新课程背景下高中信息技术教学设计——以“数据处理与应用”为例

文| 王 浩

一、背景

当前，人工智能、大数据、云计算等技术日益成为社会发展的重要驱动力量，因此，将这些前沿技术知识融入高中信息技术课程，对于提升学生的创新能力至关重要。同时，依据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》的要求，教学中应注重培养学生的信息道德和网络安全意识，确保学生在信息化社会中健康成长。

二、主题

以沪科版高中信息技术必修一“数据处理与应用”为例，探索如何加深学生对数据处理概念的理解，提升学生的数据分析能力。同时，丰富学生的学习体验，促进学生对数据处理重要性的深刻认识及其在现实世界中的广泛应用。

三、教学目标

1.理解数据处理的基本原理，掌握数据的搜集、处理、分析及其在解决实际问题中的应用方法。同时，清晰地阐述数据处理的步骤，包括数据的采集、清洗、分析和解释，以及如何利用数据制定有效的决策。

2.熟练运用各类数据处理软件和工具，培养学生运用专业软件（如电子表格）进行数据处理的能力。同时，展示对这些工具的熟练操作，包括数据的输入、处理、分析及可视化等，进而有效地支持数据驱动的决策过程。

3.在掌握数据处理技能的基础上，对数据分析的结果进行批判性评价，理解数据分析的局限性，能够从多个角度审视和解释数据，提高对数据真实性的判断力。

4.在学习过程中能结合现实生活中的问题，运用所学知识进行实际数据分析，能通过数据处理技术解决具体问题。

四、教学过程

（一）导入新课

教师：我们每天都会接触到哪些数据？想想看，从早上醒来到晚上睡觉，大家遇到了哪些数据？

学生1：我用的天气应用会显示今天的气温。

学生2：我们用手机看的步数，也是一种数据。

教师：非常好！这些都是日常生活中的数据实例。数据无处不在，它们能帮助我们做决定，如穿什么衣服，走路还是骑车。现在，让我们看一些数据可视化的例子（如图1）。

图1 气温变化曲线图

教师：看看这个图表，它告诉了我们什么？我们应该如何解读这些数据？

学生1：这个曲线图显示了一周内的气温变化，我们可以通过它了解到哪天最冷或最热。

教师：很好，大家已经开始掌握如何解读数据了。那么，大家能想到这些数据在生活中是如何应用的吗？

学生2：气温数据可以帮助我们决定穿什么衣服。

教师：非常好。这说明数据处理不仅是关于数字的操纵，还是一种解决问题的工具。无论是理解复杂现象、做出明智决策，还是优化策略，数据的收集、分析和可视化都至关重要。

教师接着介绍：在接下来的课程中，我们将学习数据的采集、处理、分析，以及如何撰写数据报告，运用所学知识解决实际问题。通过这些技能，大家将能更好地理解周围的世界，并在未来的学习和工作中发挥重要作用。

（二）概念讲解

教师：今天，我们要探讨数据处理的基础理论。数据处理包括数据的采集、存储、加工、分析和表达，目的是从原始数据中提取有价值的信息。

（教师边说边展示数据处理流程示意图，让学生直观理解。）

学生1：那我们怎样确定要处理的数据类型呢？

教师：在开始数据项之前，我们首先要明确数据类型——数值型、分类型还是时间序列数据。每种类型的处理和分析方法都有所不同。

（教师展示不同数据类型的示例图片。）

学生2：数据源是指什么？

教师：数据源可能来自互联网、调查或实验等。识别数据来源对于理解数据的背景和限制非常重要。

（教师简要介绍各类数据源的特点。）

教师继续解释：数值型数据包含具体的数值，用于量化的测量。分类型数据用于代表属性或特征，帮助我们进行分组和分类。时间序列数据则重在分析数据随时间的变化趋势。

学生3：这意味着我们在分析数据时，需要根据数据类型选择不同的方法吗？

教师：完全正确。了解数据的类型和来源可以帮助我们更有效地处理和分析数据，从而得出有意义的结论。

随后，教师解释数据采集的重要性：数据采集是信息技术研究的起点，它决定了后续分析的质量和可靠性。

接着，教师转向在线调查的介绍：在线调查是一种高效的数据收集方法。以“中学生移动学习”为例，我们可以通过调查平台设置目标人群，如年级、兴趣等，来确保我们搜集到的数据具有代表性。

教师进一步展示如何在调查平台上创建问卷：在创建问卷时，我们可以定制问题，选择适合的问题类型，如单选、多选或开放式问题。问卷题目如下。

（1）您所在的年级是？（单选题）

A.高一B.高二C.高三

（2）您通常使用哪种类型的移动学习应用软件？（多选题）

A.语文助手B.数学精灵

C.英语通D.其他（请说明）

（3）您一周大约使用移动学习应用的时间是多少？（单选题）

A.少于1 小时B.1～3 小时

C.3～5 小时D.5～10 小时

E.超过10 小时

（4）您更喜欢哪种类型的学习材料？（多选题）

A.视频讲座B.文字讲义

C.互动题目D.音频材料

E.图形图表

（5）您认为使用移动学习应用学习时，面临的主要挑战是什么？（多选题）

A.找不到合适的学习材料

B.时间管理困难

C.缺乏学习动力

D.移动设备分散注意力

E.网络问题

F.其他（请说明）

同时，教师设置500 份问卷，以控制样本大小。教师继续介绍数据加工的概念：数据加工是将原始数据转化为有用信息的关键步骤。然后，针对中学生移动学习数据，提供一组未经处理的原始数据，并询问学生：大家觉得这些数据中存在哪些问题？学生积极参与，提出各种观点，如数据重复、格式不一致、缺失值等。教师肯定学生观点，并解释如何通过数据清洗和转换来解决这些问题。在数据清洗环节，教师可以展示数据清洗前后的对比图表，让学生看到清洗过程中数据的变化。“清洗后的数据更加整洁和一致，这对于准确分析至关重要。”教师强调。

教师：在我们完成数据的加工后，接下来的问题是如何从这些加工后的数据中提取有用的信息？

学生4：我们需要用特定的方法来分析数据吗？

教师：我们可以先从描述性统计开始。描述性统计可以帮助我们概括和描述数据的特征，如可以计算数据的平均值和中位数。

（教师边讲解边用电子表格软件演示。）

学生5：那么，我们如何展示这些统计结果呢？

教师：很好的问题。这就引入了数据可视化的概念。数据可视化是将数据转换成图表或图形，使信息更易于理解和传达。

（教师展示不同年级学生平均学习时间条形图。）

教师：看看这个条形图，哪个年级的平均学习时间最长？

学生3：通过图表，我们可以清楚地看到是哪个年级。

教师：对，通过图表我们可以直观地识别出信息。现在让我们看看饼图。

（教师展示学生使用不同学习应用比例的饼图。）

教师：饼图能有效展示各部分占总体的比例关系。

学生1：是的，我们可以看到最受欢迎的学习应用占据了更大的比例。

教师总结：非常好，大家已经开始理解数据加工和分析的重要性了。记住，这是一个需要我们细心观察、分析，并从中提取价值的综合性过程。数据可视化则帮助我们更清晰地传达这些分析结果。

（三）实践操作

教师：我们今天要开始处理分配给大家的中学生移动学习原始数据集了。首先请大家确保将数据加载到电子表格中。我们的目标是通过识别数据集中的缺失值、异常值或格式错误来清洗和加工数据。比如，大家可能会在学习时间列中遇到一些以文本格式表示的记录，如“四十分钟”，这就需要被转换成数字格式，如“40”。任何问题，都可以随时向我提问。

学生1：老师，如果我们在数据集中发现了缺失值怎么办？

教师：很好的问题。对于缺失值，大家可以讨论后决定是用该列的平均值还是中位数来填充。选择哪个取决于你们对数据的理解和列的特性。

学生2：如果数据格式错误，如文本格式的数字，我们应该如何快速转换成数字格式呢？

教师：使用电子表格软件的内置功能，如“文本转换为列”功能，可以帮助大家将文本格式的数据转换为数字格式。掌握这些工具将能大大提高大家处理数据的效率。

教师：大家完成数据清洗后，我们将进入数据分析和可视化的阶段。首先，我们将使用电子表格软件进行一些基本的统计操作。比如，计算每个年级或每种学习应用的平均学习时长。记得使用平均函数快速获取这些信息。

学生4：老师，我们是不是也需要了解哪些学习应用最受学生欢迎？

教师：是的。通过对数据进行排序和计数，我们可以识别出使用频率最高的学习应用，这是了解学生学习偏好的关键步骤。

学生5：了解了平均学习时间和学习应用的受欢迎程度后，我们应该如何展示这些分析结果呢？

教师：展示数据分析结果时，选择合适的图表非常重要。例如，展示平均学习时间时，条形图是一个很好的选择，因为它能清晰地比较不同组别之间的差异。而对于最受欢迎的学习应用，饼图能有效地展示它们在总使用中的占比。

教师总结：撰写分析报告是对大家研究成果的总结和展示。我们要保证报告的结构清晰、语言准确，并确保每部分内容都充分展开。这不仅是展示大家分析能力的机会，还是锻炼逻辑思维和表达能力的好时机。

五、教学反思

在新课程背景下进行的高中信息技术教学设计实践中，教师大胆创新教学方法，提升了教学效果。通过以“中学生移动学习数据”为核心的教学案例，旨在培养学生的数据处理、分析和可视化能力，同时提升学生的信息技术实际应用能力。教师要提供更多的实践机会，使学生能够在解决真实问题的过程中提升自己的技能，并帮助学生更深入地理解数据背后的意义。