第一部分 单元教学设计3 数据处理与应用-高中信息技术和通用技术单元教学设计

  第一部分  信息技术   单元教学设计 3  数据处理与应用　 023 << 单元教学设计 3 数据处理与应用 一、单元学习主题 本单元学习主题为南水北调中线工程小调查。 本单元内容选自《数据与计算》第 3 章。 本单元以南水北调中线工程为调查目标，学生采集、整理、分析相关数据并撰 写分析报告，了解我国这一重大战略工程的意义及作用，激发民族自豪感和社会责 任感。学生体验数据处理的完整过程，掌握数据采集、整理、分析和可视化等基本 的数据处理方法，体验数据处理的魅力，感悟数据应用的重要意义。 二、课标要求 （一）内容要求  课程标准有如下内容要求：通过典型的应用实例，了解数据采集、分析和可视 化表达的基本方法；根据任务需求，选用恰当的软件工具或平台处理数据，完成分 析报告，理解对数据进行保护的意义。 >> 024 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 （二）学业要求  课程标准有如下学业要求：能够利用软件工具或平台对数据进行整理、组织、 计 算与呈现，并能通过技术方法对数据进行保护；在数据分析的基础上，完成分析报 告。（信息社会责任、计算思维） 三、学情分析 通过前期的学习，学生已经了解了一些大数据的概念，认识到数据在信息社会 中的重要价值，掌握了电子表格软件、文字编辑软件及网络查找信息的基本操作， 具有一定的数据采集、整理、分析及表达的能力，基本掌握了 Python 程序设计语言 的相关知识，学会了利用 Python 语言设计程序解决问题，但如何从纷繁芜杂的大数 据中快速获得自己所需要的数据还缺乏一定的技巧，更缺乏从数据分析中挖掘数据 的价值从而辅助决策的成功体验。 解决策略：南水北调工程是我国重大战略性基础设施，其中线工程贯通石家庄 市，学生及家庭均受益于此项工程。以南水北调中线工程小调查为主题，让学生亲 历项目，提高数据采集、整理、分析及表达的能力，深刻感受数据处理对日常生活 的影响及对社会发展的重要作用。同时，南水北调工程运用了大量先进的科技成果， 这个主题能够使学生了解前沿科技，开阔学生视野，激发学生的民族自豪感，还能 让学生深刻感受科技创新的价值。 四、单元素养目标 （一）信息意识 通过单元项目的完成提高数据处理与应用的能力，体会数据整理、分析及应用 的重要作用。   第一部分  信息技术   单元教学设计 3  数据处理与应用　 025 << （二）数字化学习与创新 选择恰当的数字化工具完成数据的采集、整理、分析及可视化表达。 （三）计算思维 学会整理、分析数据，运用合理的算法解决问题。 （四）信息社会责任 理解数据保护的重要意义，增强数据安全意识，能够选择恰当的方法保护数据。 通过完成团队项目，理解南水北调工程的现实意义，提高合理用水、节约用水 的意识，同时树立团队合作精神。 五、单元教学策略 本单元在微机室进行，在项目主题的引领、教师的指导下确定具体的调查方向， 学生组建团队，依托教师提供的学案、微课、课件和素材等教学资源，以自主探究 和小组合作相结合的形式亲历项目，完成项目所需数据的采集、整理、分析及可视 化表达，并最终形成调查分析报告，提供决策的依据，解决实际问题。 六、单元活动设计 单元活动设计如表 1-7 所示。 >> 026 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 表 1-7  单元活动设计表 课时 序号 活动名称 活动内容 课时 安排 1 实践活动 1 ：成立项目组 明确项目主题，确定调查方向，了解项目完成的一 般过程 了解南水北调中线工程实施的意义及所经区域，明 确调查目标及调查方向 成立项目组，完成项目组成员具体分工，填写项目 计划书 1 课时 2 实践活动 2 ：数据的采集 与整理 （1）数据清单 （2）数据采集 （3）数据提纯 小组讨论确定本项目所需的数据及数据来源，即找 什么和去哪找，完成数据清单 分工采集所需数据，依照数据清单完成数据采集， 掌握采集数据的方法，提高采集数据的能力 将所需数据用恰当的方法加以整理，完成数据的去 重、补漏、勘误，并将数据进行统一化及标准化处理， 得到“清洁数据”，便于后期的数据分析 2 课时 3 实践活动 3 ：数据保险箱 了解威胁数据安全的因素 掌握数据保护的方法 采用合适的保护措施保护本组的项目数据 1 课时 4 实践活动 4 ：数据分析 （1）数据分析之比大小 （2）数据分析之算平均 （3）数据分析之看结构 （4）项目数据分析 通过对比南水北调中线各地区水资源现状及同一地 区近十年水资源情况，深入理解南水北调的意义，体 会数据分析辅助决策的过程 通过编程计算南水北调中线工程各地区近十年水资 源总量的平均值，了解该地区的总体水资源情况，提 高利用程序解决问题的能力 通过计算南水北调中线某地区各类水资源的占比以 及各类用水的占比，了解该地区水资源构成，指导节 水实施策略的制定 利用所学分析本组的项目数据，并填写数据分析结果 2 课时 5 实践活动 5 ：数据可视化 （1）数据可视化之 Excel 图表 （2）数据可视化之编程 制作图表 （3）数据可视化之词云 （4）项目数据可视化 问题不同，需求不同，所需图表的呈现形式不同， 利用 Excel 软件为不同分析目的的数据选择恰当的图 表类型，使数据可视化 编写程序制作图表，将数据可视化 编写程序制作词云，将数据可视化 利用所学，选择合适的数据可视化方法，将本组项 目的数据进行可视化 2 课时 6 实践活动6：数据分析报告 明确数据分析报告的结构及内容组成 撰写数据分析报告 展示与交流 2 课时   第一部分  信息技术   单元教学设计 3  数据处理与应用　 027 << 七、课时设计举例 （一）课时 1  数据分析 1. 课时目标 通过项目研究，感受数据分析对日常生活的影响。（信息意识） 掌握常用的数据分析方法，能根据需要选择软件工具或 Python 语言编程对项目 数据进行恰当的分析。（数字化学习、计算思维） 通过项目深入研究，理解南水北调工程的现实意义，提高合理用水、节约用水 的意识。（信息社会责任） 2. 课时重难点 重点：掌握数据分析的方法。 难点：根据需求选择合适的数据分析及可视化方法，并从中挖掘有意义的社会 价值。 3. 课时活动设计 课时活动设计如表 1-8 所示。 表 1-8  课时 1活动设计表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 展示学生收集的数据，肯定学生前期的工作 并提出问题引入新课 学生收集了许多关于南水北调中线工程建设 的相关数据，请思考以下几个问题 （1）南水北调中线工程建设的意义是什么 （2）南水北调中线各地区水资源总量如何 （3）南水北调中线各地区的水资源及用水情 况如何 （4）如何从如此繁多的数据中挖掘潜在的价 值，引入数据分析课题 观看、思考 联系上节课内容， 利用学生收集的数 据进行数据分析， 在完成本节课任务 的同时帮学生进一 步完成项目，激发 学生的参与热情 新课讲解 教师讲解数据分析的作用 数据分析可以让人们了解事物的现状，剖析 其发展历程和预测未来走向 可以用什么方法进行数据分析 看教材、听 讲解、回答问 题 强调数据分析的 作用，引出数据分 析的方法 >> 028 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 体验探究 1： 对比分析法 实践活动 1 ：数据分析之比大小 （1）南水北调中线所经地区中哪个地区的水 资源最匮乏，哪里最丰富 （2）河北省各类水资源相较十年前有什么变化 解决以上两个问题可以用对比分析法（也叫 作比较分析法），就是将两个或以上数据进行比 较，分析它们的差异，找出这些数据所反映的 事物规律 对比分析法分为横向和纵向对比两大类。任 务完成量与目标量的对比，部门之间、地区之 间的对比是横向对比，而不同时期的比较为纵 向对比。以上两个问题属于哪类呢 通过以上分析，请学生思考南水北调中线建 设的意义及对沿线地区的影响 对比分析法还可以应用到哪些方面 拓展 ：请学生登录国家统计局网站，体验利 用在线数据分析平台分析全国供水情况 完成实践活 动、思考分析、 小组讨论、回 答问题 通过对实践活动 中两个问题的解决， 引导学生利用对比 分析法对数据进行 比较，并深入挖掘 数据潜在含义 体验探究 2： 平均分析法 实践活动 2 ：数据分析之算平均 南水北调中线工程各地区水资源情况如何 最能体现某一地区水资源情况的是该地区近 几年的水资源平均值，可以采用平均分析法。 平均分析法是运用计算平均数的方法来反映总 体在一定时间、地点等条件下某一数量特征的 一般水平 编程计算南水北调中线工程各地区近十年水 资源总量的平均值 引导学生完成下列分析及操作 【分析问题】 已知条件、求解目标、已知与未知的关系 【规划问题求解流程】 导入库—读入文件数据—统计水资源总量平 均值—生成数据表—将结果写入 CSV 文件 【编程调试】 参考《数据与计算》第 111 页 【保存文件，运行程序】 思考问题 ： （1）南水北调中线各地区水资源的情况如何 （2）本组收集的数据中哪些还需要用到平均 分析法进行分析 和教师一起 完成问题的分 析过程 小组合作完 成 实 践 操 作， 并思考回答后 续问题 采用项目中的具 体实例引导学生完 成数据分析，让学 生在联系实际、完 成项目的同时掌握 此分析方法   第一部分  信息技术   单元教学设计 3  数据处理与应用　 029 << 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 体验探究 3： 结构分析法 实践活动 3 ：数据分析之看结构 河北省水资源主要有哪些类型，其占比情况 如何？河北省的用水情况又如何 请学生打开素材库中的河北省水资源及用水 统计表，利用 Excel 软件完成以下计算及分析 ： 各类水资源占总水资源的比例 ；各种用水占总 用水量的比例 根据以上分析思考以下问题 ： （1）河北省各类水资源占比的趋势如何 （2）河北省的节水措施涉及哪些方面，该如何 制定 （3）以上分析方法是什么方法 师生共同总结此方法为结构分析法，也被称为 构成分析法，即将各个部分与总体进行对比，是分 析事物内部的结构和部分与整体之间关系的方法 请学生思考，此分析方法还适用于哪些问题 的分析 利用已有知 识完成任务 明确结构分 析法的含义 思考并回答 问题 联 系 实 际， 举一反三 学生已经对电子 表格软件比较熟悉， 完全有能力完成结 构分析的任务，但 并不知道这种方法 就是结构分析法。 明确分析方法的含 义让学生更有成就 感。联系实际，举 一反三，让学生更 深刻地理解结构分 析法的应用 合作探究 项目活动 实践活动 4 ：项目数据分析 请学生利用以上数据分析方法，参照本组项 目调查的方向，对采集到的数据进行深入分析， 思考并小组讨论数据分析结果中蕴含的价值 完成学案中数据分析结果的填写 小组合作完 成数据的合理 化分析，并讨 论总结出数据 分析背后的内 涵及价值 学以致用，推进 项目 交流展示 各小组组长展示本组项目数据分析的方法和 数据分析结果带来的社会价值 小组之间互评，指出优点，并对其缺点提出 修改意见 各小组根据评价结果完善自己的作品 教师总评 观看、交流、 评 价、 记 录、 修改、完善 展示交流能够让 学生在完成项目讲解 的同时梳理知识的重 点，组间互评能够让 学生取长补短，弥补 自身的不足。 总结归纳 师生共同总结归纳本节知识点 ：数据分析的 作用 ；数据分析的方法—对比分析法、平均分 析法、结构分析法 ；数据分析的工具—电子表 格软件、编程工具、在线数据分析平台 强调根据不同的需求选择合适的方法及工具 归 纳 总 结， 记录本节重点 通过归纳总结学 生可以明确本节课 的重点内容，系统 掌握知识 （二）课时2  数据可视化 1. 课时目标 了解数据可视化的形式，能选用软件或 Python 语言编程对数据进行可视化表达 >> 030 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 与呈现。（数字化学习、计算思维） 通过项目研究，感受数据可视化表达对日常生活的影响。（信息意识） 能从可视化后的数据图中挖掘数据分析的社会价值、指导决策制定的重大意义。 （信息社会责任） 2. 课时重难点 重点：掌握数据可视化的方法。 难点：根据需求选择合适的数据可视化方法，并从中挖掘有意义的社会价值。 3. 课时活动设计 课时活动设计如表 1-9 所示。 表 1-9  课时 2活动设计表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 对比展示几份数据表和由数据表可视化后 的图表，请学生指出哪种表现形式能够更清 晰更直观地揭示事物发展的规律 再对比展示一份报告和由此报告生成的词云 图片，请学生指出哪个更能一眼看出主要内容 引出新课—数据可视化 观看、思考 对比展示，让学生能 够清晰地明确本节课的 意义所在，激发学生的 制作热情 新课讲解， 认识数据可 视化 数据可视化以图形、图像和动画等方式直观 地呈现数据及数据分析结果，揭示数据之间的 关系、趋势和规律等，便于人们更好地理解数 据。常见的数据可视化形式有图表、词云等 看教材、听 讲解 让学生理解可视化的 概念及意义，了解可视 化的主要形式 合作探究 ： Excel 制作  图表 实践活动 1 ：数据可视化之 Excel 制作图表 小组合作探究，完成图表的制作 问题不同，需求不同，所需图表的呈现形 式不同，请各小组分析讨论并确定以下问题 分别适合的图表类型，并分工将问题中的数 据进行可视化表达 可供选择的图表类型 ：折线图、柱形图、 饼图、散点图和雷达图 数据文件（nsbd.xls）已发送至学生电脑 （1）  河北省水资源总量近十年的变化（sheet1） （2）南水北调中线工程各地区水资源总量 （sheet2） （3）各种用水占总用水量的比例（sheet3） （4）南水北调中线工程各地区去年降水分 布情况（sheet4） （5）河北省各类水资源近十年的变化对比 情况（sheet5） 请一个小组展示制作结果，师生共同评价， 明确不同图表类型的适合场合 小组讨论、 合作完成实 践活动 展示、交流、 评价 学生已经对 Excel 的 操作比较熟悉，但根据 实际问题选择合适的图 表还需要商榷，采用小 组讨论确定图表类型的 方法，会使活动更顺利 地开展 让学生体验运用已有 知识解决问题能够达到 学以致用的目的，能够 提高学生的学习兴趣 展示交流环节能够让 学生进一步明白各种图 表类型的适用情况   第一部分  信息技术   单元教学设计 3  数据处理与应用　 031 << 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 难度提升 ： 编程制作  图表 实践活动 2 ：数据可视化之编程制作图表 使用 Python 语言制作简易图表 ：请学生 参考《数据与计算》第 117 页程序，尝试编 写程序制作简易折线图表和散点图表（数据 素材 ：nsbd.xls 文件中的 sheet1） 图表的美化（添加图表标题、坐标轴等） 解决实际问题 编写程序，用图表可视化呈现南水北调中 线工程各地区水资源总量数据 数据文件 nsbd.csv 已发送至学生电脑 【分析问题】 已知条件、求解目标、已知与未知的关系 【规划问题求解流程】 导入库—读入文件数据—绘制图表—设置 图表标题和横、纵坐标轴—显示图表 【编程调试】 参考《数据与计算》第 118 页 【保存文件，运行程序】 自主阅读 教材，完成 简易图表的 制作 在教师的 引导下添加 图表标题及 坐标轴说明 文字等信息 分析并解 决实际问题， 编程制作柱 形图表 通过前面的学习，学 生已经基本掌握了Python 程序设计语言的相关知 识，有利用 Python 语言 设计程序解决问题的经 历，所以本次先让学生 自主探索使用 Python 语 言制作简易图表，进而 完善图表信息，达到独 立解决问题的水平，再 抛出实际问题供学生解 决，掌握编程制作图表 的方法 体验探究 ： 编程制作词 云图片 实践活动 3 ：数据可视化之词云 词云是目前常用的关键词可视化形式，它 能直接抽取文本中的关键词，并将其按照一 定顺序和规律整齐美观地呈现在屏幕上。可 以帮助人们快速地了解文本的内容和特征等 信息 请学生参考《数据与计算》第 121 页例 3， 为本组的数据分析结果编写程序，制作词云 图片。填写学案中的词云制作报告，报告主 要包含以下内容 ：文件名称、文件内容简介 （50 字以内）、分析问题、已知条件、求解 目标、求解流程、程序内容 看教材，编 写程序完成 活动，填写 报告 学生有程序设计基础， 所以要求学生参考教材 示例完成词云制作活 动，学会编写 Python 程 序制作词云 学生在数据分析完成 后，将分析结果文件作 为词云制作的对象，能 够在推进项目的同时更 深刻地体会词云可视化 的效果和作用，培养数 字化学习和创新的能力 合作探究 项目活动 实践活动 4 ：项目数据可视化 请学生利用以上数据可视化方法，在本组 数据分析的基础上讨论并选择合适的数据可 视化形式 小组合作 完成本组项 目数据的可 视化 选择合适的方法对 项目数据进行可视化制 作，不仅可以让学生学 以致用、推进项目，还 可以培养学生的计算思 维，提高数字化学习与 创新的能力 交流展示 各小组组长展示本组项目数据可视化的结 果，并讲解选择这种可视化形式的原因、制 作过程及可视化的价值 小组之间进行互评，指出优点，并对其缺 点提出修改意见 各小组根据评价结果完善自己的作品 教师总评 观 看、 交 流、评价、记 录、修改、完 善 展示交流能够让学生 在完成项目讲解的同时 梳理知识的重点，组间 互评能够让学生取长补 短，不断完善自我 >> 032 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 总结归纳 师生共同总结归纳本节知识点 数据可视化是呈现数据及数据分析结果，揭 示数据之间的关系、趋势和规律的重要手段 可视化的形式多种多样，学生学习了图表 和词云两种可视化形式，分别利用电子表格 软件和编写程序制作了图表，通过编程实现 了词云的制作。不同的可视化形式适用不同 的需求，学生要根据需要选用合适的可视化 形式和实现方法 归纳总结， 明确重点 通过归纳总结，学生 更清晰系统地认识数据 可视化的形式及制作工 具，梳理明确本节课的 重点内容，系统掌握知 识。培养学生的计算思 维和信息社会责任 （三）课时3  数据分析报告 1. 课时目标 了解数据分析报告的构成及数据分析报告的作用。（信息意识） 掌握数据分析报告的撰写方法，选择合适的数字化工具完成数据分析报告。（数 字化学习与创新） 提高处理与应用数据的能力，体会数据应用的重要作用。（信息意识、信息社会 责任） 2. 课时重难点 重点：了解数据分析报告的结构及内容组成，理解数据分析报告的作用。 难点：选择合适的数字化工具撰写数据报告。 3. 课时活动设计 课时活动设计如表 1-10 所示。 表 1-10  课时 3活动设计表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 情境导入 展示各组前期的工作成果，肯定学生的付出。 每个小组能看出其他组进行这些数据分析的目 的和意义是什么吗？小组又怎样向其他组系统 地展示本组的调查结果，将有价值的信息传递 给他人呢？引出课题—数据分析报告 数据分析报告是对整个数据处理过程的总结 与展示，它将分析结果、可行性建议及其他有 价值的信息传递给使用者，能为决策提供参考 观看、思考 通过展示学生零散 的数据分析和可视化 的成果，请学生思考 信息传递的需求，顺 理成章地引出课题， 使学生初步认识数据 分析报告的意义   第一部分  信息技术   单元教学设计 3  数据处理与应用　 033 << 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 新课讲解 ： 初识数据 分析报告 展示优秀的数据分析报告，请学生观看并思 考以下问题 （1）这些报告大体分为哪三部分 （2）每一部分又包含哪些内容 教师明确数据分析报告的基本结构及组成， 讲解撰写时每一部分应当注意的事项 数据分析报告一般包括开篇、正文和结尾三 部分 （1）开篇包括以下内容 标题页 ：标题、作者、报告日期 目录 ：各部分所在的页码 前言 ：分析的背景、目的及思路 （2）正文是报告的主体，包含所有数据分析 事实和观点，系统展示数据分析的过程和结果 （3）结尾包括以下内容 结论 ：根据数据分析结果得出的总结 建议 ：具体的建议或解决方案 附录 ：对全文的补充 请学生进一步思考 ： （1）这些报告都是用什么数字化工具制作的 （2）如果向上一级领导递交数据分析报告， 应该选择什么数字化工具撰写报告 （3）如果向领导或同行现场展示调查结果， 应该选择什么数字化工具撰写报告 强调针对不同的受众要选择不同的数字化工 具撰写报告 观看、思考、 回答 通过对优秀报告的 观察对比，使学生对 数据分析报告的构成 有一个感性的认识 教师的讲解让学生 更清晰地认识到数据 分析报告包含的要素 及内容 随着问题的深入， 学生开始思考如何制 作，激起学生制作数 据分析报告的欲望 引导学生选择合适 的数字化工具，培养 学生数字化学习与创 新的能力 合作探究 ： 撰写数据 分析报告 实践活动 1 ：撰写数据分析报告 请各小组确定数据分析报告的受众，选择合 适的数字化工具，参考学案中不同版本的数据 分析报告模板及最终展示要点，完成本组项目 的数据分析报告 教师出示并强调最终展示要点 ：①数据分析 报告的受众；②撰写数据分析报告选择的软件； ③数据分析报告的标题 ；④数据分析的背景、 目的及思路；⑤数据分析的过程及结果（采集、 处理、可视化）；⑥数据分析的结论 ；⑦合理 化建议或解决方案 ；⑧参考文献及信息来源 ； ⑨本组成员的贡献 小 组 讨 论， 合作完成实践 活动 学生运用自己比较 熟悉的文字编辑软件 或 PPT 制 作 软 件 完 成数据分析报告的撰 写，排除了软件使用 上的困难，同时将自 己所学应用到问题的 解决上，提高了学习 信息技术的热情，培 养了数字化学习与创 新的能力 提前告知学生展示 要点，使学生在撰写 报告时更有方向感， 更具体可操作 >> 034 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 交流展示 与评价 请各小组派出代表展示本组成果，注意展示 要点 小组之间互评，指出优点，找出缺点并提出 合理化建议 评价要点 ：①撰写数据分析报告所选择的软 件是否符合受众的需求 ；②数据分析报告的要 件是否齐全 ；③数据分析结果是否明确 ；④数 据分析结论是否恰当 ；⑤报告提出的建议、解 决方案是否得当 ；⑥小组成员是否都积极参与 教师总评 请各小组根据评价和建议完善自己的作品 展 示 交 流、 积极评价、认 真记录、修正 完善本组作品 最终成果的交流展 示让学生成就感满满 各组之间的交流评 价，让学生能够取长 补短，进一步提升自 我 八、反思提升 本单元以南水北调中线工程小调查为项目主题，各小组在这一大主题的引领下 确定本组的调查目标，选择本组的调查方向，并分工合作有目的地完成数据的采集、 分析及可视化表达，最终以报告的形式展示出来。这种以项目为主线，以任务为驱 动，环环相扣的教学设计能够让学生有一条学习主线，在逐一解决问题的同时掌握 相关知识技能，体验数据处理和应用的作用及价值，体会信息技术对现代社会的 影响。 教学中所有的活动设计都围绕项目主题，对学生完成项目提供了方向指引及方 法指导，每个小组都能够提交最终的数据分析报告，从教学实践和报告中可以看出 学生基本掌握了本单元的知识技能，达成了本单元的教学目标。 在教学实践中发现个别学生存在偷懒的情况，在小组活动中不够积极，贡献较 小，部分原因是小组在项目设计的分工上存在漏洞，分工不够明晰，学生存在吃大 锅饭的侥幸心理。 一个项目的实施，重点在策划，在以后的教学实施中，要更关注项目策划环节， 关注每一个小组的项目计划书目标是否明确，方法是否可行，分工是否明晰，这样 有利于后期的项目实施及课堂活动的开展。如果时间充足，可以在课堂中设计更加 丰富的活动环节及评价环节。