《數(shù)據(jù)與信息》教學(xué)設(shè)計

夏燕萍 史弘文

● 教學(xué)內(nèi)容分析

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在必修模塊1《數(shù)據(jù)與計算》中，將“數(shù)據(jù)與信息”作為重要的教學(xué)內(nèi)容之一。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，結(jié)合高一學(xué)生基礎(chǔ)，筆者嘗試設(shè)計了本案例，希望通過教學(xué)活動，幫助學(xué)生在具體感知數(shù)據(jù)與信息的基礎(chǔ)上，理解數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)系，認識數(shù)據(jù)、信息和知識的重要價值。

● 學(xué)情分析

高一學(xué)生目前使用的是上一版高中信息技術(shù)教材，對信息的概念、特征及應(yīng)用有一定認識，但對數(shù)據(jù)的含義、數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系、數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值不太了解。為了提高教學(xué)的針對性和有效性，筆者在課前設(shè)計了一份基礎(chǔ)測試。通過測試發(fā)現(xiàn)，有79.2%的學(xué)生分不清數(shù)據(jù)和信息，有84.9%的學(xué)生把信息當(dāng)成了知識。根據(jù)測試數(shù)據(jù)，筆者把教學(xué)的重難點放在重要概念的理解和辨析上，并在學(xué)生機上安裝了思維導(dǎo)圖軟件，要求學(xué)生借助數(shù)字化工具繪制思維導(dǎo)圖、整理知識概念。

● 教學(xué)目標(biāo)

知識與技能目標(biāo)：理解數(shù)據(jù)、信息的含義，了解數(shù)據(jù)的特征，認識數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)系；掌握思維導(dǎo)圖的繪制方法，能夠繪制并導(dǎo)出思維導(dǎo)圖。

過程與方法目標(biāo)：通過師生交互，借助思維導(dǎo)圖，整理學(xué)習(xí)內(nèi)容，建構(gòu)知識體系。

情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：通過身邊的案例，感受數(shù)據(jù)和信息在學(xué)習(xí)、生活及社會中的重要作用和價值，培養(yǎng)信息意識及信息社會責(zé)任感。

● 教學(xué)重點與難點

重點：數(shù)據(jù)與信息的含義及相互關(guān)系，數(shù)據(jù)的概念與特征。

難點：數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)系。

● 教學(xué)過程

1.技能準(zhǔn)備（3分鐘）

師：課前的基礎(chǔ)測試表明，我們對“數(shù)據(jù)與信息的含義及相互關(guān)系”認識不足。今天，我們將圍繞這個重點開展教學(xué)。為了幫助大家整理知識與概念，老師在學(xué)生機上安裝了思維導(dǎo)圖工具軟件，下面將基本的操作方法演示給大家。請大家調(diào)整教師的屏幕廣播窗口到合適大小，邊看老師演示，邊學(xué)軟件操作。

學(xué)生調(diào)整廣播窗口，啟動思維導(dǎo)圖軟件，調(diào)整窗口到適當(dāng)大小，觀察演示并操作。

教師演示思維導(dǎo)圖的繪制方法、基本操作，以及導(dǎo)出思維導(dǎo)圖、提交作業(yè)的方法。

設(shè)計意圖：本節(jié)課涉及的概念較多，使用思維導(dǎo)圖可以幫助學(xué)生梳理知識及概念，建構(gòu)知識體系，同時也幫助學(xué)生掌握一種數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，以便拓展到其他知識學(xué)習(xí)中。

2.問題導(dǎo)入（3分鐘）

師：誰能說出“3 3 4 5 5 4 3 2 1 1 2 3 3 2 2”這串?dāng)?shù)字的含義？

生：不確定，可能是圖書編號、快遞單號……

師：如果把它們整理成“| 3 3 4 5 | 5 4 3 2 | 1 1 2 3 | 3 2 2 - |”呢？

生：這個應(yīng)該是簡譜。

師：哪位同學(xué)能把這段樂譜唱出來呢？

生：我會！3 3 4 5 5 4 3 2 ……這首曲子是《歡樂頌》！

教師小結(jié)：開始那串?dāng)?shù)字，我們不能確定它的含義，它只是數(shù)據(jù)。當(dāng)我們對數(shù)據(jù)進行一些處理和解釋后，就能獲取其中的信息。而且，在對數(shù)據(jù)進行處理和解釋時，我們還需要掌握一定的知識，例如沒有簡譜知識的人是不知道這些數(shù)據(jù)的含義的！這就是我們今天將要學(xué)習(xí)的三個重要概念：數(shù)據(jù)、信息和知識。

設(shè)計意圖：導(dǎo)入問題看似簡單，卻可以把學(xué)生直接帶入到本課的知識情境中。從沒有格式的原始數(shù)據(jù)，到經(jīng)過處理的有格式數(shù)據(jù)，再到學(xué)生唱出《歡樂頌》的簡譜，這是一個從“無意義的數(shù)據(jù)”到“有意義的信息”的認識過程。從數(shù)據(jù)到信息的轉(zhuǎn)換過程中還運用到了知識。

3.新課講授（32分鐘）

（1）數(shù)據(jù)、信息和知識（15分鐘）

師：前面大家已經(jīng)學(xué)過信息的概念和特征，什么是信息呢？

生：課本上給出了多個定義，目前比較容易被接受的定義是，“信息是客觀存在的一切事物通過物質(zhì)載體所發(fā)出的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)和信號中所包含的一切可傳遞和交換的內(nèi)容?！?/p>

師：誰能把上述定義的主謂賓概括地說出來？

生：信息是內(nèi)容。

師：很好！我們可以從定義看出，信息的本質(zhì)是指內(nèi)容，而不是指物質(zhì)或載體。那段簡譜就是數(shù)據(jù)，也是載體，而它所承載的信息就是《歡樂頌》。誰還記得其他的定義？

生：信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)說了，“信息是用來消除不確定性的東西”。

師：對的！而且信息量的大小可用消除不確定性多少來表示。數(shù)學(xué)老師給你們上了一節(jié)課，每位同學(xué)接收到的信息量一樣嗎？為什么？

生1：不一樣。有些人預(yù)習(xí)過了，已經(jīng)會了，信息量就會小一些。

生2：有的人沒聽懂，信息量也會少些。

師：大家說得對，每個人的知識基礎(chǔ)和接受能力不同，因而感受到的信息量也會不同。其實，老師上課傳授的是知識。如果沒有掌握足夠的信息，學(xué)到的知識也會有欠缺。那么，數(shù)據(jù)、信息和知識究竟如何區(qū)分呢？它們的關(guān)系是怎樣的？請大家看圖1，找出其中的數(shù)據(jù)、信息和知識。

生：每一個化驗項目都用數(shù)據(jù)顯示，將化驗結(jié)果與參考范圍進行比較，可以看出不在“參考范圍”的項目會有“報警”信息，說明這個指標(biāo)是高了（H），還是低了（L）。

師：是啊，我們都能從這張化驗單獲取數(shù)據(jù)和信息，但我們依然不能判斷這個人得了什么病，為什么呢？因為我們?nèi)狈︶t(yī)學(xué)知識！醫(yī)生之所以能夠快速地診斷病情，依靠的是專業(yè)知識和工作經(jīng)驗。為了幫助大家理解，老師再舉個例子說明。蘋果下落和其他自由落體現(xiàn)象，是客觀事實，屬于數(shù)據(jù)范疇?？茖W(xué)家們觀察到這些現(xiàn)象并推測出地球?qū)ξ矬w有引力作用，可以將它歸結(jié)為信息。而萬有引力定律的提出，則是建立在大量的數(shù)據(jù)演算和天文學(xué)觀測（信息）基礎(chǔ)之上，屬于知識的范疇。人們根據(jù)萬有引力定律，計算出人造衛(wèi)星環(huán)繞地球飛行所需要達到的最小速度（第一宇宙速度），并設(shè)計建造了能夠達到這一速度的航天飛機和運載火箭，把衛(wèi)星送到預(yù)定軌道，這就是人類智慧的體現(xiàn)，也是人類社會不斷進步的源泉。我們處于信息時代，大家都聽說過知識經(jīng)濟、知識創(chuàng)新吧？這說明“知識是人類進步的階梯”。作為信息時代的公民，我們的職責(zé)就是從海量的數(shù)據(jù)和信息中，汲取知識，培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)能力，推動科技發(fā)展和社會進步！現(xiàn)在，請同學(xué)們討論一下，我們?nèi)粘５膶W(xué)習(xí)和生活中，有沒有接觸到能夠說明從數(shù)據(jù)可以獲取信息，再轉(zhuǎn)化為知識的類似的例子？

生1：有一組數(shù)據(jù)是“345681051213”；它蘊涵的信息是，“有三個三角形，它們的邊長分別為3、4、5，6、8、10，5、12、13，它們都是直角三角形，它們邊長的關(guān)系是兩邊的平方和等于第三邊的平方”；從中可以歸納出的知識就是數(shù)學(xué)界著名的勾股定理。

生2：跑步時手環(huán)中記錄的是運動數(shù)據(jù)；用手機APP可以獲取運動時的心率、步數(shù)、距離、路線等信息；有氧運動的心率范圍屬于知識層面，不同的人可以根據(jù)自身情況設(shè)置心率上限，運動時心率一旦超過上限，手環(huán)會報警或震動。

生3：每點一份外賣，就會增加一份交易數(shù)據(jù)，保存在外賣平臺軟件中；客戶在外賣平臺上能夠看到外賣的銷量和客戶評價，可以參考這些信息決定是否購買；知識呢？

師：老師來補充一下，外賣平臺對整個外賣交易流程的設(shè)計需要運用商業(yè)及軟件知識，根據(jù)用戶的消費數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，適時推送商品及優(yōu)惠券，也要用到統(tǒng)計、銷售知識等。大家舉的例子都很好，從學(xué)習(xí)、運動到生活，我們身邊的數(shù)據(jù)無處不在。數(shù)據(jù)處于金字塔的底部，是信息、知識和智慧的基礎(chǔ)。下面我們就把注意力集中到“數(shù)據(jù)”上，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的概念及特征。

設(shè)計意圖：這個環(huán)節(jié)的主要目的是讓學(xué)生從總體上把握數(shù)據(jù)、信息和知識的關(guān)系，也為下一環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)做鋪墊。顯然，從學(xué)生已知的信息概念入手會比較順利。先讓學(xué)生把握信息的本質(zhì)是內(nèi)容，信息的載體則是數(shù)據(jù)。然后再通過血液化驗單，讓學(xué)生再次區(qū)分數(shù)據(jù)和信息，并認識到知識的重要性。DIKW關(guān)系模型更是形象地說明了這些概念之間的遞進關(guān)系，幫助學(xué)生加深對概念間關(guān)系的理解。

（2）數(shù)據(jù)的概念及特征（15分鐘）

師：首先學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的定義，“數(shù)據(jù)是描述事物狀態(tài)的原始記錄，是信息的載體，是計算工具識別、存儲和加工的對象。例如，數(shù)值、字符、圖像、音頻、視頻等都是數(shù)據(jù)?！苯又?，我們一起討論圖2中的例子，列舉這些數(shù)據(jù)描述的事物、承載的信息、采用的工具以及數(shù)據(jù)類型，加深對數(shù)據(jù)定義的理解。（師生討論完成表1）

師：通過這些例子，我們是否能用一句話描述數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系？

生：數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)承載的內(nèi)容。

師：很好！也可以說，信息是數(shù)據(jù)所表示的意義。下面，我們來討論一下數(shù)據(jù)的特征。其一，數(shù)據(jù)是描述客觀事物狀態(tài)的，一般以集合形式出現(xiàn)。例如，身份證上面的所有數(shù)據(jù)（姓名、性別、住址等）就是描述某個人的數(shù)據(jù)集合。其二，人們一般需要對數(shù)據(jù)進行加工和處理，才能得到相應(yīng)的信息，甚至知識。例如，上頁表2記錄了三位高一男生的體重和身高，如果要了解他們的體型是否正常，可以根據(jù)《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》中提供的計算公式〔體重指數(shù)BMI=體重（千克）/身高（米）2〕計算出BMI指數(shù)，再與高一男生的正常指數(shù)比較得出他們的體重等級。（高一男生的正常指數(shù)為16.5～23.2，高一女生的正常指數(shù)為16.5～22.7。）

師：請大家使用系統(tǒng)中的“計算器”，計算一下自己的BMI指數(shù)，了解自己的體重等級。

學(xué)生活動：使用計算器工具，計算BMI指數(shù)，判斷體重等級。

師：知道了自己的體重等級，就能有意識地改善自己的身體狀況。例如，超重的同學(xué)如果要科學(xué)減重，就需要了解相關(guān)知識和方法，請同學(xué)們自行研究。

設(shè)計意圖：這個環(huán)節(jié)著重講解數(shù)據(jù)的概念和特征，首先通過討論分析生活中常見的5個數(shù)據(jù)實例，結(jié)合信息講解數(shù)據(jù)概念，更有助于學(xué)生理解。數(shù)據(jù)的集合特征可以直接從數(shù)據(jù)的概念中推論而來，數(shù)據(jù)的可處理特征則通過體質(zhì)數(shù)據(jù)的計算來說明。體質(zhì)數(shù)據(jù)的計算不僅能讓學(xué)生了解自己的體重狀況，也為第二課時“身邊的數(shù)據(jù)”做了鋪墊。

（3）課后思考及作業(yè)提交（2分鐘）

師：體質(zhì)數(shù)據(jù)反映了健康狀況。我們的日常生活中還有哪些數(shù)據(jù)？它們反映了什么信息？起到了什么作用呢？這節(jié)課時間有限，請大家課后思考，下節(jié)課一起分享“身邊的數(shù)據(jù)”。

課后思考：列舉身邊的數(shù)據(jù)及其作用。

作業(yè)提交：請把這節(jié)課的思維導(dǎo)圖通過學(xué)生端提交給老師。

4.課堂小結(jié)（2分鐘）

學(xué)生作業(yè)點評。

教師小結(jié)：本節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)、信息和知識的含義及相互關(guān)系，理解了數(shù)據(jù)的概念及其特征。大家學(xué)會了用思維導(dǎo)圖建構(gòu)知識體系，希望大家以后能借助思維導(dǎo)圖梳理自己的學(xué)科知識，提高學(xué)習(xí)效率。

● 教學(xué)反思

本課是基于2017版課程標(biāo)準(zhǔn)的一節(jié)研究課，而且是到外校借班上課。課前請該班學(xué)生做了一個基礎(chǔ)測試，了解其知識基礎(chǔ)，測試結(jié)果跟筆者自己的學(xué)生情況類似。上課時，先通過問題引入，從學(xué)生已有的“信息”概念入手，借助典型事例，引導(dǎo)學(xué)生辨析了數(shù)據(jù)、信息、知識的含義及相互關(guān)系，并能舉例說明。然后針對本課重點概念——“數(shù)據(jù)”展開討論，通過學(xué)生熟悉的數(shù)據(jù)實例，考察了數(shù)據(jù)的類型、描述的對象、反映的信息和使用的計算工具，幫助學(xué)生全面透徹地理解了數(shù)據(jù)的概念及特征。另外，通過體質(zhì)數(shù)據(jù)的處理和分析，引導(dǎo)學(xué)生思考身邊的數(shù)據(jù)，為下一課時做鋪墊。整節(jié)課師生交互充分，學(xué)生參與度很高，提交的思維導(dǎo)圖質(zhì)量也較好。

本課在培養(yǎng)信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)、信息社會責(zé)任等核心素養(yǎng)方面均有所體現(xiàn)。通過本課學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在具體感知數(shù)據(jù)與信息的基礎(chǔ)上，描述數(shù)據(jù)與信息的含義及區(qū)別，提高了信息意識。思維導(dǎo)圖的操作與應(yīng)用，不僅教會了學(xué)生一種數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，而且促使他們使用思維導(dǎo)圖提煉了本課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，建構(gòu)了知識體系，鍛煉了信息技能。借助DIKW關(guān)系模型，不但解釋了數(shù)據(jù)、信息和知識的相互關(guān)系，也順理成章地引導(dǎo)學(xué)生認識到數(shù)據(jù)、信息和知識的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生的時代責(zé)任感和使命感。

教學(xué)是一門遺憾的藝術(shù)，本課也不例外。首先，在解釋“數(shù)據(jù)是信息的載體”時，筆者沒有考慮到學(xué)生已有的概念——“信息的載體依附性”，如能對此稍加闡述，效果會更好。其次，在介紹思維導(dǎo)圖工具時，筆者只介紹了軟件的操作方法，忘了將事先準(zhǔn)備好的導(dǎo)圖范例演示給學(xué)生。直到教學(xué)內(nèi)容完成了一大半，才發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生在思維導(dǎo)圖中完整記錄了概念內(nèi)容，沒有進行關(guān)鍵詞的提煉與整理，因此在繪制思維導(dǎo)圖上花費了較多的時間，個別學(xué)生沒來得及提交作業(yè)。

點 評

夏老師的這節(jié)課是基于她參與編寫的地圖版高中信息技術(shù)必修1教材《數(shù)據(jù)與計算》中關(guān)于“數(shù)據(jù)與信息”相關(guān)內(nèi)容的一節(jié)研究課，也是一節(jié)公開課，雖然范圍較小，但是對于教材在編寫過程中必須要做的研究和實驗工作卻意義重大。教材從組織編寫到落地實施，能由既是編寫者又是一線老師的夏老師來親自操刀實踐，可以說非常有價值，也更具示范性。夏老師作為一名資深的信息技術(shù)教師，其教學(xué)風(fēng)格已然形成，成熟大方極具親和力，語言精煉且能吸引學(xué)生，交流互動也能很好地捕捉學(xué)生的思維過程。

縱觀本課，從其教學(xué)案例中我們不難發(fā)現(xiàn)以下特點：一是精準(zhǔn)的前測。課前的基礎(chǔ)測試結(jié)果和教師的預(yù)判完全一致，這也是本課的設(shè)計能完全進入預(yù)設(shè)軌道的關(guān)鍵，同時也向?qū)W生們明確了本課需要解決的教學(xué)目標(biāo)，即數(shù)據(jù)、信息的含義及數(shù)據(jù)、信息與知識的相互關(guān)系。二是豐富的事例。這些例子源自教材，許多出自夏老師的深入思考，有些也是集體智慧的結(jié)晶，都有助于學(xué)生理解數(shù)據(jù)與信息，尤其是數(shù)據(jù)這一在本次新課標(biāo)中提出的學(xué)科大概念，通過對比，分析相互之間的異同及關(guān)系，逐步讓學(xué)生能理解并達成教學(xué)目標(biāo)。三是思維的引領(lǐng)。思維導(dǎo)圖這一數(shù)字化學(xué)習(xí)工具的引入，對于學(xué)生在課堂上積極思考、梳理要點、獲得結(jié)論的作用明顯，雖然這個軟件學(xué)生們是首次接觸，但對于高中生來說，稍加說明及引導(dǎo)即可有助于學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)。另外，夏老師通過師生互動也能有效地促進學(xué)生進行思維活動，形成自己的觀點。

當(dāng)然，本課從實踐來看，還有一些遺憾與不足：比如教材每個單元是有一個項目的整體設(shè)計的，但在此課中難以尋跡；再如有些學(xué)生提及的事例已呈大數(shù)據(jù)的特征，如何適當(dāng)靈活處理也應(yīng)有所考慮。但瑕不掩瑜，本課從教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)、教學(xué)方法的體現(xiàn)及教學(xué)智慧的貢獻來看，對于即將接觸到新教材的一線老師來說都是極具研究價值和借鑒意義的。