普通高中教科书·信息技术必修1 数据与计算.pdf

华东师范大学出版社总 主 编:李晓明副总主编:赵 健本册主编:冯 忻编写人员(按姓氏笔画排序):毛黎莉 冯 忻 张逸中 欧阳元新 周永麒责任编辑:程 滨美术设计:储 平普通高中教科书 信息技术 必修1 数据与计算上海市中小学(幼儿园)课程改革委员会组织编写出版发行 华东师范大学出版社(上海市中山北路3 6 6 3号)印 刷 上海昌鑫龙印务有限公司版 次 2 0 2 0年6月第1版印 次 2 0 2 0年6月第1次开 本 8 9 0毫米 1 2 4 0毫米 1/1 6印 张 9.2 5字 数 1 6 6千字书 号 I S B N 9 7 8 7 5 7 6 0 0 5 4 7 9定 价 1 1.6 0元版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现内容质量问题,请拨打电话0 2 1 6 0 8 2 1 7 1 4如发现印、装质量问题,影响阅读,请与华东师范大学出版社联系。电话:0 2 1 6 0 8 2 1 7 1 1全国物价举报电话:1 2 3 1 5声明 按照 中华人民共和国著作权法 第二十五条有关规定,我们已尽量寻找著作权人支付报酬。著作权人如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。本册教材图片提供信息:本册教材中的部分图片由全景网、视觉中国等图片网站提供。华东师范大学出版社致同学们致同学们亲爱的同学们:当今,信息技术的发展日新月异,物联网、大数据、人工智能等新技术、新工具扑面而来,显著地改变着人们的生活、学习和工作模式。生存于信息社会中,我们每一个人都不可避免地会接触信息技术、应用信息技术,甚至去创造新的信息技术。在具备了基本信息技术应用能力的基础上,高中阶段我们要进一步学习信息技术的知识与技能,能够利用信息技术负责任地解决生活与学习中的问题,全面提升信息素养,迎接信息社会的挑战。“数据与计算”作为高中信息技术学科的必修模块,是学习高中信息技术学科其他模块的基础。本教科书采用“项目活动”方式组织学习内容,通过“信息技术伴我学”“编程应用助健康”“交通数据利抉择”“智能工具好帮手”项目,将数据与大数据、算法与编程实现、数据处理与应用、人工智能等基础知识与技能融入到学习活动中。教科书的每章围绕“信息意识”“计算思维”“数字化学习与创新”“信息社会责任”四个学科核心素养提出本章的学习目标,利用“本章知识结构”图示呈现本章知识脉络,帮助同学们从总体上了解本章学习内容。在学习过程中,同学们可以通过“体验思考”栏目,将现实问题、个人经验与知识技能相关联,带着问题开始学习;通过“探究活动”和“项目实践”栏目,将“做中学”与“学中做”的学习方法相互融合,把知识技能应用于解决实际问题中;通过“技术支持”栏目,将新技术与新工具适时应用于作品制作中,提高合理选用技术工具创造性完成作品制作的能力;按照个人的学习需求,学习“知识延伸”栏目中的内容,拓展个人学习视野。提升信息素养,要求我们在掌握基本信息技术知识和常用信息技术工具的同时,能够用计算思维来分析问题;要求我们在体验信息技1 华东师范大学出版社数据与计算术给我们带来的更高效率的同时,积极运用技术来创造性地解决问题和创作作品;要求我们在享受信息技术提供的便利的同时,关注信息安全,参与和促进信息社会的伦理与道德建设。同学们可以通过本教科书与配套资源学习信息技术,负责任地应用信息技术,逐步成长为新时代合格的社会主义建设者。编者2华东师范大学出版社目录目录第一章数据与大数据.1项目主题信息技术伴我学.3第一节数据、信息与知识.4第二节数字化与编码.1 6第三节大数据及其作用与价值.2 6第二章算法与程序实现.3 5项目主题编程应用助健康.3 7第一节算法与算法描述.3 8第二节程序设计语言基本知识.5 0第三节常用算法及其程序实现.7 11 华东师范大学出版社数据与计算第三章数据处理与应用.7 9项目主题交通数据利抉择.8 1第一节数据采集、整理与安全.8 2第二节数据分析与可视化.9 7第三节数据分析报告与应用.1 1 4第四章走近人工智能.1 1 7项目主题智能工具好帮手.1 1 9第一节体验计算机视觉应用.1 2 0第二节人工智能的发展历程.1 2 4第三节人工智能的作用及影响.1 3 5后记.1 412华东师范大学出版社第 一 章数据与大数据本章学习目标在实际生活与学习中感知数据与信息,知道数据与信息的特征,理解数据、信息与知识的区别和联系,认识数据与信息对社会发展和个人成长的影响。掌握二进制数与十进制数、二进制数与十六进制数相互转换的方法,了解数字化的过程与意义,知道字符、声音、图像编码的基本方式。针对学习任务,选择数字化学习工具和资源,感受利用它们进行自主学习和知识分享的优势。华东师范大学出版社数据与计算信息技术的发展与普及改变着我们的生活与学习。我们的晨起,可能始于查看手腕上带有睡眠监测功能的智能手环;我们的休闲,可能始于点击手机中具有歌曲智能推荐功能的音乐软件;我们的出行,可能始于扫描小区外停放的共享单车的二维码;我们的学习,也可能不再是从步入教室的一刻开始,而是始于打开一款能够时时、处处伴随着我们的在线学习软件。目前,越来越多的高中生使用慕课学习平台、数字图书馆、数字实验系统开展学习。登录慕课学习平台后,可以实现跨校学习,共享优质学习资源;访问数字图书馆,能够快速查阅信息,自助完成电子图书的借阅和归还;应用数字实验系统,能够体验实验数据的生成过程,以可视化方式感知实验规律。信息技术在改变着我们的学习环境,也改变着我们的学习方式。掌握信息技术知识,运用信息技术促进学习,是新时代每位中学生都应具备的能力。本章知识结构4-*ED4-4+T-+2*+)D/+*.-+EEEED+D/04-M4-4-2华东师范大学出版社第一章数据与大数据项目主题信息技术伴我学项目情境随着技术的发展,人们阅读的书籍已经从纸质图书拓展为既能看也能听的电子图书,人们传统的阅读方式也随之发生变化。一年一度的学校诗词大会即将举行,学校图书馆收到了一些读者需求:有的同学希望图书馆能够增购一些电子图书,供同学们借阅;有的同学希望图书馆能够将馆藏的纸质校刊制作成电子校刊,方便查阅往年学校诗词大会的征文;有的同学希望在面对浩瀚书海时,学校图书馆能够根据同学们的阅读习惯,提供个性化的图书推荐。小申是学校图书馆的志愿者,他能为学校图书馆提供一些建议吗?项目任务任务 1任务 2任务 3 搜索电子图书网站,记录电子图书选择过程中的参考数据,了解这些数据所反映的信息,描述数据在选择电子图书过程中所起到的作用。将学校馆藏的纸质校刊制作成电子校刊,感受 数字化的过程,小组合作完成电子校刊的制作。分析电子图书网站向读者推送电子图书的方法与策略,举例说明大数据在其中的作用,为学校图书馆设计一份电子图书推荐方案。3 华东师范大学出版社数据与计算第一节数据、信息与知识人类对于数据的应用由来已久,早在春秋战国时期,齐国国相管仲就通过对农业生产数据的统计分析来制定相关的农业生产政策,在 汉书地理志 史记平准书 等众多史籍中都留下了有关农业生产、天文历法、地理山川的大量数据,这些数据的应用一定程度上提高了人类的生产效率。如今,信息技术的发展赋予了人们采集和分析数据的新工具与新方法,通过这些工具和方法,人们可以更高效地处理数据,解决问题。体验思考随着学校诗词大会举办日期的临近,图书馆老师希望小申能够根据同学们的需求,列出与诗词相关的电子图书购买清单。小申访问了一些电子图书网站,通过查找和比较,列出了电子图书的购买清单。思考：1.如图1.1所示,网站上提供了哪些数据来帮助人们选择要购买的图书?2.这些数据对人们选择图书有什么帮助?图 1.1 在电子图书网站上搜索电子图书4华东师范大学出版社第一章数据与大数据一、感知数据数据无处不在。数字图书馆中,人们输入的账号、密码,读者对于图书的评论等都是数据;公交站台电子屏幕上显示的行车线路号、预计到达时间等也是数据;天气预报播报的气温、湿度、风级等同样是数据。数据已广泛应用于我们的生活与学习。1.数据的概念数据是对事物描述的记录。例如,描述一个学生的基本特征,可以通过姓名、性别、年龄等方面的数据来记录;确定某一地理位置,可以通过经度和纬度的数据来记录;表示城市空气质量检测中细颗粒物(P M2.5)随时间变化的情况,可以用一个时间序列数据来记录。数据可以帮助人们有效地描述事物。数据的表现形式多种多样,可以有数字、文字、图形、图像、声音等形式。对同一事物的描述记录也可以有不同的数据表现形式,例如,导航仪行车线路中表示车辆左转时,可以用文字“左转”来表示,也可以用图形来表示,还可以通过语音来播报。同一数据也可能描述不同的事物。例如,数字“6 0”可以表示一个人的年龄、一次考试的成绩、一件物品的长度,或者是某个路段的机动车的最高限速值等。因此,脱离具体的情境和形式,无法确定数据的意义。数据是可加工、可处理的。从已知数据出发,参照相关数据进行加工计算,生成一些新的数据,从中可以得到新的结论,从而作为人们决策的依据。例如,在线学习网站会记录学习者的访问数据,通过学习者浏览某一页面的起始时间和结束时间,计算得到这一页面的学习时长,并将该学习时长和系统设定的有效学习时长进行比较,从而判断学习者的该次学习是否有效。在人类文明的历史长河中,人们发明了很多处理数据的工具,从古人发明的算盘到故宫馆藏的计算尺,从十六世纪帕斯卡发明的加法器到今天功能强大的计算机,人们处理数据的能力越来越强大,数据的含义也越来越丰富。在计算机科学中,数据是计算机识别、存储和加工的对象。例如,我们常用的演示文稿文件、电子表格文件、图像文件、音频文件和视频文件等都是计算机处理的数据,如图1.2所示。5 华东师范大学出版社数据与计算图 1.2 用计算机处理的数据2.数据的价值在信息社会,随着数据处理技术的迅速发展,数据被广泛地应用于社会的方方面面,给人们的学习、生活与工作带来了巨大的变化。图 1.3 数字化实验系统在数字图书馆中,图书管理人员利用采集到的借阅数据,调整管理方式,提供个性化服务;读者借助网络平台中的图书数据,足不出户就可以有针对性地选择和借阅图书,享受读书的乐趣;图书作者还可以根据读者对图书的阅读和评价数据,进一步完善图书内容。在学校餐饮管理中,通过食堂管理系统,可以快速获取和分析学生的用餐数据,根据不同菜品的销售数据,食堂管理员可以适时地调整菜品种类,合理安排每种菜品的数量,提高服务质量。图 1.4 道路检测车在教学实验中,通过数字化实验系统,可以采集需要测量的物理量,如温度、电压、压强等,将其转换成计算机可以处理的数据。计算机处理后,能够直观地呈现实验结果,提高学生的探究能力,如图1.3所示。在道路检修过程中,道路检测车可以自动采集路面的损坏状况、道路平稳度等各项数据,如图1.4所示。通过数据分析,车载计算机可以判断道路的安全情况,甚至还可以估算出维修费用,避免了由于人工目测而导致的误差,为道路养护提供准确、有效的数据支撑。6华东师范大学出版社第一章数据与大数据随着信息技术与人们生产生活的交汇融合以及互联网的快速普及,全球数据呈现出爆发式增长、海量集聚的特点。数据对改善人民生活、促进经济发展、推动社会进步等,起着越来越重要的作用,它已成为像水、电、煤气一样重要的资源。数据作为一种资源,同样需要通过各种各样的“管道”输送到社会的各个领域中去,将数据转化为用户决策或行动的依据,促进社会的发展。二、认识信息自古以来,人类的生存和发展就与信息有着不解之缘。我国古代利用烽火台传递示警信息,通过活字印刷术促进知识和文化的广泛传播。今天,移动通信设备和网络成为我们获取信息的重要途径。信息的获取与应用影响着我们分析问题与解决问题的方式。项目实践请尝试读取图 1.5中的数据,填写表 1.1,并回答问题。图 1.5 电子图书搜索页面7 华东师范大学出版社数据与计算表 1.1 电子图书信息分析表唐诗百话北山楼词话作者出版时间字数在读人数评分对于上述两本电子图书,如果希望购买其中一本出版日期较新的,应该选择 ,选择的依据是 ;如果