《数据与信息》教学设计

《数据与信息》教学设计

夏燕萍史弘文●教学内容分析《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》在必修模块1《数据与计算》中，将“数据与信息”作为重要的教学内容之一。根据课程标准的内容要求，结合高一学生基础，笔者尝试设计了本案例，希望通过教学活动，帮助学生在具体感知数据与信息的基础上，理解数据、信息与知识的相互关系，认识数据、信息和知识的重要价值。●学情分析高一学生目前使用的是上一版高中信息技术教材，对信息的概念、特征及应用有一定认识，但对数据的含义、数据与信息的关系、数据的应用价值不太了解。为了提高教学的针对性和有效性，笔者在课前设计了一份基础测试。通过测试发现，有79.2%的学生分不清数据和信息，有84.9%的学生把信息当成了知识。根据测试数据，笔者把教学的重难点放在重要概念的理解和辨析上，并在学生机上安装了思维导图软件，要求学生借助数字化工具绘制思维导图、整理知识概念。●教学目标知识与技能目标：理解数据、信息的含义，了解数据的特征，认识数据、信息与知识的相互关系；掌握思维导图的绘制方法，能够绘制并导出思维导图。过程与方法目标：通过师生交互，借助思维导图，整理学习内容，建构知识体系。情感态度与价值观目标：通过身边的案例，感受数据和信息在学习、生活及社会中的重要作用和价值，培养信息意识及信息社会责任感。●教学重点与难点重点：数据与信息的含义及相互关系，数据的概念与特征。难点：数据、信息与知识的相互关系。●教学过程1.技能准备（3分钟）师：课前的基础测试表明，我们对“数据与信息的含义及相互关系”认识不足。今天，我们将围绕这个重点开展教学。为了帮助大家整理知识与概念，老师在学生机上安装了思维导图工具软件，下面将基本的操作方法演示给大家。请大家调整教师的屏幕广播窗口到合适大小，边看老师演示，边学软件操作。学生调整广播窗口，启动思维导图软件，调整窗口到适当大小，观察演示并操作。教师演示思维导图的绘制方法、基本操作，以及导出思维导图、提交作业的方法。设计意图：本节课涉及的概念较多，使用思维导图可以帮助学生梳理知识及概念，建构知识体系，同时也帮助学生掌握一种数字化学习工具，以便拓展到其他知识学习中。2.问题导入（3分钟）师：谁能说出“334554321123322”这串数字的含义？生：不确定，可能是图书编号、快递单号……师：如果把它们整理成“|3345|5432|1123|322-|”呢？生：這个应该是简谱。师：哪位同学能把这段乐谱唱出来呢？生：我会！33455432……这首曲子是《欢乐颂》！教师小结：开始那串数字，我们不能确定它的含义，它只是数据。当我们对数据进行一些处理和解释后，就能获取其中的信息。而且，在对数据进行处理和解释时，我们还需要掌握一定的知识，例如没有简谱知识的人是不知道这些数据的含义的！这就是我们今天将要学习的三个重要概念：数据、信息和知识。设计意图：导入问题看似简单，却可以把学生直接带入到本课的知识情境中。从没有格式的原始数据，到经过处理的有格式数据，再到学生唱出《欢乐颂》的简谱，这是一个从“无意义的数据”到“有意义的信息”的认识过程。从数据到信息的转换过程中还运用到了知识。3.新课讲授（32分钟）（1）数据、信息和知识（15分钟）师：前面大家已经学过信息的概念和特征，什么是信息呢？生：课本上给出了多个定义，目前比较容易被接受的定义是，“信息是客观存在的一切事物通过物质载体所发出的消息、情报、指令、数据和信号中所包含的一切可传递和交换的内容。”师：谁能把上述定义的主谓宾概括地说出来？生：信息是内容。师：很好！我们可以从定义看出，信息的本质是指内容，而不是指物质或载体。那段简谱就是数据，也是载体，而它所承载的信息就是《欢乐颂》。谁还记得其他的定义？生：信息论的创始人香农说了，“信息是用来消除不确定性的东西”。师：对的！而且信息量的大小可用消除不确定性多少来表示。数学老师给你们上了一节课，每位同学接收到的信息量一样吗？为什么？生1：不一样。有些人预习过了，已经会了，信息量就会小一些。生2：有的人没听懂，信息量也会少些。师：大家说得对，每个人的知识基础和接受能力不同，因而感受到的信息量也会不同。其实，老师上课传授的是知识。如果没有掌握足够的信息，学到的知识也会有欠缺。那么，数据、信息和知识究竟如何区分呢？它们的关系是怎样的？请大家看图1，找出其中的数据、信息和知识。生：每一个化验项目都用数据显示，将化验结果与参考范围进行比较，可以看出不在“参考范围”的项目会有“报警”信息，说明这个指标是高了（H），还是低了（L）。师：是啊，我们都能从这张化验单获取数据和信息，但我们依然不能判断这个人得了什么病，为什么呢？因为我们缺乏医学知识！医生之所以能够快速地诊断病情，依靠的是专业知识和工作经验。为了帮助大家理解，老师再举个例子说明。苹果下落和其他自由落体现象，是客观事实，属于数据范畴。科学家们观察到这些现象并推测出地球对物体有引力作用，可以将它归结为信息。而万有引力定律的提出，则是建立在大量的数据演算和天文学观测（信息）基础之上，属于知识的范畴。人们根据万有引力定律，计算出人造卫星环绕地球飞行所需要达到的最小速度（第一宇宙速度），并设计建造了能够达到这一速度的航天飞机和运载火箭，把卫星送到预定轨道，这就是人类智慧的体现，也是人类社会不断进步的源泉。我们处于信息时代，大家都听说过知识经济、知识创新吧？这说明“知识是人类进步的阶梯”。作为信息时代的公民，我们的职责就是从海量的数据和信息中，汲取知识，培养终身学习能力，推动科技发展和社会进步！现在，请同学们讨论一下，我们日常的学习和生活中，有没有接触到能够说明从数据可以获取信息，再转化为知识的类似的例子？生1：有一组数据是“345681051213”；它蕴涵的信息是，“有三个三角形，它们的边长分别为3、4、5，6、8、10，5、12、13，它们都是直角三角形，它们边长的关系是两边的平方和等于第三边的平方”；从中可以归纳出的知识就是数学界著名的勾股定理。生2：跑步时手环中记录的是运动数据；用手机APP可以获取运动时的心率、步数、距离、路线等信息；有氧运动的心率范围属于知识层面，不同的人可以根据自身情况设置心率上限，运动时心率一旦超过上限，手环会报警或震动。生3：每点一份外卖，就会增加一份交易数据，保存在外卖平台软件中；客户在外卖平台上能够看到外卖的销量和客户评价，可以参考这些信息决定是否购买；知识呢？师：老师来补充一下，外卖平台对整个外卖交易流程的设计需要运用商业及软件知识，根据用户的消费数据进行统计分析，适时推送商品及优惠券，也要用到统计、销售知识等。大家举的例子都很好，从学习、运动到生活，我们身边的数据无处不在。数据处于金字塔的底部，是信息、知识和智慧的基础。下面我们就把注意力集中到“数据”上，学习数据的概念及特征。设计意图：这个环节的主要目的是让学生从总体上把握数据、信息和知识的关系，也为下一环节数据的学习做铺垫。显然，从学生已知的信息概念入手会比较顺利。先让学生把握信息的本质是内容，信息的载体则是数据。然后再通过血液化验单，让学生再次区分数据和信息，并认识到知识的重要性。DIKW关系模型更是形象地说明了这些概念之间的递进关系，帮助学生加深对概念间关系的理解。（2）数据的概念及特征（15分钟）师：首先学习数据的定义，“数据是描述事物状态的原始记录，是信息的载体，是计算工具识别、存储和加工的对象。例如，数值、字符、图像、音频、视频等都是数据。”接着，我们一起讨论图2中的例子，列举这些数据描述的事物、承载的信息、采用的工具以及数据类型，加深对数据定义的理解。（师生讨论完成表1）师：通过这些例子，我们是否能用一句话描述数据与信息的关系？生：数据是信息的載体，信息是数据承载的内容。师：很好！也可以说，信息是数据所表示的意义。下面，我们来讨论一下数据的特征。其一，数据是描述客观事物状态的，一般以集合形式出现。例如，身份证上面的所有数据（姓名、性别、住址等）就是描述某个人的数据集合。其二，人们一般需要对数据进行加工和处理，才能得到相应的信息，甚至知识。例如，上页表2记录了三位高一男生的体重和身高，如果要了解他们的体型是否正常，可以根据《国家学生体质健康标准》中提供的计算公式〔体重指数BMI=体重（千克）/身高（米）2〕计算出BMI指数，再与高一男生的正常指数比较得出他们的体重等级。（高一男生的正常指数为16.5～23.2，高一女生的正常指数为16.5～22.7。）师：请大家使用系统中的“计算器”，计算一下自己的BMI指数，了解自己的体重等级。学生活动：使用计算器工具，计算BMI指数，判断体重等级。师：知道了自己的体重等级，就能有意识地改善自己的身体状况。例如，超重的同学如果要科学减重，就需要了解相关知识和方法，请同学们自行研究。设计意图：这个环节着重讲解数据的概念和特征，首先通过讨论分析生活中常见的5个数据实例，结合信息讲解数据概念，更有助于学生理解。数据的集合特征可以直接从数据的概念中推论而来，数据的可处理特征则通过体质数据的计算来说明。体质数据的计算不仅能让学生了解自己的体重状况，也为第二课时“身边的数据”做了铺垫。（3）课后思考及作业提交（2分钟）师：体质数据反映了健康状况。我们的日常生活中还有哪些数据？它们反映了什么信息？起到了什么作用呢？这节课时间有限，请大家课后思考，下节课一起分享“身边的数据”。课后思考：列举身边的数据及其作用。作业提交：请把这节课的思维导图通过学生端提交给老师。4.课堂小结（2分钟）学生作业点评。教师小结：本节课，我们学习了数据、信息和知识的含义及相互关系，理解了数据的概念及其特征。大家学会了用思维导图建构知识体系，希望大家以后能借助思维导图梳理自己的学科知识，提高学习效率。●教学反思本课是基于2017版课程标准的一节研究课，而且是到外校借班上课。课前请该班学生做了一个基础测试，了解其知识基础，测试结果跟笔者自己的学生情况类似。上课时，先通过问题引入，从学生已有的“信息”概念入手，借助典型事例，引导学生辨析了数据、信息、知识的含义及相互关系，并能举例说明。然后针对本课重点概念——“数据”展开讨论，通过学生熟悉的数据实例，考察了数据的类型、描述的对象、反映的信息和使用的计算工具，帮助学生全面透彻地理解了数据的概念及特征。另外，通过体质数据的处理和分析，引导学生思考身边的数据，为下一课时做铺垫。整节课师生交互充分，学生参与度很高，提交的思维导图质量也较好。本课在培养信息意识、数字化学习、信息社会责任等核心素养方面均有所体现。通过本课学习，学生能够在具体感知数据与信息的基础上，描述数据与信息的含义及区别，提高了信息意识。思维导图的操作与应用，不仅教会了学生一种数字化学习工具，而且促使他们使用思维导图提炼了本课的学习内容，建构了知识体系，锻炼了信息技能。借助DIKW关系模型，不但解释了数据、信息和知识的相互关系，也顺理成章地引导学生认识到数据、信息和知识的重要作用，培养学生的时代责任感和使命感。教学是一门遗憾的艺术，本课也不例外。首先，在解释“数据是信息的载体”时，笔者没有考虑到学生已有的概念——“信息的载体依附性”，如能对此稍加阐述，效果会更好。其次，在介绍思维导图工具时，笔者只介绍了软件的操作方法，忘了将事先准备好的导图范例演示给学生。直到教学内容完成了一大半，才发现有的学生在思维导图中完整记录了概念内容，没有进行Key的提炼与整理，因此在绘制思维导图上花费了较多的时间，个别学生没来得及提交作业。点评夏老师的这节课是基于她参与编写的地图版高中信息技术必修1教材《数据与计算》中关于“数据与信息”相关内容的一节研究课，也是一节公开课，虽然范围较小，但是对于教材在编写过程中必须要做的研究和实验工作却意义重大。教材从组织编写到落地实施，能由既是编写者又是一线老师的夏老师来亲自操刀实践，可以说非常有价值，也更具示范性。夏老师作为一名资深的信息技术教师，其教学风格已然形成，成熟大方极具亲和力，语言精炼且能吸引学生，交流互动也能很好地捕捉学生的思维过程。纵观本课，从其教学案例中我们不难发现以下特点：一是精准的前测。课前的基础测试结果和教师的预判完全一致，这也是本课的设计能完全进入预设轨道的关键，同时也向学生们明确了本课需要解决的教学目标，即数据、信息的含义及数据、信息与知识的相互关系。二是丰富的事例。这些例子源自教材，许多出自夏老师的深入思考，有些也是集体智慧的结晶，都有助于学生理解数据与信息，尤其是数据这一在本次新课标中提出的学科大概念，通过对比，分析相互之间的异同及关系，逐步让学生能理解并达成教学目标。三是思维的引领。思维导图这一数字