1.1數(shù)據(jù)信息與知識教學(xué)設(shè)計人教-中圖版高中信息技術(shù)必修1

第1章認(rèn)識數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)1.1數(shù)據(jù)、信息與知識教學(xué)設(shè)計教學(xué)背景信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實現(xiàn)。當(dāng)代高速發(fā)展的信息科技對全球經(jīng)濟(jì)、社會和文化發(fā)展起著越來越重要的作用。義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實踐性和綜合性，為高中階段信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學(xué)精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價值觀，樹立總體國家安全觀，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容選自人教/地圖出版社第1章1.1數(shù)據(jù)、信息與知識，主要有數(shù)據(jù)的概念、數(shù)據(jù)的特征和數(shù)據(jù)的應(yīng)用、認(rèn)知信息、理解內(nèi)容，此節(jié)內(nèi)容是學(xué)習(xí)后面內(nèi)容的基礎(chǔ)，掌握數(shù)據(jù)的相關(guān)知識有助于學(xué)生拓寬眼界。學(xué)情分析此節(jié)課針對的對象是高一年級的學(xué)生，該階段的學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過一些關(guān)于信息技術(shù)的基礎(chǔ)知識，但是對數(shù)據(jù)的含義、特征和應(yīng)用價值還不太了解。因此，本節(jié)課將通過一些生活案例詳細(xì)學(xué)習(xí)此內(nèi)容。教學(xué)目標(biāo)1.理解數(shù)字化的作用和數(shù)據(jù)編碼的方法，以多媒體作品的方式呈現(xiàn)項目成果。2.借助數(shù)字化工具協(xié)同學(xué)習(xí)，提高團(tuán)隊合作意識和數(shù)字化學(xué)習(xí)的能力。教學(xué)重點與難點理解數(shù)據(jù)反映的信息，領(lǐng)會數(shù)據(jù)、信息與知識三者的關(guān)系。教學(xué)方法與教學(xué)手段本課根據(jù)對學(xué)生掌握知識的調(diào)查數(shù)據(jù)，將教學(xué)的重難點放在重要概念的理解和辨析上，通過列舉豐富的事例幫助學(xué)生理解基本概念。在學(xué)生機(jī)上安裝思維導(dǎo)圖軟件，要求學(xué)生借助數(shù)字化工具繪制思維導(dǎo)圖，整理本課的知識概念。本課采用的主要教學(xué)方法有講授法、討論法等。教學(xué)過程問題導(dǎo)入提出問題，引發(fā)思考：在日常生活中，你曾經(jīng)借助哪些數(shù)據(jù)來支持個人的生活與學(xué)習(xí)呢？體驗探索發(fā)現(xiàn)身邊的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用十分廣泛，隨著數(shù)據(jù)處理方式與工具的變革，數(shù)據(jù)對我們生活和學(xué)習(xí)的影響越來越大。為了更好地提高身體素質(zhì)，小明同學(xué)堅持每天跑步鍛煉。自從使用了智能運(yùn)動手環(huán)，他可以實時獲取自己的運(yùn)動數(shù)據(jù)，靈活調(diào)整運(yùn)動方式，如圖1.1.1所示。例如，跑步前可預(yù)先設(shè)置心率提示上限。當(dāng)心率過高時，手環(huán)可以通過振動、語音等方式進(jìn)行提醒。此時就要適當(dāng)放慢步頻，調(diào)整心率。思考：1.為了更科學(xué)地制訂運(yùn)動計劃，智能運(yùn)動手環(huán)還需要采集哪些方面的運(yùn)動和生理數(shù)據(jù)？試加以說明。2.在日常生活中，你曾經(jīng)借助哪些數(shù)據(jù)來支持個人的生活與學(xué)習(xí)呢？這些數(shù)據(jù)又是通過怎樣的手段或工具獲取的呢？感知數(shù)據(jù)日常生活和學(xué)習(xí)中，我們經(jīng)常會接觸到數(shù)據(jù)。例如，同學(xué)們的體質(zhì)數(shù)據(jù)、圖書館中的圖書數(shù)據(jù)、超市中的商品數(shù)據(jù)、道路上行駛的車輛數(shù)據(jù)、企業(yè)內(nèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售數(shù)據(jù)等。隨著信息社會的發(fā)展，人們對數(shù)據(jù)的認(rèn)識越來越深刻，對數(shù)據(jù)的使用也越來越廣泛，數(shù)據(jù)體現(xiàn)出了前所未有的價值。數(shù)據(jù)什么是數(shù)據(jù)呢？其實數(shù)據(jù)就在我們身邊。例如：日常交流中，我們可能會聽到“這位同學(xué)的體重是60kg”“今天的氣溫是25°C”“這件襯衫的價格是49元”等表述，這其中的60，25，49作為數(shù)據(jù)描述了不同事物的特征。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)有了更豐富的含義。在計算機(jī)中，我們能夠看到不同格式的文件，例如，“doc”“xls”“ppt”等文件，這些文件所包含的內(nèi)容也是由數(shù)據(jù)組成的，通過計算機(jī)中的相應(yīng)軟件編輯文稿、制作表格、編排演示文稿，都是對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。步入信息社會后，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展加速了數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與傳輸，使社會數(shù)據(jù)量迅猛增長。例如：在物聯(lián)網(wǎng)中，通過各種傳感器可以采集到大量的數(shù)據(jù)，人們在社交網(wǎng)站的交流過程中也產(chǎn)生著海量數(shù)據(jù)......這些數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)中，深刻影響著社會的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)方式，改變著人們的工作、學(xué)習(xí)和生活習(xí)慣。用數(shù)據(jù)描述體質(zhì)狀況體質(zhì)指人體在遺傳性和獲得性的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出來的功能和形態(tài)上相對穩(wěn)定的固有特性。為了增強(qiáng)體質(zhì)，保持健康體魄，就有必要了解反映體質(zhì)的指標(biāo)數(shù)據(jù)，有針對性地鍛煉身體。1.從身體形態(tài)、身體機(jī)能和身體素質(zhì)等方面，分組討論，反映體質(zhì)狀況的評價指標(biāo)有哪些？2.查閱《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》，分析個人指標(biāo)數(shù)據(jù)，思考數(shù)據(jù)是如何描述體質(zhì)狀況的。思考活動數(shù)據(jù)可用于描述事物。例如，通過頻率和振幅等數(shù)據(jù)來描述聲音；通過體重指數(shù)（BMI）、肺活量等數(shù)據(jù)來描述體質(zhì)健康狀況；通過學(xué)號、姓名和性別等數(shù)據(jù)來描述學(xué)生基本信息。用來描述事物的一系列數(shù)據(jù)形成了數(shù)據(jù)集。（參見教材P5）所示。綜上所述，數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄，是信息的載體。在計算機(jī)科學(xué)中，數(shù)據(jù)是計算機(jī)識別、存儲和加工的對象，例如字符、圖像和音頻等。表1.1.1經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)序號體重/kg身高/cm147175270170360172數(shù)據(jù)的應(yīng)用如今，數(shù)據(jù)已廣泛應(yīng)用于社會的方方面面。上網(wǎng)收發(fā)電子郵件，使用搜索引擎查找網(wǎng)絡(luò)信息，借助電子地圖進(jìn)行導(dǎo)航等，都是在與數(shù)據(jù)打交道。數(shù)據(jù)正在改變著人們的生活學(xué)習(xí)和生產(chǎn)方式?！鲶w質(zhì)數(shù)據(jù)有助于人們了解身體狀況。通過可穿戴設(shè)備能及時收集人體數(shù)據(jù)，從每日步數(shù)、人體熱量消耗等基礎(chǔ)運(yùn)動數(shù)據(jù)，到血氧飽和度、血壓、心率、皮膚溫度和睡眠狀況等生理數(shù)據(jù)，便于個人及時了解身體狀況，接受健康方面的建議，調(diào)整運(yùn)動方式乃至生活方式（圖1.1.3）（參見教材P5）?？纱┐髟O(shè)備還可融合云計算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)，幫助人們更好地獲取并處理自身與外部世界的數(shù)據(jù)，提供個性化的專屬服務(wù)。■在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)可幫助教師了解學(xué)情，調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，支持學(xué)習(xí)者的持續(xù)發(fā)展。通過在線學(xué)習(xí)平臺可以收集學(xué)習(xí)者的在線行為（如瀏覽課件、提交作業(yè)、練習(xí)考試和師生交互等）數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，可及時判斷學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀況，并可提供個性化的學(xué)習(xí)改善建議，以便更合理地安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，提高學(xué)習(xí)效率?！鰻I銷數(shù)據(jù)有助于企業(yè)做出決策、組織生產(chǎn)以及為客戶提供個性化服務(wù)等。圖1.1.4（參見教材P6）中的數(shù)字腕帶可以用來采集游客的個人偏好數(shù)據(jù)，如記錄游客來公園的次數(shù)，去過哪些地方，參與了什么娛樂項目，在什么時候用餐，喜歡什么食物等。管理部門能夠利用這些數(shù)據(jù)所反映的信息，決定營銷策略，合理安排人力和物力等資源，為游客提供個性化的服務(wù)，如推送商品信息、自助點餐等，從而提升游客的滿意度。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，信息技術(shù)與人們的生產(chǎn)生活逐漸交匯融合，全球數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長、海量集聚的特點。數(shù)據(jù)對改善人民生活、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推動社會進(jìn)步等方面，起著越來越重要的作用。懂得數(shù)據(jù)、善于利用數(shù)據(jù)來解決問題是信息社會公民的一項重要能力。從“數(shù)字”“數(shù)值”到“數(shù)據(jù)”計算機(jī)問世前，“數(shù)據(jù)”多指用于統(tǒng)計的“數(shù)字”或“數(shù)值”。計算機(jī)問世初期，其主要用于“數(shù)值計算”，如科學(xué)研究、軍事等方面的科學(xué)計算。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其逐步應(yīng)用于“數(shù)據(jù)處理”，如工資、庫存管理等。隨著計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的普及與發(fā)展，現(xiàn)代的“數(shù)據(jù)”已不再限于“數(shù)字”或“數(shù)值”，而是有了更多的內(nèi)涵和更廣的外延?！皵?shù)據(jù)”可以是字符、圖像、音頻和視頻等，可以對各行業(yè)相關(guān)信息進(jìn)行記錄。例如，“交通數(shù)據(jù)”包括城市道路實況、違章記錄和車輛流量等；“教育數(shù)據(jù)”包括適齡學(xué)生人數(shù)、教師人數(shù)和學(xué)習(xí)成績等；“醫(yī)療數(shù)據(jù)”包括病人信息、病歷記錄和診斷結(jié)果等。現(xiàn)代社會中，數(shù)據(jù)用途廣泛，與人們的生活息息相關(guān)，有人把“數(shù)據(jù)”比作石油和礦石，合理加工后能夠生成多種產(chǎn)品和價值。因此，更好地利用數(shù)據(jù)為我們服務(wù)，具有重要的意義。認(rèn)識信息信息數(shù)據(jù)是信息的載體，信息則是數(shù)據(jù)所表示的意義。信息可以用來消除接收者某種認(rèn)識上的不確定性。也就是說，當(dāng)接收者獲得信息后，這種“不確定性”就可以減少或消除。信息量的大小可用消除不確定性的多少來表示。例如，播報足球比賽新聞時，收聽者預(yù)先不知道比賽情況，因此足球新聞報道對急需了解比賽情況的聽眾來說就是很重要的信息，報道越詳細(xì)，則信息量越大。假如廣播時有外界干擾，收聽受到影響，聽者所聽到的信息也會受到損失。依附字符、圖像和音頻等載體，通過各種途徑進(jìn)行傳播，能夠幫助獲取者了解情況、形成判斷或做出決策的內(nèi)容可以稱之為信息。當(dāng)人們獲取各種形式的信息后，經(jīng)過分析、判斷與理解，把它們變成知識或引發(fā)相應(yīng)的行為，此時信息便發(fā)生了作用。例如，聽到上課鈴聲，學(xué)生進(jìn)入教室、保持安靜、準(zhǔn)備上課；根據(jù)交通信號燈的變化，駕駛員和行人決定“行”和“?！钡男袨椋桓鶕?jù)個人體質(zhì)數(shù)據(jù)，人們采取合理的保健措施。由此可見，在信息社會，信息的有效獲取和合理利用已成為一種重要素養(yǎng)。信息的特征信息在人際交流、生產(chǎn)管理、知識傳播和科學(xué)研究等方面都發(fā)揮著巨大的作用。了解信息的特征，有助于我們加深對信息的認(rèn)識和理解?！鲂畔⒌谋硎?、傳播和存儲需要依附于某種載體，用來反映其內(nèi)容和含義。例如，許多古籍通過文字記錄了我國古代的歷史與文化；體育比賽實況是以音視頻形式，通過電視、網(wǎng)絡(luò)等途徑傳播的；導(dǎo)航信息則是以地圖和語音的形式，通過移動通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等途徑傳輸?shù)摹！鲂畔⒌膫鬟f和共享體現(xiàn)了信息的意義。信息可進(jìn)行復(fù)制、傳播或分享，不會因使用人數(shù)和次數(shù)的累積而耗損其內(nèi)容。例如，電視臺直播的比賽實況可以將信息傳播給眾多的觀眾，提高了信息的利用率，還節(jié)省了社會成本。信息的無損共享使信息資源能夠發(fā)揮最大的效用，促進(jìn)人們的交流與溝通，從而推動社會的進(jìn)步和發(fā)展，如圖1.1.8（參見教材P8）所示?！鲂畔⒌漠a(chǎn)生和利用具有時效性。信息往往反映了事物在某一時間段的狀態(tài)，而事物狀態(tài)會隨著時間的推移發(fā)生變化，信息就可能失去原來的作用。例如，氣象信息、交通信息、市場信息等常常瞬息萬變、時過境遷，只有善于把握時機(jī)，才能發(fā)揮信息的效用?！鲂畔⒌膬r值和效用因人而異。信息蘊(yùn)含著價值，信息價值的大小是相對的，它取決于接收信息者的需求及其對信息的理解、認(rèn)識和應(yīng)用能力。例如，天氣預(yù)報中關(guān)于臺風(fēng)的信息，對于臺風(fēng)影響到地區(qū)的居民和沒有影響到地區(qū)的居民，其價值是不一樣的。人類很早就將信息應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實踐，只是受當(dāng)時社會環(huán)境的制約，信息利用的規(guī)模和范圍十分有限。如今進(jìn)入了信息社會，信息技術(shù)的變革正強(qiáng)有力地推動著社會的進(jìn)步。人們借助信息對自然界中的資源進(jìn)行有效地獲取、分配和利用，促進(jìn)了人類社會的可持續(xù)發(fā)展。理解知識知識知識是人們在社會實踐中所獲得的認(rèn)識和經(jīng)驗的總和，是人類在實踐中認(rèn)識世界的成果?！爸R就是力量”這句名言一直流傳至今。在人類歷史文明的長河中，人們可以通過學(xué)習(xí)各種各樣的資料繼承前人的知識，也可以通過實踐探究發(fā)現(xiàn)知識。經(jīng)過人們一代。一代的探索與傳承，人類社會的知識得以不斷豐富。思考活動醫(yī)生靠什么診斷病情某患者發(fā)熱、咳嗽，去醫(yī)院檢查。醫(yī)生讓他先去做血液化驗，其化驗單如圖1.1.10（參見教材P10）所示。醫(yī)生通過化驗單確診病癥是由細(xì)菌引起的呼吸道感染，并制訂了相應(yīng)的治療方案。思考：患者可以從化驗單上看到各種指標(biāo)數(shù)據(jù)和提示信息，但很難準(zhǔn)確地判斷自己的病情。醫(yī)生同患者相比，在病情認(rèn)識上的差異體現(xiàn)在哪里？血液化驗單列舉的是患者的血液指標(biāo)數(shù)據(jù)，其中蘊(yùn)含著有用的信息。例如，化驗指標(biāo)行中的提示箭頭表明相應(yīng)的指標(biāo)異常。指標(biāo)異常的信息很多，如何抓住其中的關(guān)鍵信息來診斷病情呢？在上述案例中，醫(yī)生通過觀察患者血液化驗結(jié)果的“白細(xì)胞計數(shù)”和“中性粒細(xì)胞百分比”兩項指標(biāo)的異常來對病情進(jìn)行初步診斷。醫(yī)生之所以能夠迅速從眾多化驗數(shù)據(jù)中獲取到有價值的信息，主要得益于醫(yī)療行業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和實踐經(jīng)驗，而這些知識和經(jīng)驗是醫(yī)務(wù)工作者在學(xué)習(xí)和工作過程中逐步積累起來的。數(shù)據(jù)、信息與知識的關(guān)系數(shù)據(jù)作為描述事物的符號記錄，經(jīng)過處理后，就有可能轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信息。人們對信息進(jìn)行提煉和歸納后，獲得實踐中解決問題的觀點、經(jīng)驗和技能，信息才會內(nèi)化為知識。人們綜合運(yùn)用知識和技能解決問題、發(fā)明創(chuàng)造或預(yù)測未來時，知識就升華為智慧。表1.1.3中提到的體重指數(shù)對于不同年齡和性別的學(xué)生有著不同的標(biāo)準(zhǔn)。例如，對于高一男生來說，體重指數(shù)為15.35屬低體重，但對于小學(xué)一年級男生來說就是正常體重。因此，《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》是針對我國青少年學(xué)生制定的，是國家有關(guān)部門在長期研究的基礎(chǔ)上知識積累的結(jié)果，屬于知識的范疇。數(shù)據(jù)、信息和知識的轉(zhuǎn)換還依賴于它們使用的環(huán)境和應(yīng)用者的知識結(jié)構(gòu)。例如，有專業(yè)知識背景的醫(yī)生可以通過血液化驗數(shù)據(jù)做出有針對性的診斷。因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)、信息和知識的關(guān)系分析時，就需要結(jié)合特定的環(huán)境與應(yīng)用者的知識結(jié)構(gòu)。在知識快速更新的時代，人們創(chuàng)造了許多知識管理工具，用來認(rèn)識事物、表達(dá)思想，使學(xué)習(xí)和工作更有效率。思維導(dǎo)圖就是一種高效的知識管理工具，它能夠幫助學(xué)習(xí)者結(jié)構(gòu)化地思考問題，直觀化地展現(xiàn)思維脈絡(luò)，使知識的交流與分享更清晰有效。思維導(dǎo)圖的繪制方法思維導(dǎo)圖是一個簡單、有效的知識管理工具，可以幫助我們進(jìn)行發(fā)散性、結(jié)構(gòu)化的思考，通過文字、圖標(biāo)、線條和顏色等要素，圖文并茂地展示思考內(nèi)容，幫助分析與記憶。思維導(dǎo)圖的繪制方法如圖1.1.11（參見教材P11）。互聯(lián)網(wǎng)上有許多在線或離線的思維導(dǎo)圖繪制工具，教學(xué)資源平臺中也提供了相關(guān)資源或微視頻，可以幫助我們獲得更多的學(xué)習(xí)支持。項目實施制訂項目方案，獲取體質(zhì)數(shù)據(jù)一、項目活動1.依據(jù)項目目標(biāo)從項目內(nèi)容、項目分工、項目過程和項目檢查等方面制訂項目活動方案。2.按照表1.1.4收集小組同學(xué)的體質(zhì)數(shù)據(jù)，參考《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》，查閱相應(yīng)的得分和等級，填寫到表格中。表1.1.4學(xué)生體質(zhì)數(shù)據(jù)表學(xué)號性別年齡年級身高/m體重/kg評價指標(biāo)成績得分等級體重指數(shù)/（kg·m2）肺活量/mL50米跑/s