)分析，才能從中獲得有價值的信息，并為人們的決策提供依據(jù)。數(shù)據(jù)分析的結果通過可視化的呈現(xiàn)與表達，能更有效、直觀地傳遞信息，便于人們理解和接受。而數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化這兩部分內(nèi)容既緊密聯(lián)系又相互融合，因此“數(shù)據(jù)分析和可視化”部分我們直接將這兩部分相結合，通過第一課的學習了解數(shù)據(jù)分析的常見方法和數(shù)據(jù)可視化的常見呈現(xiàn)形式，初步體驗通過編程的方法進行數(shù)據(jù)分析和可視化的一般過程；第二課，在第一課的基礎上，利用python編程加大數(shù)據(jù)挖掘的深度，能夠進行表面數(shù)據(jù)統(tǒng)計、求平均、求占比的同時，還能夠利用公式（例如：BMI指數(shù)）獲取更深層次的信息；第三課，對照前兩次課的內(nèi)容，通過案例介紹電子表格軟件、在線平臺進行數(shù)據(jù)分析和可視化的方法。本節(jié)課是“數(shù)據(jù)分析和可視化”部分的第一課，在上節(jié)課——數(shù)據(jù)整理的基礎上，趁熱打鐵讓學生體驗數(shù)據(jù)分析可視化的一般過程，初步體驗編程進行數(shù)據(jù)分析可視化的方法，為后續(xù)課程的開展打下基礎。數(shù)據(jù)分析的一般方法，在教材中已經(jīng)明確提出。學生可以通過閱讀了解不同分析方法適用的場合，從而對應數(shù)據(jù)分析的目的。在教材中并沒有明確呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析目的與數(shù)據(jù)分析圖表之間的對應關系。因此設置了一個操作體驗環(huán)節(jié)，讓學生明確圖表與分析目的之間的對應關系，為后續(xù)實踐項目數(shù)據(jù)的分析可視化提供了知識儲備。接下來讓他們實踐數(shù)據(jù)分析可視化的過程，在正確選擇分析方法和圖表的同時，能夠根據(jù)提供的樣例體驗并編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析可視化的過程。2.學習者分析（學生與本課時學習相關的學習經(jīng)驗、知識儲備、學科能力水平、學生興趣與需求分析，學習本內(nèi)容時可能碰到的困難）本課程內(nèi)容面向高一年級學生，他們能夠針對現(xiàn)實情況提出問題和假設，并且具備一定的計算機基礎和數(shù)學運算基礎，能夠很快理解數(shù)據(jù)分析可視化一般過程和方法。在信息技術課堂上，他們熱衷于動手實踐，對于閱讀和知識提煉的熱情不高。高一學生大部分已經(jīng)掌握了excel簡單數(shù)據(jù)分析可視化方法，但對數(shù)據(jù)的分析和可視化并沒有系統(tǒng)的認識，不清楚數(shù)據(jù)分析目的與圖表的對應關系，進而會影響數(shù)據(jù)分析的有效性和數(shù)據(jù)價值的挖掘。此外，他們完成了python基礎語法的學習，熟悉了python編程的基本語法及結構，雖然他們依然還是會出現(xiàn)語法結構錯誤、單詞拼寫錯誤等問題，但至少為本節(jié)課的學習打下了一定的基礎。3.學習目標設計（指向?qū)W科素養(yǎng)發(fā)展的課堂學習目標，描述學生經(jīng)歷學習的情境-任務-活動后應掌握的知識、能力、學科思想方法以及應樹立價值觀念?？煞謼l表述。1.了解數(shù)據(jù)分析可視化的一般過程，掌握數(shù)據(jù)分析的一般方法，明確分析方法與數(shù)據(jù)分析目標之間的關系；2.了解一般圖表的應用情景，知曉可視化圖表與分析目的之間的對應關系；3.初步嘗試使用python編程完成數(shù)據(jù)分析可視化的過程。4.學習重點難點（突出重點突破難點能促進學生學科素養(yǎng)發(fā)展，達成課堂目標）重點：體驗數(shù)據(jù)分析可視化的一般過程，掌握數(shù)據(jù)分析的一般方法，能夠選擇合適的圖表進行可視化呈現(xiàn)。難點：理解數(shù)據(jù)、信息之間的相互關系，能夠利用恰當工具完成數(shù)據(jù)分析和可視化表達的過程。5.學習活動設計教師活動學習活動環(huán)節(jié)一：情景引入（7分鐘）教的活動1（設計每個教學環(huán)節(jié)教師呈現(xiàn)情境、提出驅(qū)動性問題、學習任務類型；對應學生活動，示范指導學科思想方法，關注課堂生成，糾正思維錯漏，恰當運用評價方式與評價工具持續(xù)評價促進學習。下同）1.引入-2018年全球各國肉類消費量播放視頻，并提問：(1)通過這個視頻你知道了什么？(2)你覺得要完成這樣一個對比背后最核心的支持是什么？由學生的回答引導出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息的過程是需要進行數(shù)據(jù)分析的。2.引出學習主題(1)視頻中的數(shù)據(jù)分析使用的是什么方法呢？對比分析法(2)還有哪些數(shù)據(jù)分析方法呢？學的活動1（學生在真實問題情境中活動；圍繞學習內(nèi)容設計問題驅(qū)動思考、探究活動；與教學環(huán)節(jié)對應，學生在分析情境-提出問題-解決問題-分享交流中促進學習真實發(fā)生并有實際收獲。下同）看視頻，嘗試從視頻中獲取信息。分享、交流思考、回答聯(lián)系上節(jié)課的內(nèi)容思考、回答設計意圖：1.激發(fā)學習興趣；2.體驗從數(shù)據(jù)中獲取信息；3.發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)與信息之間的聯(lián)系，理解數(shù)據(jù)分析可視化的重要性。4.總結視頻中使用的分析方法引出數(shù)據(jù)分析的一般方法。環(huán)節(jié)二：知識準備（15分鐘）教的活動21.布置閱讀任務：教材P107-P108了解數(shù)據(jù)分析的常見方法有：對比分析法、平均分析法和結構分析法。提問：針對不同的數(shù)據(jù)分析目的，分析方法的選擇是否具有差異？2.引導思考數(shù)據(jù)可視化的意義提問：在視頻中他是通過動畫的形式將分析結果可視化的，請問：你認為數(shù)據(jù)可視化的意義是什么？可視化的呈現(xiàn)會給用戶帶來良好的視覺效果，降低用戶理解的難度。3.提出問題俗話說：聞名不如見面。從一個側面也反映了可視化的重要性。在可視化中，也分三六九等，我們做PPT有一個基本規(guī)則：字不如表，表不如圖。一般使用圖表來呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析結果。提問：你知道有哪些圖表？折線圖、餅狀圖、柱狀圖、散點圖、雷達圖等等指導學生體驗示例并根據(jù)示例代碼回答問題。提問：以柱狀圖的分析呈現(xiàn)為例，用python進行數(shù)據(jù)分析可視化的一般步驟是什么？學的活動2閱讀教材內(nèi)容，了解常見的數(shù)據(jù)分析方法。思考、回答分享、交流分享、交流體