高中信息技術“數(shù)據(jù)處理與應用”教學建議

李劍欣

摘要：高中信息技術“必修模塊1：數(shù)據(jù)與計算”中的“數(shù)據(jù)處理與應用”部分教學內(nèi)容是實踐操作很強的一部分內(nèi)容，也是本模塊中非常重要的教學內(nèi)容。本文分析了本單元的教學內(nèi)容和對應的學科素養(yǎng)，并給出了詳細的教學建議。

關鍵詞：高中信息技術;數(shù)據(jù)處理與應用;項目學習;Python

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2019）18-0014-03

移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計算的快速發(fā)展加快了技術更新向數(shù)據(jù)變革的轉(zhuǎn)向。數(shù)據(jù)不僅是信息的載體，也是人們提取信息、做出決策的重要依據(jù)，并逐步成為社會發(fā)展的一項資源。人們合理選用技術工具處理數(shù)據(jù)，可以提高數(shù)據(jù)應用效能，發(fā)現(xiàn)其中隱含的信息，精準解決生活與學習中的問題。

“數(shù)據(jù)處理與應用”是“必修模塊1：數(shù)據(jù)與計算”中的第二部分內(nèi)容，是在理解本模塊中數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)概念后動手實踐操作的一個重要部分。

● 結(jié)構(gòu)與內(nèi)容

“數(shù)據(jù)處理與應用”這部分內(nèi)容按照數(shù)據(jù)處理的基本原理，提煉數(shù)據(jù)處理的基本方法，聚焦技術工具在數(shù)據(jù)處理中的基本功能，注重學生數(shù)據(jù)安全意識的培養(yǎng)。學生學習后能了解數(shù)據(jù)收集、分析及可視化表達數(shù)據(jù)的基本方法;能根據(jù)任務需求，選用恰當?shù)臄?shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)分析報告，認識到對數(shù)據(jù)的保護意義;能針對具體問題，利用信息技術有效處理數(shù)據(jù)，獲得有價值的信息，以此提高個人生活與學習質(zhì)量。

● 學科素養(yǎng)的落實

信息技術學科核心素養(yǎng)包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四個核心要素?！皵?shù)據(jù)處理與應用”部分以數(shù)據(jù)這一學科大概念為基礎，要求學生在學習過程中針對具體學習任務，體驗數(shù)字化學習過程，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢;通過典型的應用實例，了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達的基本方法。

在教學過程中，教師可借助數(shù)字化學習環(huán)境，在具體的任務情境中，引導學生體驗數(shù)字化學習與創(chuàng)新活動。例如，學生采集數(shù)據(jù)時，可以采用從專業(yè)網(wǎng)站獲取數(shù)據(jù)、通過傳感器采集數(shù)據(jù)等多種數(shù)字化工具進行操作，掌握數(shù)字化學習的策略，可以運用程序語言對數(shù)據(jù)進行處理加工，完成數(shù)據(jù)的可視化分析，幫助學生學會運用數(shù)字化工具表達思想、構(gòu)建知識，養(yǎng)成數(shù)字化學習與創(chuàng)新的習慣。

本單元教學在選用恰當?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)，完成分析報告的同時，還需要關注以下幾個問題：學生采集數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)來源是否安全可靠？采集過程中，個人在網(wǎng)上行為數(shù)據(jù)是否被泄露造成風險？數(shù)據(jù)處理和分析過程中，數(shù)據(jù)是否得到保護？這些問題都是在教學過程中自然衍生出來的。數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)加密技術等教學內(nèi)容讓學生理解對數(shù)據(jù)進行保護的意義，認識數(shù)據(jù)安全的重要性，發(fā)展學生的信息社會責任。

● 教學建議

1.基于項目的學習

基于項目的學習，以學生為中心，關注學生在學習過程中的感受和體驗，強調(diào)學生在做中學，可以有效地提高學生學習的能動性，利于學生在學習過程中交流與協(xié)作。學生在完成項目的過程中，學習收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等一系列的工作，既掌握了課程標準要求的知識、技能與思想，又容易獲得成就感，激發(fā)進一步學習的興趣。在應用項目學習方式時應注意以下幾點。

（1）選定項目：創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

信息技術與生活息息相關，在創(chuàng)設情境問題的時候，應該創(chuàng)設真實的情境問題，將問題生活化，讓信息技術融入生活，應用信息技術解決生活問題。例如，一位教師根據(jù)自己的生活經(jīng)驗，在《數(shù)據(jù)處理與加工》一課中創(chuàng)設了如下情境：“連續(xù)兩天在幾個不同的小區(qū)發(fā)生了多起盜竊案。通過警方初步分析，判斷這多起盜竊案為同一人所為，此人在作案之前有在附近網(wǎng)吧上網(wǎng)的習慣，并且認定作案時間集中在凌晨4時至5時之間。根據(jù)以上線索，如何進行下一步偵破工作找到犯罪嫌疑人？”教師引導學生分析問題、拆解項目，找到用哪些數(shù)據(jù)可以解決問題，并思考得到這些數(shù)據(jù)后應做哪些合理的處理，才能正確找到嫌疑人。再如，另一位教師利用校園卡背后的數(shù)據(jù)管理，引導學生分析歸納其內(nèi)部包含的數(shù)據(jù)信息以及處理加工過程，設計出《剖析小卡片背后的大數(shù)據(jù)》一課。課上教師引導學生提出問題：“學生卡存儲的哪些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可以為學校的管理工作提出更加科學的決策？”

這兩個項目情境都是學生熟悉的、喜聞樂見的、貼近學生生活的教學情境，充分挖掘信息技術在生活實際中的應用，將教學內(nèi)容巧妙地設計在一個個真實的問題中，充分發(fā)揮學生的主動性。

（2）制訂計劃：分解問題，預設描述

制訂計劃環(huán)節(jié)最重要的就是“分解問題，預設描述”。分解問題，利用“小步子、分步驟”的思想，將復雜的問題分解成一個個互有聯(lián)系的子問題，再逐個解決，有利于降低問題解決的難度，增強學生解決問題的自信心。在此環(huán)節(jié)中，不僅僅應該分解問題，更應該對分解的項目任務需要達到的程度做一個預設描述，更清晰地為學生呈現(xiàn)解決問題的過程脈絡圖。同時，在制訂計劃的過程中，應從學習方式、組織結(jié)構(gòu)等方面展示項目學習的魅力，激發(fā)學生學習興趣，同時進行小組組建分工，加快項目的進展效率。

（3）數(shù)據(jù)采集與處理：分工合作，提供支架

學生獲取數(shù)據(jù)，處在項目實施的起始階段，是項目成果質(zhì)量的關鍵步驟。學生在收集數(shù)據(jù)的過程中，常常缺乏對情境項目問題的全局把控，不是特別清楚應該收集哪些數(shù)據(jù)，從哪里收集，用什么方法收集。教師可以將項目中需要收集的有關數(shù)據(jù)用思維導圖的形式展現(xiàn)，有利于學生從全局把握整個項目數(shù)據(jù)來源之間的關系。數(shù)據(jù)處理就是通過去重、補漏和勘誤等方法，刪除重復數(shù)據(jù)、補全缺失數(shù)據(jù)和校正錯誤數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一性和標準化處理，以確保數(shù)據(jù)是相關和準確的，從而將“臟數(shù)據(jù)”變?yōu)椤扒鍧崝?shù)據(jù)”，使數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，保證數(shù)據(jù)的完整性、統(tǒng)一性和準確性。

學生在此環(huán)節(jié)可能會遇到技術上的未知點，教師可以根據(jù)項目進度，合理地對新知進行集體講解，可結(jié)合程序設計語言進行教學。

（4）分析數(shù)據(jù)：撰寫報告，共享觀點

在這個環(huán)節(jié)，首先需要引導學生梳理自己的前期成果，選擇合適的數(shù)據(jù)分析工具，對數(shù)據(jù)進行可視化分析，并能夠提出有價值的決策。這是形成報告的第一步。其間，教師引導學生選擇合適的數(shù)據(jù)分析工具，可以借助程序語言完成。其次，呈現(xiàn)評價量規(guī)，在完成項目的過程中讓學生提前明確數(shù)據(jù)分析報告評價的標準，有利于提高報告質(zhì)量，提升學生問題解決的品質(zhì)。最后，發(fā)揮每個組員的聰明才智，共享觀點，撰寫數(shù)據(jù)分析報告，鼓勵學生凸顯小組的個性化創(chuàng)作作品，教師監(jiān)控進度，確保項目成果化。

（5）展示交流，共享成果，客觀評價

在成果交流環(huán)節(jié)，教師應引導學生展示成果，明確匯報的要求，如匯報的時間要求、流程要求等，并組織匯報。具體操作環(huán)節(jié)，教師應盡可能調(diào)動學生享受項目成果的樂趣，給予每個小組成員展示的機會，同時組織交流項目學習過程的心得，學生互相學習在問題解決過程中的經(jīng)驗教訓，將經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為內(nèi)在的知識，共享全班的項目成果。

本單元教學內(nèi)容應用基于項目的學習教學模式，旨在根據(jù)教學目標，整合教學內(nèi)容，通過引導和組織學生自主選擇和完成項目及數(shù)據(jù)分析報告來實現(xiàn)有效教學，從而使學生能完整地掌握數(shù)據(jù)處理與應用的一整套流程和基本方法，有效地培養(yǎng)和提高學生的信息技術核心素養(yǎng)。

2.利用Python語言開展教學

傳統(tǒng)的教學的數(shù)據(jù)處理部分經(jīng)常會用到Excel數(shù)據(jù)處理軟件，其優(yōu)勢是用其處理問題很容易。但是在大數(shù)據(jù)時代，動態(tài)處理數(shù)據(jù)，完成自動化分析，利用Python程序設計語言來解決問題，可以達到更好的教學效果。

網(wǎng)絡成為人們快捷獲取數(shù)據(jù)的重要渠道。目前，使用網(wǎng)絡爬蟲采集互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)成為獲取網(wǎng)絡信息的一種有效方式。網(wǎng)絡爬蟲的優(yōu)勢是自動采集其可以訪問到的網(wǎng)頁內(nèi)容，可以實時高效獲取動態(tài)數(shù)據(jù)。例如，使用網(wǎng)絡爬蟲獲取高考選考科目數(shù)據(jù)，幫助學生選擇選修的科目;獲取某個運動員比賽的數(shù)據(jù)，可以幫助教練分析運動員的優(yōu)勢及問題，制訂更有針對性的訓練計劃;獲取各個網(wǎng)站的新聞數(shù)據(jù)，幫助網(wǎng)絡媒體進行新聞管理等。

Python語言具有10萬多個第三方庫，簡單易用，涵蓋信息技術所有方向，如Beautiful Soup庫用于網(wǎng)絡爬蟲采集數(shù)據(jù)。Beautiful Soup庫就像一個工具箱，通過解析網(wǎng)頁文檔為用戶提供需要抓取的數(shù)據(jù)，因為簡單，所以不需要多少代碼就可以寫出一個完整的應用程序。

用Python語言進行數(shù)據(jù)分析，常常用到Pandas庫，它是基于Series和Data Frame兩種數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)分析庫。通過調(diào)用Pandas庫可實現(xiàn)數(shù)據(jù)查找、刪除、排序和索引等功能。

Python語言還可以靈活地制作出圖表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的可視化。Matplotlib庫提供數(shù)據(jù)繪圖功能。

例如，探究用戶微信瀏覽習慣項目，我們首先可以通過Python爬蟲程序提取某個公眾號發(fā)布推文時間數(shù)據(jù)，按時間匯總排序得出24小時發(fā)文情況;接著，利用Python中的Pandas庫提取DataFrame格式中的公眾號內(nèi)容文本數(shù)據(jù);然后，用filter（）函數(shù)過濾非中文字符;最后，進行jieba分詞統(tǒng)計，并對高頻詞語可視化，得出推文內(nèi)容的高頻詞。通過Python爬蟲程序提取微信公眾號點贊數(shù)前30的推文內(nèi)容進行過濾、分詞、詞頻統(tǒng)計，根據(jù)關鍵詞推測出用戶對于哪些內(nèi)容推送喜愛度高，根據(jù)其余關鍵詞可以總結(jié)出用戶的興趣點方面。有了這些分析，對公眾號的管理可以提出更有效的策略。

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