1.3 数据科学与大数据课件-2025-2026学年人教/中图版高中信息技术必修一

该高中信息技术课件聚焦数据科学与大数据，涵盖数据科学兴起、大数据特征（Volume、Velocity等）、应用及社会影响，通过“21世纪最重要资源”互动提问、百度地图查拥堵指数、观看引力波视频等导入，以“兴起-特征-应用-影响”逻辑构建知识支架。 其亮点是实践探究丰富，如对比游泳与滑雪的大数据分析、检索关键词对比，培养数字化学习与创新；讨论数据安全、大数据“杀熟”，强化信息社会责任；数据存储计算等任务渗透计算思维。采用项目式学习，学生主动探究提升能力，教师可借实例增强教学实效。

点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 1.3 数据科学与大数据 必修一 数据与计算 自主探究（体验大数据） 要求： 打开百度地图智慧交通，网址：http://jiaotong.baidu.com/top/。查看全国道路实时拥堵指数和自己所在城市一天的拥堵指数。 小组代表分享探究结论 教师打开“百度地图智慧交通”网站，展示网站的使用方法，组织学生使用网站查看全国道路实时拥堵指数和自己所在城市的一天拥堵指数。 +【选人】分享探究结论。 4 思考 1、试分析自己所在城市一天拥堵指数有何变化？从中有何发现？ 2、“智慧交通”地图中的数据是如何获取的？数据量会有多大？是说明大数据与传统意义上数据的区别？ 1.数据科学的兴起 互联网、智能终端和行业信息化的快速发展推动了社会数据量的迅速增长。海量数据引发了人们对数据研究思路和方法的转变与飞跃，数据科学成了一个新兴的研究领域。 1.数据科学的兴起 人类认识世界的方式多种多样，人们可以通过观察、感知的方式分析自然现象，寻求其中的发展规律；可以通过实验探究的方式研究问题，对问题假设进行验证和判定；如今数据科学为人们提供了认识事物的新方法。 计算工具的革新推动了数据科学的发展 3 4 第三代计算机一般为每秒数百万次至数千万次 第四代计算机每秒可达上亿次 我国“神威·太湖之光”峰值运算速度达到了每秒12.54亿亿次，并行规模超千万核，是划时代的新型超级计算机。 1 2 第一代计算机算力：每秒数千次至数万次 第二代计算机每秒数十万次，可高达300万次 第 页 数据量的增长推动了数据科学的发展 3 4 5 6 7 图像、图形 视频 网络日志 点击流量 传感器采集的声、光、温度等数据 1 2 数字 文本 第 页 数据科学的兴起 案例2 案例3 案例4 教师阐述数据科学兴起 9 1. 人类认识世界的方式变化 2. 计算机技术的革新提升了人类处理数据的能力 3. 物联网传感器、智能终端、开源硬件的广泛应用，产生和传播着大量的数据。 自主探究（寻找不可解问题） 教师播放视频“广义相对论的世界观＆证明引力波是如何被测量”，组织学生搜索资料，讨论如何利用数据分析来寻找不可解问题的方法与实例。 +【视频】插入视频《广义相对论的世界观＆证明引力波是如何被测量》 10 观看视频《广义相对论的世界观＆证明引力波是如何被测量》 搜索资料 小组交流讨论 寻找不可解问题 分享交流 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 主要内容 大数据特征 大数据技术 大数据应用 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 大数据的概念 某地交通密集路口发生了一起严重的交通事故，交警调取了这起事故的视频画面，但有效的视频画面仅仅有十几秒钟。 第 页 16 道路监控摄像头24小时不间断地记录着视频数据，根据第3节中图像数据的计算公式，引入帧频参数进行计算，对于1个720p(1280×720像素、24位色)的高清摄像头，按25FPS拍摄，可以计算出每秒的数据量，乘以86400秒就是1天的数据量。若按200: 1的压缩比进行存储，大致可以估算出1个720p高清摄像头1天产生的数据量。 位图图像（BMP）存储空间的计算机公式： 存储容量=总像素X颜色位深度（单位：bit）总像素=水平像素X垂直像素 存储容量=每张图片的大小X频率X时间（单位：bit） 视频存储空间的计算机公式： 大数据的概念 第 页 一天（86400秒）：1280*720*24*25*86400/(8*1024*1024*1024*1024)≈5.4TB 1分钟（60秒）：1280*720*24*25*60/(8*1024*1024*1024*)≈3.86GB 60÷86400=1/1440 17 继移动互联网、云计算之后，大数据正在引发信息科技产业新的变革，并已经开始对社会的组织结构、国家治理模式、企业决策架构以及个人生活方式产生深刻影响。 早在几十年前，在“信息爆炸”“知识爆炸”的表述中，就已经对数据的大规模增长有所认识。20 世纪90年代末，随着数据处理技术的发展，“大数据”的概念首次由美国硅图公司(SGI)的一位科学家正式提出。2016年，数据科学家将大数据正式定义为：大数据代表着信息量大、速度快、种类繁多的信息资产，需要特定的技术和分析方法将其转化为价值。也就是说，大数据之“大”，不仅指规模、速度和种类的特征，还意味着它超出以往常用的数据采集、组织、管理和加工等软件的处理能力，要求新型集成技术从多元、复杂和巨量规模的数据集里洞察规律。 大数据的概念 第 页 18 大数据的概念 大数据是具有数量巨大、类型多样、处理时效短、数据源可靠性保证度低等综合属性的海量数据集合。 大数据的概念： 19 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 大数据的特征 一个有意思的比喻：大数据海洋 A.海洋中水的量非常大； B.海水是多样的，太平洋的海水和大西洋的海水是有区别的，不同地方海水里面蕴含的物质、生活的物种都有不同； C.海洋为全人类带来的好处太多了，人们利用海洋，开发海洋中无穷的价值； D.速度快，有两个层面的意思，一是海水流动快，二是随着技术的提升，我们对海水的利用也加快了速度（看看快艇、游轮的发展）。 PS：第4个V的比喻有点牵强，但不影响发挥哈，他们说脸皮要厚… 第 页 21 1.5.2大数据的特征 大数据通常指100 TB（ 1TB=1024 GB ）规模以上的数据量，数据量大是大数据的基本属性。根据国际数据资讯（IDC）公司监测，全球数据量大约每两年就翻一番，预计到2020年，全球将拥有35 ZB 的数据，并且85%以上的数据以非结构化或半结构化的形式存在。 一、数据体量大（Volume） K 1KB = 1024 Byte M（兆）字节 1MB = 1024 KB G（吉）字节 1GB = 1024 MB T（太）字节 1TB = 1024 GB P（拍）字节 1PB = 1024 TB E（艾）字节 1EB = 1024 PB Z（泽）字节 1ZB = 1024 EB Y（尧）字节 1YB = 1024 ZB …… 大数据的特征 第 页 22 大数据的特征 23 一、数据体量大（Volume） IDC全球数据使用情况及预测 之所以产生如巨大的数据原因有三点： 1. 由于互联网络的广泛应用，使用网络的用户、企业、机构增多，数据获取、分享变得相对容易。用户可通过网络非常方便的获取数据，通过有意的分享和无意的点击、浏览可快速的提供大量的数据； 2. 随着各种传感器数据获取能力的大幅度提高，使得人们获取的数据越来越接近原始事物本身，描述同一事物的数据激增； 3. 由于集成电路的价格降低，使得很多东西都保存了下来。 大数据的特征 第 页 24 二、速度快(Velocity) 1. 数据产生的速度快。新时代人们从信息的被动接受者变成了主动创造者。数据从生成到消耗，时间窗口非常小，可用于生成决策的时间非常短。 大数据的特征 第 页 25 二、速度快(Velocity) 2. 数据处理的速度快。大数据对处理速度有非常严格的要求，服务器中大量的资源都用于处理和计算数据，很多平台都需要做到实时分析。数据无时无刻不在产生，谁的数据处理速度更快，谁就有优势。 大数据的特征 第 页 在信息社会中，数据往往实时变化，数据的价值也会随着时间的推移而变化，只有高效率的数据处理技术才能充分发挥数据的价值，例如，通过气象卫星等设备采集到的数据，只有及时处理才能满足天气预报的需求。 26 三、数据类型多（Variety ) 数据种类繁多、复杂多变是大数据的重要特性。随着传感器种类的增多及智能设备、社交网络等的流行，数据种类也变得更加复杂，其包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据。其中，10%是结构化数据，存储在数据库中；90%是非结构化数据，与人类信息密切相关。 大数据的特征 第 页 数据的数据来源多，既有人工产生的，如人们日常使用智能手机，短信、微信、视频、语音、电子邮件等会产生各种数据; 也有机器自动产生的，如各种传感器在生产监测、环境监测、交通监测、安防监测等过程中也会产生大量数据。 正因为大数据来自多种数据源，其数据种类和格式不可能保持-致， 各种结构化、半结构化和非结构化数据共存是大数据的普遍现象。 27 This is a subtitle for your presentation 也称作行数据，是由二维表结构来进行逻辑表达和实现的数据。 比如财务系统、学生成绩管理系统、校园一卡通 01 数据 结构化数据 02 非结构化数据 是数据结构不规则或不完整，没有预定义的数据模型，是不方便用数据库维逻辑表来表现的数据。包括各类格式的办公文档、文本、图片、网页、音频、视频等。 This is a subtitle for your presentation 数据 03 半结构化数据 介于结构化数据和非结构化数据之间的数据，具有一定的结构性。 比如存储学生的简历。不像学生基本信息那样一致每个学生的简历大不相同。有的学生简历很简单，有的学生的简历却很复杂。 This is a subtitle for your presentation 数据 四、价值密度低(Value) 大数据蕴含着巨大的价值，但因其数据量庞大，可能发挥价值的仅是其中非常小的部分，价值密度相对较低。 以当前广泛应用的监控视频为例，在连续不，间断的监控过程中，大量的视频数据被存储下来，其中有许多冗余数据。比如某起交通事故的视频画面，有效的部分可能仅仅只需要几秒钟，大量不相关的视频信息会增加获取有效数据的难度。价值密度的高低与数据总量的大小成反比，“提纯”大数据，让其发挥更大的价值，是人们一直在努力的目标。 大数据的特征 第 页 31 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 大数据特征 4V 特征 巨量性 数据量巨大。一旦拥有了事物全部或几乎全部的数据，就在一定程度上提高了数据对事件描述的完整性，这使大数据应用中的全样本分析成为可能 迅变性 数据生成速度快，而且要求在短时间内处理完毕 价值性 价值性不仅指产生价值，更是指大数据所创造的价值密度相对偏低，庞大数据量中可能产生价值的只有其中非常小的部分 多样性 数据种类繁多，大数据包括传统的关系数据，还包含网页，搜索索引，图像，音视频和地理位置等数据 采集 预处理 存储与管理 分析与挖掘 可视化 大数据技术 能将分析或挖掘出来的数据直观的，形象地呈现，为人们的社会活动提供依据，提高各个领域的运行效率，以发挥出更大的效益 大数据预处理技术 大数据分析与挖掘技术能从大规模巨大的数据中，分析并提取出有潜在价值的信息 大数据分析与挖掘技术 大数据采集技术通过物联传感，社交网络等方式获取各种类型海量数据 大数据采集技术 大数据预处理技术不仅能提高数据质量，降低数据计算的复杂度，还能降低数据规模，提升数据处理的准确性 大数据可视化与应用 大数据存储和管理技术能通过相应的数据中心把采集到数据存储起来，并进行管理和调用 大数据存储和管理技术 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 大数据技术 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 添加文本 点击添加文本 大数据的应用 大数据可用在社交媒体领域 日常使用的微信、QQ、新浪微博、今日头条等社交媒体都可以看到我们之前在电商网站浏览过的商品广告，这也是密切联系我们日常生活的大数据应用之一。 通过电商产品的浏览数据分析，可以看出用户的爱好特征消费情况动态特征等等各种行为，从而更加了解用户更加的懂用户的需求。对于对用户推送的商品信息更加精准，同时能做到更加精准的数字运营。 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 添加文本 大数据可用于电子商务领域 我们在购物网站上消费一次，其实就相当于更新了一次消费的购物需求。详细的购物信息品牌、商标、尺码、类型等等数据信息上传至服务器，使用同一个账号登录时，类似品牌的互补产品就及时推送到手机屏幕上，方便满足购物需求，还能扩大产品销量。 大数据的应用 当你访问一些新闻平台或者购物网站时，平台会主动推荐一些你感兴趣的内容。 搜索记录 浏览记录 购买记录 其他数据 你可能喜欢…… 智能推荐 大数据的应用 36 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 添加文本 大数据可用于公共交通领域 生活中常用的地图导航软件，通过收集整合分析处理一系列同一时间段的地理位置、行车时速、车辆数量等信息，及时预测每一条路段的车流量，通过大数据引导驾驶人员在该通道上的行驶情况，保证交通顺畅，缓解交通拥堵。 大数据的应用 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 添加文本 大数据可用于公共交通领域 生活中常用的地图导航软件，通过收集整合分析处理一系列同一时间段的地理位置、行车时速、车辆数量等信息，及时预测每一条路段的车流量，通过大数据引导驾驶人员在该通道上的行驶情况，保证交通顺畅，缓解交通拥堵。 大数据的应用 智能交通 通过视频监控、卫星遥测、运营商运营状况等方面的数据对人群密集区域进行有效感知监控，测算所需要的运力，从而对公交车和出租车进行合理调度。 公众出行与运营车辆调度平台 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 大数据的应用 计算机通过对以往大量病人的症状、治疗方案、治疗效果等数据的分析，给出相同病症的治疗方案供医生参考。 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 大数据的应用 为人工智能技术发展提供数据支持 人工智能围棋Alpha Zero能力超群，是因为它背后有上百万甚至上千万盘对弈数据作为判断支撑。 图像识别领域，ImageNet项目中包含有1400多万张标注图片。 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 大数据的应用 你还知道哪些大数据的应用呢？请课后填写在“课后练习”的文档中，并与同学进行交流。 请思考： 大数据的应用 42 游泳和滑雪是很多人非常喜欢的运动项目，大家很想了解关于这两项运动的信息。 你认为，这两项运动，哪个更受大众的喜爱？喜欢这两项运动的人，与年龄、性别有关系吗？关于这两项运动，人们通常会在什么时间进行搜索？会搜索哪些具体内容？ 实践探究 大数据的应用 43 搜索框中输入“游泳” 单击“开始探索”按钮 44 向左拖动滑块 45 单击“添加对比”按钮 46 输入 “滑雪”后单击确定按钮 47 选定“需求图谱”选项 48 49 50 51 从下图的数据中，你可以得到什么结论？ 请思考： 52 请在以下两个任务中选择一个，使用大数据平台进行实践探究活动。 实践探究 53 任务1： 下面几个关键词都是信息技术领域近几年的“热词”，请使用大数据平台进行检索与对比，看看关注哪个词语的人更多一些？并对结果进行分析。（也可以根据需要，自己添加一些词汇。） 关键词 搜索指数最高值 搜索指数最高值出现的日期 大数据 云计算 物联网 人工智能 54 任务2： 请挑选几个你感兴趣的关键词，使用大数据平台进行检索。对检索结果进行分析后，你发现了什么？ 关键词 搜索指数最高值 搜索指数最高值出现的日期 55 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 共享单车 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 共享单车 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 内部过程 大数据对社会的影响 大数据已渗透到各行各业，成为重要的生产因素。作为全球网民数量最多的国家、重要的电子信息产品生产基地和最具成长性的信息消费市场，中国已经成为重要的大数据资源集聚地和大数据应用市场，大数据产业快速发展，产业链加速形成，大数据正在对经济社会发展发挥着越来越重要的作用。 第 页 59 （1）大数据已经渗入到社会的各个层面，不断提高工作效率与生活便利性。 大数据对社会的影响 第 页 60 （1）大数据已经渗入到社会的各个层面，不断提高工作效率与生活便利性。 大数据对社会的影响 第 页 61 （2）大数据让决策更加精准 抗疫期间每日更新的疫情地图 大数据对社会的影响 第 页 62 （3）大数据带来新的就业机会 互联网的快速发展和大数据的广泛应用，不仅催生各种新型产业形态，也使就业渠道变得更加多元化。 2020年10月19日，智联招聘发布的《2020雇佣关系趋势报告——新格局下的新就业形态》显示，雇佣行为正趋向短期、项目制，企业采用“共享员工”“直播平台”等新型方式推动灵活就业，灵活化办公吸引力大，智能化渗入考核机制。 大数据对社会的影响 第 页 63 （4）大数据带来新的社会问题 大数据对社会的影响 第 页 64 （4）大数据带来新的社会问题 大数据“杀熟” 近日，文化和旅游部公布《在线旅游经营服务管理暂行规定》，规定在线旅游经营者不得滥用大数据分析等技术手段，侵犯旅游者合法权益。也就是，明令禁止大数据“杀熟”。 同一个酒店房型，新客和老客看到的价格不一；同一张飞机票，浏览几分钟后涨价……这些童叟有别、瞬间跳价的案例，公众早就受够了，也迫切希望能够引起重视，进行规范治理。 大数据对社会的影响 第 页 65 （4）大数据带来新的社会问题 用户画像与应用大数据技术对客户分类密切相关，是单个客户的众多属性标签的累积；另一方面，在运营商涉足的消费金融领域，对手机用户所进行的个人信用评价，是对手机用户画像中的诸多特征实施再组合与分类的应用过程。 大数据对社会的影响 第 页 66 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 信息安全 在线购物时，平台会获取用户姓名、电话、住址等信息，还会根据浏览、购买记录分析出用户的性别、年龄、喜好等，一旦泄露，就会产生极大风险。 手机中很多应用软件可能会读取通讯录、相册、位置等数据，在使用时需要加强安全意识。 数据安全 68 69 通过“应用权限”窗口，查看手机中的应用软件都要求了哪些权限，如读取位置信息、操控摄像头、读写通讯录等。拒绝你认为不合适的权限申请，然后试试能否正常使用相关软件，并与周围同学就此展开讨论。 实践探究 70 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 课堂练习 1.随着对大数据研究的不断深入，下列属于大数据特征的是______。 ①真实性 ②多样性 ③巨量性 ④迅变性 A. ①②④ B. ①②③ C. ①②③④ D. ②③④   2.购物网站会根据客户的购买记录、浏览记录和消费能力等等数据进行统计分析，从而推荐相应的商品给客户，引导消费。这主要利用了______技术。 A. 多媒体 B. 无线网络 C. 语音识别 D. 大数据   3.大数据与传统意义上的数据的区别主要体现在______。 A. 数据量巨大 B. 数据多样化 C. 数据非结构化 D. 以上都是   4.电力企业通过对各个地区工业电量消耗情况进行分析，为地区经济发展决策提供依据。这主要利用了______技术。 A. 多媒体 B. 大数据 C. 语音识别 D. 无线网络   5.某电商通过分析某些地区快递包裹接收的数量和商品种类，从而预测这些地区未来的消费潜力。这主要利用了______技术。 多媒体 B. 人脸识别 C. 大数据 D. 无线网络 C D D B C 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 点击添加文本 练习提升 6.下列关于大数据特点的说法中，错误的是______。 A. 数据规模大 B. 数据类型多样 C. 数据处理速度快 D. 数据价值密度高 7.下列关于大数据的说法中，错误的是______。 A.大数据的多样性是指数据种类繁多，既有传统的关系型数据，还包括网页、搜索索引、图像音视频和地理位置等数据 B. "大数据"与"传统数据"只是在规模上存在不同，在采集方式和分析方法上是相同的 C. 大数据技术指对采集来的巨量数据资源进行提取、存储、分析和表达的技术 D. 大数据预处理技术能够提高数据质量、降低数据计算的复杂度 8.大数据处理的一般过程是______。 A. 采集--统计--清洗--挖掘 B. 采集--清洗--统计--挖掘 C. 采集--挖掘--清洗--统计 D. 采集--清洗--挖掘--统计 D B B Lavf57.41.100 高中信息技术 Lavf57.41.100 $