高中信息技術(shù)“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”教學(xué)建議

李劍欣

摘要：高中信息技術(shù)“必修模塊1：數(shù)據(jù)與計(jì)算”中的“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”部分教學(xué)內(nèi)容是實(shí)踐操作很強(qiáng)的一部分內(nèi)容，也是本模塊中非常重要的教學(xué)內(nèi)容。本文分析了本單元的教學(xué)內(nèi)容和對應(yīng)的學(xué)科素養(yǎng)，并給出了詳細(xì)的教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù);數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用;項(xiàng)目學(xué)習(xí);Python

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2019）18-0014-03

移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的快速發(fā)展加快了技術(shù)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(huì)發(fā)展的一項(xiàng)資源。人們合理選用技術(shù)工具處理數(shù)據(jù)，可以提高數(shù)據(jù)應(yīng)用效能，發(fā)現(xiàn)其中隱含的信息，精準(zhǔn)解決生活與學(xué)習(xí)中的問題。

“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”是“必修模塊1：數(shù)據(jù)與計(jì)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(dòng)手實(shí)踐操作的一個(gè)重要部分。

● 結(jié)構(gòu)與內(nèi)容

“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)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(shù)工具在數(shù)據(jù)處理中的基本功能，注重學(xué)生數(shù)據(jù)安全意識(shí)的培養(yǎng)。學(xué)生學(xué)習(xí)后能了解數(shù)據(jù)收集、分析及可視化表達(dá)數(shù)據(jù)的基本方法;能根據(jù)任務(wù)需求，選用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)分析報(bào)告，認(rèn)識(shí)到對數(shù)據(jù)的保護(hù)意義;能針對具體問題，利用信息技術(shù)有效處理數(shù)據(jù)，獲得有價(jià)值的信息，以此提高個(gè)人生活與學(xué)習(xí)質(zhì)量。

● 學(xué)科素養(yǎng)的落實(shí)

信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)核心要素。“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”部分以數(shù)據(jù)這一學(xué)科大概念為基礎(chǔ)，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中針對具體學(xué)習(xí)任務(wù)，體驗(yàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)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(yīng)用實(shí)例，了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達(dá)的基本方法。

在教學(xué)過程中，教師可借助數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，在具體的任務(wù)情境中，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新活動(dòng)。例如，學(xué)生采集數(shù)據(jù)時(shí)，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(jìn)行操作，掌握數(shù)字化學(xué)習(xí)的策略，可以運(yùn)用程序語言對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理加工，完成數(shù)據(jù)的可視化分析，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)字化工具表達(dá)思想、構(gòu)建知識(shí)，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的習(xí)慣。

本單元教學(xué)在選用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚱脚_(tái)處理數(shù)據(jù)，完成分析報(bào)告的同時(shí)，還需要關(guān)注以下幾個(gè)問題：學(xué)生采集數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)來源是否安全可靠？采集過程中，個(gè)人在網(wǎng)上行為數(shù)據(jù)是否被泄露造成風(fēng)險(xiǎn)？數(shù)據(jù)處理和分析過程中，數(shù)據(jù)是否得到保護(hù)？這些問題都是在教學(xué)過程中自然衍生出來的。數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)加密技術(shù)等教學(xué)內(nèi)容讓學(xué)生理解對數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)的意義，認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)安全的重要性，發(fā)展學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任。

● 教學(xué)建議

1.基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的感受和體驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在做中學(xué)，可以有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中交流與協(xié)作。學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中，學(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)要求的知識(shí)、技能與思想，又容易獲得成就感，激發(fā)進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。在應(yīng)用項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）選定項(xiàng)目：創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

信息技術(shù)與生活息息相關(guān)，在創(chuàng)設(shè)情境問題的時(shí)候，應(yīng)該創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境問題，將問題生活化，讓信息技術(shù)融入生活，應(yīng)用信息技術(shù)解決生活問題。例如，一位教師根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)，在《數(shù)據(jù)處理與加工》一課中創(chuàng)設(shè)了如下情境：“連續(xù)兩天在幾個(gè)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(xí)慣，并且認(rèn)定作案時(shí)間集中在凌晨4時(shí)至5時(shí)之間。根據(jù)以上線索，如何進(jìn)行下一步偵破工作找到犯罪嫌疑人？”教師引導(dǎo)學(xué)生分析問題、拆解項(xiàng)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(yīng)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(dǎo)學(xué)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(shè)計(jì)出《剖析小卡片背后的大數(shù)據(jù)》一課。課上教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題：“學(xué)生卡存儲(chǔ)的哪些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可以為學(xué)校的管理工作提出更加科學(xué)的決策？”

這兩個(gè)項(xiàng)目情境都是學(xué)生熟悉的、喜聞樂見的、貼近學(xué)生生活的教學(xué)情境，充分挖掘信息技術(shù)在生活實(shí)際中的應(yīng)用，將教學(xué)內(nèi)容巧妙地設(shè)計(jì)在一個(gè)個(gè)真實(shí)的問題中，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。

（2）制訂計(jì)劃：分解問題，預(yù)設(shè)描述

制訂計(jì)劃環(huán)節(jié)最重要的就是“分解問題，預(yù)設(shè)描述”。分解問題，利用“小步子、分步驟”的思想，將復(fù)雜的問題分解成一個(gè)個(gè)互有聯(lián)系的子問題，再逐個(gè)解決，有利于降低問題解決的難度，增強(qiáng)學(xué)生解決問題的自信心。在此環(huán)節(jié)中，不僅僅應(yīng)該分解問題，更應(yīng)該對分解的項(xiàng)目任務(wù)需要達(dá)到的程度做一個(gè)預(yù)設(shè)描述，更清晰地為學(xué)生呈現(xiàn)解決問題的過程脈絡(luò)圖。同時(shí)，在制訂計(jì)劃的過程中，應(yīng)從學(xué)習(xí)方式、組織結(jié)構(gòu)等方面展示項(xiàng)目學(xué)習(xí)的魅力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)進(jìn)行小組組建分工，加快項(xiàng)目的進(jìn)展效率。

（3）數(shù)據(jù)采集與處理：分工合作，提供支架

學(xué)生獲取數(shù)據(jù)，處在項(xiàng)目實(shí)施的起始階段，是項(xiàng)目成果質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。學(xué)生在收集數(shù)據(jù)的過程中，常常缺乏對情境項(xiàng)目問題的全局把控，不是特別清楚應(yīng)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(xiàng)目中需要收集的有關(guān)數(shù)據(jù)用思維導(dǎo)圖的形式展現(xiàn)，有利于學(xué)生從全局把握整個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)來源之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)處理就是通過去重、補(bǔ)漏和勘誤等方法，刪除重復(fù)數(shù)據(jù)、補(bǔ)全缺失數(shù)據(jù)和校正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)化處理，以確保數(shù)據(jù)是相關(guān)和準(zhǔn)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(zhǔn)確性。

學(xué)生在此環(huán)節(jié)可能會(huì)遇到技術(shù)上的未知點(diǎn)，教師可以根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度，合理地對新知進(jìn)行集體講解，可結(jié)合程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行教學(xué)。

（4）分析數(shù)據(jù)：撰寫報(bào)告，共享觀點(diǎn)

在這個(gè)環(huán)節(jié)，首先需要引導(dǎo)學(xué)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(jìn)行可視化分析，并能夠提出有價(jià)值的決策。這是形成報(bào)告的第一步。其間，教師引導(dǎo)學(xué)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(jià)量規(guī)，在完成項(xiàng)目的過程中讓學(xué)生提前明確數(shù)據(jù)分析報(bào)告評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，有利于提高報(bào)告質(zhì)量，提升學(xué)生問題解決的品質(zhì)。最后，發(fā)揮每個(gè)組員的聰明才智，共享觀點(diǎn)，撰寫數(shù)據(jù)分析報(bào)告，鼓勵(lì)學(xué)生凸顯小組的個(gè)性化創(chuàng)作作品，教師監(jiān)控進(jìn)度，確保項(xiàng)目成果化。

（5）展示交流，共享成果，客觀評價(jià)

在成果交流環(huán)節(jié)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生展示成果，明確匯報(bào)的要求，如匯報(bào)的時(shí)間要求、流程要求等，并組織匯報(bào)。具體操作環(huán)節(jié)，教師應(yīng)盡可能調(diào)動(dòng)學(xué)生享受項(xiàng)目成果的樂趣，給予每個(gè)小組成員展示的機(jī)會(huì)，同時(shí)組織交流項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程的心得，學(xué)生互相學(xué)習(xí)在問題解決過程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為內(nèi)在的知識(shí)，共享全班的項(xiàng)目成果。

本單元教學(xué)內(nèi)容應(yīng)用基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)教學(xué)模式，旨在根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，整合教學(xué)內(nèi)容，通過引導(dǎo)和組織學(xué)生自主選擇和完成項(xiàng)目及數(shù)據(jù)分析報(bào)告來實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)，從而使學(xué)生能完整地掌握數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用的一整套流程和基本方法，有效地培養(yǎng)和提高學(xué)生的信息技術(shù)核心素養(yǎng)。

2.利用Python語言開展教學(xué)

傳統(tǒng)的教學(xué)的數(shù)據(jù)處理部分經(jīng)常會(huì)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(shí)代，動(dòng)態(tài)處理數(shù)據(jù)，完成自動(dòng)化分析，利用Python程序設(shè)計(jì)語言來解決問題，可以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

網(wǎng)絡(luò)成為人們快捷獲取數(shù)據(jù)的重要渠道。目前，使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲采集互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)成為獲取網(wǎng)絡(luò)信息的一種有效方式。網(wǎng)絡(luò)爬蟲的優(yōu)勢是自動(dòng)采集其可以訪問到的網(wǎng)頁內(nèi)容，可以實(shí)時(shí)高效獲取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。例如，使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲獲取高考選考科目數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生選擇選修的科目;獲取某個(gè)運(yùn)動(dòng)員比賽的數(shù)據(jù)，可以幫助教練分析運(yùn)動(dòng)員的優(yōu)勢及問題，制訂更有針對性的訓(xùn)練計(jì)劃;獲取各個(gè)網(wǎng)站的新聞數(shù)據(jù)，幫助網(wǎng)絡(luò)媒體進(jìn)行新聞管理等。

Python語言具有10萬多個(gè)第三方庫，簡單易用，涵蓋信息技術(shù)所有方向，如Beautiful Soup庫用于網(wǎng)絡(luò)爬蟲采集數(shù)據(jù)。Beautiful Soup庫就像一個(gè)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?yàn)楹唵危圆恍枰嗌俅a就可以寫出一個(gè)完整的應(yīng)用程序。

用Python語言進(jìn)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(shí)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(shí)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(xí)慣項(xiàng)目，我們首先可以通過Python爬蟲程序提取某個(gè)公眾號(hào)發(fā)布推文時(shí)間數(shù)據(jù)，按時(shí)間匯總排序得出24小時(shí)發(fā)文情況;接著，利用Python中的Pandas庫提取DataFrame格式中的公眾號(hào)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(jìn)行jieba分詞統(tǒng)計(jì)，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(hào)點(diǎn)贊數(shù)前30的推文內(nèi)容進(jìn)行過濾、分詞、詞頻統(tǒng)計(jì)，根據(jù)關(guān)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(guān)鍵詞可以總結(jié)出用戶的興趣點(diǎn)方面。有了這些分析，對公眾號(hào)的管理可以提出更有效的策略。

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