1.1.5 信息技术推动科技进步教学设计2026-2027学年高一下学期人教/中图版高中息技术必修2

1.1.5 信息技术推动科技进步 教学设计 教材版本：人教-中图版（2019）高中信息技术必修2《信息系统与社会》 课时安排：1课时（45分钟） 授课对象：高二年级 一、教材与学情分析 （一）教材分析 本节是第一章“信息技术与社会”的最后一节，承接前四节“概念→历程→关键技术→社会应用”，从“技术用在社会生活中”转向“技术如何推动科技本身进步”。教材通过大科学装置、航空航天、生命科学等案例，引导学生认识信息技术对科学研究的支撑作用。 这一节在必修2中处于“收束与提升”的位置。前面学生看到的是信息技术“让办事更方便”“让看病更高效”，本节要让学生看到：信息技术不只是让日常生活变好，它还是科学家手里的“超级工具”。教材中的案例（LHC计算网格、FAST天眼、神舟飞船、嫦娥四号）有一个共同特点：如果没有信息技术，这些大科学工程根本不可能完成。本节课的关键在于让学生从“看热闹”变成“看门道”——不是“卫星好厉害”，而是“卫星能在天上自己判断，靠的是什么技术”。 （二）学情分析 高一学生对航天、量子计算等话题有天然的兴趣，在新闻中也听说过FAST、嫦娥、神舟等名字。但存在几个典型问题： 问题 具体表现 对教学的影响 把“科技成果”和“信息技术”割裂 知道FAST是天文设备，不知道它每天产生38GB数据、需要专门的计算方案来处理 需要设计“拆开看”的任务，让学生看到信息技术在其中的位置 对“数据量大”缺乏体感 听到“38GB”没有概念，不知道这到底是多少 需要用生活化的类比把数字变成“看得见”的量 对国家科技成就停留在“自豪”层面 知道中国量子计算很厉害，但说不清厉害在哪里、信息技术起了什么作用 需要具体的对比数据（如“比超算快10的54次方倍”）来支撑理解 因此，本节课的教学难点不在于“知道有哪些科技成就”，而在于理解“信息技术为什么是这些成就的‘底座’”。 二、教学目标（基于学科核心素养） 1. 信息意识：能够从FAST天眼、星语望远镜、量子计算等科技新闻中识别出信息技术的关键作用，形成“看到一项科技成果，会想它背后用了什么信息技术”的习惯；对“数据驱动科研”这一新范式有初步感知。 2. 计算思维：能够用“数据→计算→决策”的链条分析科技案例中信息技术的作用，理解“数据处理能力”如何成为科研的“瓶颈”和“突破口”；能用表格对比“没有信息技术支撑”和“有信息技术支撑”时科研方式的差异。 3. 数字化学习与创新：能够在小组协作中利用在线资源（新闻报道、科普视频）完成“科技案例拆解”任务；能用表格或流程图可视化表达“信息技术在科技项目中的角色”。 4. 信息社会责任：通过了解中国在量子计算、航天科技等领域的自主创新成果，增强对“核心技术自主可控”的理解和认同；形成“科技强国需要一代代人持续投入”的基本认识，激发科学探索的兴趣。 三、教学重难点 类型 内容 突破策略 重点 信息技术在科研协同创新、航空航天、生命科学等领域的支撑作用 用“场景拆解”的方式，把“科技成就”拆成“数据+计算+通信+AI”的技术组合 难点 理解“没有信息技术，这些科技项目就无法运转”——即信息技术不是“锦上添花”，而是“必要基础” 用对比表格展示“没有信息技术时怎么做”和“有了信息技术怎么做”，让差距“看得见” 四、教学方法与资源 主要方法：任务驱动法、案例拆解法、对比发现法。 辅助方法：视频演示法（用于展示科技场景）、讲授法（用于概念提炼与归纳）。 教学资源：多媒体课件、学习任务单（含“科技案例拆解表”）、FAST天眼/星语望远镜/AI卫星短视频片段、“科技案例卡”（每组一张）。 五、教学过程 环节一：导入——“一个人能看多少张照片”（5分钟） 教师活动 学生活动 设计意图 展示一张FAST天眼接收到的“脉冲星候选图谱”截图，提问：“这是中国天眼FAST每天产生的成千上万张图谱中的一张。科学家要从这些图谱里找出脉冲星的信号。猜猜看，一个天文学家一天能看完多少张？” 猜测，可能回答“几百张”“几千张”。教师公布答案：FAST每天产生近万张图谱，人工筛查几乎不可能。 用“看得过来吗”这个问题让学生直观感受“数据量太大，人处理不过来”的困境。 追问：“如果光靠人看不过来，那怎么办？” 回答：“让计算机来看”“用AI自动筛选”。 引出本节课的核心：信息技术是科学家的“眼睛”和“助手”。 过渡语：“今天我们来看看，信息技术在科学家手里是怎么变成‘超级工具’的。” 环节二：科研协同——当一台望远镜“算不过来”时（12分钟） 第一步：FAST天眼的数据困境（5分钟） 教师活动 学生活动 设计意图 数据体感化：展示对比——“FAST每秒产生38GB数据。如果把一部2小时的电影算作2GB，FAST每秒钟产生的数据量相当于19部电影。一秒钟19部。” 感受数据量之大。 用生活化的类比（电影）把“38GB”变成“看得见”的量。 提问：“FAST每天观测2小时，产生多少数据？这些数据怎么存？怎么处理？” 估算：2小时×3600秒×38GB ≈ 273TB。讨论存储和处理的困难。 让学生从“数据量大”自然过渡到“处理难”。 FAST数据量对比表： 对比对象 数据量 一部2小时电影 约2GB 一部512GB手机存满 512GB FAST每秒产生的数据 38GB（≈19部电影） FAST每天观测2小时的数据 约273TB（≈14万部电影） 教师活动 学生活动 设计意图 展示科研团队的做法：中国科学院上海高等研究院为FAST开发了定制化计算方案，用“异构加速”让关键算法效率提升5到10倍；同时开发了基于深度神经网络的机器学习方法，自动筛选无效图谱，让天文学家每天只需关注百余张图谱-。 观看，理解“定制计算”和“AI筛选”分别解决了什么问题。 让学生看到：信息技术不是“拿来就用”，而是需要针对具体科研问题“定制开发”。 第二步：科研协同的“全球模式”（4分钟） 教师活动 学生活动 设计意图 任务一：LHC的全球协同——展示欧洲大型强子对撞机（LHC）的数据处理场景：LHC每天产生的数据量高达PB级，全球数千名科学家需要同时使用这些数据。提问：“数据存在哪里？怎么让全世界的人都能用？” 讨论后回答：“存在数据中心”“通过网络传到各个国家”“每个国家分一部分”。 用LHC案例展示“分布式存储+全球协作”的科研新模式。 展示教材中“LHC计算网格”的示意图：实验数据在计算网络的支持下分布式存储到全球多个研究中心，再分散到各研究机构，供全球科研人员协同处理。 观察示意图，理解“计算网格”的核心思路。 让学生看到：信息技术让“全球科学家共同做一个实验”成为可能。 第三步：从“人看”到“AI看”——星语望远镜（3分钟） 教师活动 学生活动 设计意图 展示星语望远镜的运作方式：科研人员只需要说出想要观测的科学目标，AI就能自动完成测算天体位置、评估天气、调度望远镜开展观测的全套工作。 观看视频或截图，理解AI在科研中从“帮忙算”升级到“自主决策”。 从FAST的“AI筛选”到星语望远镜的“AI自主观测”，让学生看到信息技术在科研中的角色升级。 环节三：航空航天——当卫星学会“思考”（12分钟） 教师活动 学生活动 设计意图 任务二：卫星的“脑力升级” ——播放一段30秒的AI卫星工作动画（或展示图文），要求学生边看边记录：这颗卫星和“传统卫星”有什么不一样？ 观看并记录。可能回答：“传统卫星只拍照，传回地面再分析”“AI卫星自己在天上就能分析”。 用动画或图文对比，让学生直观看到“天数地算”到“天数天算”的变化。 讲解：2025年5月，12颗“会思考”的卫星在酒泉发射升空，它们能在太空中相互连接、协同计算，甚至自主分析处理数据。 倾听，理解“太空计算星座”的概念。 用真实的发射事件增强代入感。 展示对比表格，要求学生完成填空或讨论。 小组讨论，完成对比表的“关键变化”列。 用表格对比让“变化”结构化。 “传统卫星”vs“AI卫星”对比表： 对比维度 传统卫星 AI卫星 数据处理在哪 卫星只拍照，数据传回地面处理 卫星在太空直接分析处理 从拍照到拿到结果要多久 十几个小时 十几秒到几分钟 数据传输量 原始图像全部传回（几个GB到几十个GB） 只传分析结果（百字节级的文字描述） 卫星之间能协同吗 不能，各自独立工作 能，通过星间激光互联协同计算 教师活动 学生活动 设计意图 追问：“为什么要把计算放到天上去，地面处理不行吗？” 回答：“地面处理太慢了”“数据传输窗口有限”“灾害应急等不起”。 让学生理解技术选择的“必要性”，而不是“为了炫酷”。 展示具体案例：武汉大学联合长光卫星公司研制的北斗+AI星载火灾应急响应系统，从星上发现火灾到地面收到信息仅耗时13秒-。 感受“秒级预警”和“十几小时”的差距。 用具体数字让学生体会“天数天算”的实际价值。 “天数地算”vs“天数天算”流程图： 【天数地算（传统）】 卫星拍照 → 数据排队等通信窗口 → 传回地面（数小时）→ 地面处理（数小时）→ 结果总耗时：十几个小时 【天数天算（AI卫星）】 卫星拍照 → 星上AI直接分析 → 只传结果 → 地面接收总耗时：13秒 环节四：前沿突破——中国科技的“硬核底座”（8分钟） 教师活动 学生活动 设计意图 任务三：量子计算有多快——展示“九章四号”量子计算原型机的成果：求解高斯玻色取样问题，比目前全球最快的超级计算机快10的54次方倍。提问：“10的54次方倍是什么概念？能用一个类比来形容吗？” 尝试用类比形容。可能回答：“像一个人走路和光速的差距”“像一滴水和整个海洋的差距”。 用“不可想象的速度差”让学生感受中国在前沿科技领域的领先地位。 补充：“九章四号”首次操纵和探测高达3050个光子的量子态，再度刷新光量子信息技术世界纪录。 倾听，感受中国量子计算的硬实力。 不要求学生理解量子计算的原理，只需要建立“中国在这一领域走在世界前列”的认知。 展示我国在航天领域的另一个突破：2025年12月，柔性传感关键软硬件技术在太空成功完成在轨验证，实现了从“柔性传感硬件”到“AI算法软件”的协同验证，低功耗AI技术可将载荷下传关键信息能力提升10倍以上。 观看图文，理解“柔性传感+AI”在航天中的应用。 用最新的航天成果让学生看到“信息技术推动科技进步”正在持续发生。 中国科技自主创新成果一览表： 领域 成果 信息技术的关键作用 天文观测 FAST天眼 定制计算+AI筛选，让天文学家每天只需看百余张图谱 量子计算 九章四号 比全球最快超算快10的54次方倍 航天科技 太空计算星座 卫星在轨自主分析，火灾预警13秒完成 航天材料 柔性传感在轨验证 低功耗AI将关键信息下传能力提升10倍 环节五：总结与延伸（8分钟） 教师活动 学生活动 设计意图 请学生用一句话回答：“今天这节课，你对‘信息技术’的理解发生了什么变化？用‘我以前觉得……现在我觉得……’来说。” 自由发言。示例：“我以前觉得信息技术就是手机和电脑，现在我觉得它是科学家做研究的‘超级工具’。”“我以前觉得科技成就靠的是科学家聪明，现在我觉得信息技术在里面起了很大作用。” 用“变化”检验学习效果，比“总结知识点”更能反映真实理解。 布置课后任务：选一项你感兴趣的科技项目（可以是FAST、嫦娥、量子计算，也可以是你知道的其他项目），用“数据→计算→决策”的框架分析：①这个项目会产生什么数据？②数据怎么处理？③信息技术在哪个环节最关键？下节课交流。 记录任务。 将“科技案例拆解”能力迁移到学生自己的兴趣领域。 六、板书设计 1.1.5 信息技术推动科技进步 一、信息技术是科学家的“超级工具” 二、三个场景，同一个逻辑 场景 遇到的问题 信息技术怎么解决 FAST天眼 每天近万张图谱 定制计算+AI筛选 LHC对撞机 全球科学家协同 计算网格+分布式存储 AI卫星 数据传不回、处理慢 星上AI+星间协同 三、中国科技的“硬核底座” 九章四号：比超算快10的54次方倍 太空计算星座：火灾预警13秒 柔性传感在轨验证：AI让关键信息下传提升10倍 四、一句话提醒 科技成就的背后，是数据和计算的力量。 学科网（北京）股份有限公司 $