高一信息技术：数据与计算教学课件

高一信息技术：数据与计算感知数据·理解计算·探索算法·实践应用授课对象：高一新生课程导览01数据初识从生活场景感知数据的存在与形态02计算本质理解数据如何被计算机处理03算法思维掌握问题求解的算法逻辑04实践应用用数据与计算解决真实问题数据初识数据无处不在，关键在于发现从生活场景出发，认识数据的存在与价值01数据就在我们身边从睁眼那一刻起，我们就被数据包围“数据并非抽象概念，而是日常生活中时刻存在的事物”晨起时刻3项手机闹钟读取数字时间开启一天体重秤记录身体变化，是连续数据天气预报查看温度曲线决定着装校园日常2项一卡通记录每一笔消费明细运动手环统计每日步数与心率数字生活2项短视频平台记录点赞数与观看时长地铁闸机记录每一次进出站数据这些看似普通的数字与记录，都是数据的真实形态。数据不是高深的专业词汇，而是对客观世界的记录与表达。数据是记录事物的符号数据是对客观事物的符号表示，是信息的载体在信息科学中，数据是未经加工处理的原始记录，是后续转化为信息、知识的基础原材料。形态多样数据可以表现为数字、文字、图像、声音、视频等多种形态。客观存在数据本身是客观的，不依赖于人的主观解释而存在。描述形式灵活同一事物可以用不同形式的数据来描述，如学生的身高可用数字记录，也可用照片呈现。数据的多样表现形式文本数据文字·符号·数字由文字、符号、数字组成的信息，如课本、聊天记录。图像数据像素·视觉信息以像素形式存储的视觉信息，如照片、绘画、扫描件。音频数据声音波形·编码记录声音波形或编码的声音信息，如录音、音乐文件。视频数据连续图像·声音连续图像与声音的结合，如课堂录像、动画短片。模拟数据与数字数据对比维度模拟数据数字数据取值特点连续、无限离散、有限典型实例温度计读数、声音波形二进制编码、整数、字符存储方式物理量直接记录符号编码存储计算机处理需先转换为数字可直接处理模拟数据反映自然界的连续变化，而计算机只能直接处理离散的数字数据，因此所有信息进入计算机前都必须完成

数字化转换。从数据到信息的升华解释数据与信息的区别数据是原料，信息是成品同一个数据在不同语境下可以产生截然不同的信息，信息依赖于数据与语境的结合理解数据与信息的区别，是掌握数据价值的起点。数据只有经过处理与解读，才能产生真正的价值。数据是原料孤立、原始无直接意义数字

37.5单独存在时，含义不明信息是成品组织、处理、解释在特定语境中获得意义37.5℃+人体体温即明确的健康信息数据的价值与时代意义数据正成为与土地、劳动力、资本并列的核心生产要素数据素养

数字公民决策价值企业经营、政府治理依靠数据分析做出科学判断科学判断创新价值数据驱动算法推荐、智能产品等新模式不断涌现智能产品社会价值交通流量数据优化出行，医疗数据辅助诊断优化出行辅助诊断身处大数据时代，数据素养已成为与读写能力同等重要的基础能力。学会感知数据、善用数据，是每位数字公民的必修课。计算本质计算是数据的加工厂理解计算机如何将数据转化为信息02计算机世界的二进制0和1是计算机唯一能直接理解的语言一切文字、图片、声音、程序，在计算机内部最终都被转换为由

0和1

构成的二进制编码。因采用二进制的原因物理实现简单电路只有通与断两种稳定状态，恰好对应0和1可靠性高两种状态界限清晰，抗干扰能力强运算规则简单便于设计复杂的运算与逻辑电路二进制优势3项物理实现简单对应通与断可靠性高强调抗干扰运算规则简单便于设计逻辑电路进制转换的核心方法掌握进制转换是理解数据在计算机中表示的基础二进制转十进制：按权展开按权展开将每一位数字乘以对应的权值（2的幂次），再求和示例二进制

1011

展开为1×2³+0×2²+1×2¹+1×2⁰，结果为十进制

11按权展开十进制转二进制：除2取余除2取余将十进制数不断除以2，记录余数，直到商为0倒序排列将所有余数倒序排列，即为对应的二进制数除2取余字符如何被编码计算机存储文字时，需要为每个字符规定唯一的二进制编码。ASCII英文使用7位或8位

二进制表示一个字符单字节存储，字符与二进制数一一对应可表示最多256个字符覆盖英文、数字、基本符号的编码需求Unicode全球各类语言文字为世界上几乎每种文字中的每个字符分配唯一编号变长编码，通常2-4字节解决了多语言共存问题为人类字符与二进制数字建立全局统一对应计算机系统的组成计算机系统由硬件系统与软件系统两大组成部分构成硬件系统物理设备看得见、摸得着的物理设备包括运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备软件系统程序与数据使硬件发挥功能的程序与数据分为系统软件（如操作系统）与应用软件（如办公软件、学习工具）冯·诺依曼体系结构存储程序与控制流驱动是现代计算机的基本设计思想至今绝大多数计算机仍遵循这一结构核心贡献在于提出

程序存储

思想——程序与数据一样存储在内存中，可被修改与复用运算器完成算术运算与逻辑运算控制器指挥各部件协调工作，读取并解释指令存储器存放程序与数据，分为内存与外存输入设备将外部信息送入计算机输出设备将处理结果呈现给用户数据在计算机中的存储存储单位：从比特到TB最小单位：比特（bit），一个二进制位，取值

0

或

1基本单位：字节（Byte），1字节=8

比特更大单位依次为KB、MB、GB、TB，每一级约为前一级的

1024倍存储体系分层维度内存外存存取速度快相对慢容量较小大数据持久性断电丢失可长期保存（硬盘、U盘）理解存储单位与层次，有助于认识数据在计算机中的组织方式。算法思维算法是解决问题的步骤掌握用算法描述和求解问题的思维方式03算法：解决问题的步骤算法是解决问题的方法与步骤的精确描述算法不依赖具体编程语言，其核心在于解决问题的

逻辑步骤。有穷性执行步骤有限，能在有限时间内结束确定性每一步操作的含义明确，不会产生歧义可行性每一步都能通过基本操作实现有零个或多个输入处理的对象可以来自外部有一个或多个输出必须产生可观测的结果三种算法描述方式自然语言通俗·口语化特点通俗易懂，但易产生歧义适用场景初步沟通思路流程图图形·结构化特点图形化直观，结构清晰适用场景梳理与讲解流程伪代码接近程序·精确特点类似程序，精确规范适用场景细化和编码前准备路径实际解决问题时，遵循

自然语言→流程图→伪代码

的递进路径，逐步逼近可执行的程序。流程图：算法的可视化符号名称含义圆角矩形起止框算法的开始与结束矩形处理框赋值、运算等处理操作菱形判断框条件判断与分支选择平行四边形输入输出框数据的输入与输出带箭头连线流程线指示执行的先后顺序流程图的优势在于能直观呈现算法的执行路径，尤其适合展示分支与循环等复杂控制逻辑。顺序结构：按部就班顺序结构是最简单的算法形式，各步骤依次执行，不跳跃、不重复输入半径→计算面积→输出结果，三步依次执行即可完成以“计算圆的面积”为例将任务拆解为

3个顺序步骤：先取半径，再算面积，最后输出。顺序结构清晰直白，是构成一切复杂算法的根基；但仅靠它无法应对

判断

与

重复

的场景1步骤01输入圆的半径r读取用户给定的半径数值2步骤02计算面积S=π×r²代入公式求出面积结果3步骤03输出结果S向用户展示计算结果分支结构：让算法会判断分支结构赋予算法判断能力，是模拟人类决策思维的关键机制分支结构根据条件判断的结果，选择不同的执行路线单分支结构条件成立时执行指定操作，否则跳过例如：成绩达到

90分

及以上，则评为优秀双分支结构条件成立执行一条路径，不成立执行另一条路径例如：温度不低于

0℃

，输出"不结冰"；否则输出"结冰"循环结构：让算法会重复循环结构使一段操作在满足条件下重复执行计数循环循环次数预先确定，按计数值逐一执行实例：计算1到100的累加和，循环执行加法

100次条件循环循环次数由条件决定，条件不满足时终止实例：不断读取用户输入，直到输入“退出”为止循环结构让有限代码处理海量数据成为可能，是算法高效性的重要来源经典算法初探：查找与排序顺序查找从第一个元素开始，逐个比较，直到找到目标或遍历完毕思想朴素，实现简单，适用于无序数据朴素简单无序适用冒泡排序相邻元素两两比较，不符合顺序则交换，多轮扫描后完成排序体现了

逐步调整、反复迭代

的算法思想迭代交换调整通过对经典算法的学习，体会算法设计的精妙与严谨，为后续深入研究奠定基础。实践应用学以致用，解决问题综合运用数据、计算与算法解决真实问题04问题求解的一般流程用计算思维解决实际问题，通常遵循以下流程：1分析问题明确输入、输出与约束条件，理解问题本质2设计算法选择合适的数据表示方式，规划解决问题的步骤3编写程序用编程语言将算法转化为可执行代码4测试验证运行程序，检查结果是否符合预期，修正错误反复迭代，每一步都可能回溯修正掌握这一流程，就能将抽象的算法思维落地为真实的问题解决方案案例：计算班级平均成绩以"计算全班数学平均分"为例，完整走一遍问题求解流程。完整走一遍问题求解流程：分析→设计→实现验证这一案例展示了数据、计算与算法如何协同解决一个真实问题。01分析问题输入：全班每位同学的数学成绩；输出：平均分；关键思路：先求总和，再除以人数。02设计算法依次累加所有成绩，得到总和；总和除以人数即得平均分。用循环结构完成累加，简洁高效。03实现与验证用少量样本数据验证：如成绩为

85、90、95

时，平均分应为

90。确认无误后扩展到全班完整数据。用表格记录与分析数据表格让数据

结构化，便于观察、比较与计算综合评定可通过加权计算得出，体现数据的加工与利用从表格中可进一步分析成绩分布、寻找薄弱环节善用表格组织数据，是培养数据分析能力的第一步。姓名平时成绩期末成绩综合评定学生A889290.4学生B758178.6学生C938990.6体验一个小程序以下伪代码实现“猜数字”小游戏的核心逻辑01设定目标数47作为目标数02循环判断猜大了→提示“大”猜小了→提示“小”猜对→结束控控制结构循环判断反复比较猜测与目标条件分支按大/小/对给出反馈学学习价值交互体验即时反馈激发兴趣抽象转化把抽象算法变为可交互成果数据驱动的人工智能本质人工智能的蓬勃发展，本质上是数据与计算能力共同进步的结果。海量数据是养料机器学习模型需要大量标注数据来训练数据越多、质量越高，模型表现往往越好强大算力是引擎高性能计算让复杂模型的训练成为可能典型应