1.1深入认识数据教学设计人教-中图版高中信息技术选择性必修1

第1章走进数据世界1.1深入认识数据教学设计教学背景信息科技是现代科学技术领域的重要部分，主要研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。当代高速发展的信息科技对全球经济、社会和文化发展起着越来越重要的作用。义务教育信息科技课程具有基础性、实践性和综合性，为高中阶段信息技术课程的学习奠定基础。信息科技课程旨在培养科学精神和科技伦理，提升自主可控意识，培育社会主义核心价值观，树立总体国家安全观，提升数字素养与技能。教材分析本节课的教学内容选自人教/地图出版社选择性必修1数据与数据结构第1章走进数据世界1.1深入认识数据。举世闻名的都江堰水利工程，为战国时期蜀郡郡守李冰率领蜀地各族人民修建而成。此后，成都平原水旱从人，不知饥馑，被誉为“天府之国”。都江堰水利工程的成功在于，李冰经过长期观察和资料积累，充分掌握了地理、地势、河流及其泥沙等规律和情况，即对诸多因素产生的“数据”进行了采集、分析和处理。由此可见，掌握数据并有效利用数据对形势进行判断，是能够做出正确决策的前提条件，这也是适应未来社会的必备能力。近年来，互联网、物联网、云计算等技术的快速发展使得全球数据量出现爆炸式增长。对数据价值的深度挖掘及应用，引发了以数据为核心的“大数据”时代的深刻变革，数据驱动发展已成为大势所趋。党的十九大报告提出：加快建设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。大数据已被视为21世纪的石油和金矿。数据成为最宝贵的生产要素之一，既是商家争相研究的秘密宝藏，更是提升国家竞争力的关键资源。本章将通过主题学习项目“析说身边数据”走进数据世界，了解数据的作用，分析数据与社会各领域的关系，理解数字、数值和数据的基本含义。通过剖析实例，认识数据作为新的原材料、生产资料和基础设施的价值与意义，更深入地体会大数据对国家、社会和个人的影响。学情分析此节课针对的对象是高二年级的学生。学生学习过信息技术基础知识，对计算机、网络、物联网等技术有基本了解:已经学习了Python语言的基本概念，并掌握了基本的结构和算法;对现代生活中的信息系统有所观察和积累。本章围绕主题“析说身边数据”开展项目学习，从比较感兴趣的身边事例入手，自拟主题，并结合主题有目的地收集、整理和分析数据，认识数据的价值与意义，感受数据对生活的影响，并以多媒体作品的方式进行班内交流。教学目标1.理解数据的概念，能够分析数据与社会各领域的重要关系。2.了解数据安全的重要性，能够自觉遵守信息社会的伦理道德和法律法规。教学重点与难点教学重点:理解数据的概念，能够分析数据与社会各领域的重要关系教学难点:了解数据安全的重要性，能够自觉遵守信息社会的伦理道德和法律法规教学方法与教学手段案例分析法、讲授法、任务驱动法。教学过程问题导入体验探索体验共享数据如今，人们的出行经常需要使用导航定位服务，共享位置服务在获取用户实时位置信息的基础上，利用移动互联网等新技术手段实现数据资源的实时传输和优化显示，为人们的出行带来更多的便利。小明和小华约定分别从各自位置出发去参观某新建的博物馆，但是小明对路线并不熟悉，于是，他和小华利用共享位置服务，如图1.1.1（参见教材P3）所示，最终顺利到达目的地。小明和小华在共享位置的过程中，既获取了数据，同时也产生了数据。思考：1.共享位置服务是如何获取小明和小华的位置数据信息的？2.数据在共享服务中的作用是什么？数据如果有人问“珠穆朗玛峰有多高？”若回答“很高”“非常高”“最高”，则只能得到一个模糊的答案，因为每个人对“很”“非常”有不同的理解，“最”也是相对的；若回答“海拔高度8844.43m”，就可以通过数据比较，确认珠穆朗玛峰是世界最高峰。此处的数据起到了对事物进行量化、精确化的作用。数据可以用于描述事物以及人类的生产活动，特别是以交换为目的的商品生产活动，如货币、度量衡等都离不开数据。数据不仅可以描述世界，其广泛应用还极大地推动了人类文明的进步。思考活动竺可桢与气象数据研究竺可桢（1890—1974），中国气象学家、地理学家、科学史家和教育家，也是中国近代地理学和气象学的奠基者（图1.1.2）（参见教材P4）。竺可桢在历史气候变迁领域的研究蜚声国际。他重视物候和天气的观察记录。自留学回国的第二天至1974年逝世的前一天，他坚持每天观察并记录物候和天气，同时广泛收集历史物候资料，曾在国内建立了拥有四十多个气象站和一百多个雨量测量站的中国气象观测网。基于这些数据资料，竺可桢著有《东南季风与中国之雨量》《中国近五千年来气候变迁的初步研究》等学术论著，为建立和发展中国现代气象事业做出了重大贡献。思考：1.气候研究需要哪些气象数据？2.如果要研究当地的气候，你会用什么方式收集数据？3.竺可桢五十余年如一日记录数据的行为对我们有什么启发？数字与数值在印度有一个古老的传说：有个国王打算奖赏他的宰相。国王问他的宰相想要什么，宰相回答说：“陛下，请您在这张棋盘（图1.1.3）（参见教材P5）的第1个小格里，赏给我1粒麦子，在第2个小格放2粒，在第3个小格放4粒，以后每一个小格都比前一个小格多放一倍的麦粒。请您像这样摆满棋盘上所有64个小格，然后把这些麦粒都赏给您的仆人吧！”国王觉得这要求太容易满足了，就下令给他这些麦粒。很快，国王就发现：就是把全印度的麦子都拿来，也满足不了这位宰相的要求。那么，宰相要求得到的麦粒到底有多少呢？假设麦粒数为s，根据已学习过的数学知识，可以得到这样一个公式：利用Python语言中的循环结构可以解决这个数学问题，程序如下：程序运行结果：可以看出，大约需要1.8446744073709552×1019粒麦子。每千克麦子按3万粒计算，国王应该赏赐宰相多少千克麦子呢？数字是用来记数的符号，如数字0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。数值则是把数字写在不同的数位上，用来表示一个量的多少。很多情况下，要在数值尾部加上单位，才能表示具体的含义。例如，身高175cm、汽油40L等。数据及其应用计算机问世前，数据多指用于统计的数字或数值。计算机问世初期，数据主要用于数值计算，如科学计算等。随着信息技术的发展，数据逐步应用于数据处理，如工资、库存管理等。从此，信息技术有了数值计算和数据处理的差别。随着计算机、互联网和移动互联网的普及与发展，计算机能够处理的数据类型更加丰富，现代意义的“数据”已不再局限于数字或数值，而是有了更多的内涵和更广的外延，字符、数字和各种数学符号、图形、图像、音频、视频和动画等可识别的记号或符号都称为数据。由此可见，数据是对客观事物的符号化表示。在计算机科学中，数据是所有能输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。现实社会中，人们的生活、工作和学习等各方面都蕴藏着数据。例如，购物时扫描的二维码；工厂中产品质量管控的数据记录；体育赛事的视频资料及各项成绩；健康检查时心、肺、血液等各项指标；智能电子设备记录的健康指标等。可以说，数据及其应用已融入我们的生活，成为我们生活的一部分，并随时随地伴随和影响着我们。大数据大数据指在社会生产、生活和管理服务过程中形成的，依托现代信息技术采集、传输并汇总的，超过传统数据系统处理能力的数据。通常而言，大数据具有巨量性、多样性、迅变性和价值性的特征，通过整合共享、交叉复用、提取分析可获取新的数据，创造新的价值。思考活动数据解读生活在互联网上常有一些网站以海量数据为基础，对社会某个领域或热门话题进行数据统计分析，并以可视化的形式呈现给用户。例如，图1.1.4（参见教材P6）是某网站开展的全民健身调查统计结果之一，图中数据简洁明了地展示了人们喜欢健身的主要原因。思考：利用互联网查找类似的网站，看看它们关注了哪些社会领域，又是如何用数据解读生活的？生活中的大数据大数据与传统数据的区别主要有：规模不同，传统数据以MB（1MB=1024KB）为基本单位，大数据常以GB（1GB=1024MB）甚至是TB（1TB=1024GB）、PB（1PB=1024TB）为基本处理单位；数据类型不同，传统数据指结构化的数据（如二维表中的数据），大数据包括结构化、非结构化数据（如文档、图像、视频等）和半结构化数据；采集方法不同，传统数据多来源于抽样数据，可通过调查、访谈等方式获取，大数据采集多依靠电子设备自动获取，如街头的摄像头采集视频资料；处理方法不同，传统数据处理会涉及排序、统计等操作，大数据会涉及预处理、分析与挖掘技术等，如对图像和视频进行编辑操作；处理工具不同，处理传统数据仅使用一种或少数几种工具即可，处理大数据则需要使用多种不同处理工具共同应对。如今，智能设备已成为人们日常生活的一部分，它们每时每刻都在创造着数据。例如，智能系统可以记录人们每次点击屏幕或鼠标的操作轨迹；搜索引擎会记录人们的历史搜索关键字；智能可以记录人们的位置和速度；智能家居设施能记录人们的生活习惯；购物平台能记录人们的购物历史......同时，各种各样的传感器随时测量和传递着有关对象的位置、运动、震动、空气温度、湿度乃至化学物质含量变化的数据，从而产生了海量数据。此外，互联网更是一个广袤的数据海洋，它既有百科全书、电影、音乐等各种专业数据库，也有权威机构发布的门类广泛的统计数据......各种数据像涓涓细流，汇聚到一起，构成大数据。数据已经不仅是计算工具所处理的对象或信息的载体，它也成为人们获得信息、推动信息社会发展的一项动力。阅读拓展大数据与无人驾驶汽车无人驾驶汽车（图1.1.5）（参见教材P7）是大数据的典型应用，它主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶的目标。与普通汽车不同的是，无人驾驶汽车需要借助全球卫星导航系统（如北斗卫星导航系统等）来规划路径，以及激光雷达、摄像头、红外相机和一系列传感器等感应设备。通过这些设备，无人驾驶汽车不断地收集地理位置、路面情况、与前后车辆的精确距离、车流移动速度、道路两旁出现的交通标志和前方交通信号等数据。然后与系统已有数据进行对比和分析，快速识别车辆的方位和周边环境。根据分析结果，系统在极短时间内判断出是否需要加速、减速、换道或拐弯等，并执行相应动作。数据安全与隐私保护互联网技术的飞速发展使数据的获取、传输和共享更加便利，同时，数据隐私问题也越来越暴露在公众面前。2018年，国外某社交网站约5000万名用户数据遭到泄露，引发了人们对数据安全与隐私保护的关注。事实上，人们在互联网上的各种行为都留有痕迹，例如在线学习、网上购物和网络社交等。因此，数据分析和处理的过程中，对用户数据的隐私保护十分重要。数据安全与隐私保护并非人们认为的那样仅是技术问题，它更是社会问题，需要社会各界共同解决。对于国家而言，数据安全关乎国家安全，不容忽视。2017年6月1日，《中华人民共和国网络安全法》正式施行。它不仅是打击计算机犯罪的法律依据，更是保护知识产权、数据安全、商业机密及个人隐私的有效武器。实践活动移动应用与数据安全在教师的指导下，从中选择一款自己经常使用的应用程序，分析此程序记录了哪些隐私数据，是否存在安全隐患，应该如何保护个人的隐私？项目实施制订项目方案，获取数据一、项目活动依据项目目标从项目分工、项目内容、项目过程和项目检查等方面制订项目方案。参考表1.1.1的样式，绘制并填写相关表格，记录项目实施过程。表1.1.1项目信息表项目主题人员及分工进度1时间：进度2时间：备注1.围绕项目主题，分小组讨论该主题涉及哪些大数据。项目主题可参考：大数据与体育；大数据与智慧城市；基于大数据研究个人职业规划......从某学科角度出发，研究数据在其中的意义等。2.小组成员分工，收集并整理相关资料、制作排版和处理图像等。3.根据小组项目主题，选择合适的方法，有针对性地采集数据资料。在采用这些数据之前，需对数据的来源尽可能地进行多方查证，然后分门别类地整理、存档。二、项目检查各小组以思维导图的形式绘制完成本项目主题所需的方案，例如，项目涉及的若干分支，以及其中明确的分工和任务，并备份整理后的数据资料。课后作业练习提升