資源簡介

必修1 數據與計算
第二章 知識與數字化學習
2.1 知識與智慧
2.1.1 知識
知識：是人們運用大腦對獲取或積累的信息進行系統化地提煉、研究和分析的結果，能夠精確地反映事物的本質。它來源于實踐，經過加工提煉，又高于實踐。
表2-2：歐姆定律實驗的觀察數據
電阻R/Ω 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
電流I/mA 586 291 198 143 101 98 72 68 59 55
將表格中的數據利用Python的plt.plot(x0,y0)命令繪制電流I與電阻R的數據曲線圖，觀察圖形效果，猜測I與R成反比例關系。用I=U/R的關系產生更多的數據繪制IR關系曲線，發現當U=2905.67607341mV時，其模擬曲線與測試數據所繪制的曲線基本吻合，推出I=2905.67607341/R。從而推論出電流I與電阻R成反比例關系。發現規律，獲得了知識。
2.1.2 智慧
圖2-8 數據、信息、知識、智慧的相互關系
智慧是為了達到預定目標而運用知識解決問題的創新思維能力。
科學研究的三種方法：理論方法、實驗方法、計算方法。
2.2 數字化學習與創新
2.2.1 數字化工具與資源及其優勢
1. 數字化工具與資源
數字化工具是指能夠采集、獲取、檢索、表示、傳輸、存儲和加工多媒體數字化資源的設備裝置。按其功能不同，大致分為以下幾種：
（1）數據采集（模數轉換）工具。如：聲卡、視頻卡、數碼照相機、數碼錄像機、手寫板、掃描儀
（2）信息獲取工具。如：臺式電腦、筆記本電腦、平板電腦和手機
（3）信息檢索工具。如：搜索引擎和電子詞典
（4）數字化可視化表達工具。如：思維導圖和演示文稿
（5）信息通信交流與傳輸工具。如：電子郵件、博客、社交軟件和視頻會議系統
（6）信息存儲工具。如：光盤、U盤、硬盤和服務器
（7）信息加工工具。如：編程軟件、多媒體制作軟件、網站制作工具和信息系統制作工具
（8）三維設計工具。如：3D制作軟件、3D打印機、虛擬現實和增強現實制作系統
數字化資源是指經過數字化工具處理，可以在多媒體計算機上或網絡環境下運行的，且可以實現共享的多媒體材料。
按其呈現方式不同，數字化資源可分為：數字圖形、圖像、視頻、音頻、文本，多媒體應用軟件、網站、信息系統，計算機模擬，數據文件，數據庫等。
2. 數字化工具與資源的優勢
（1）獲取的便捷性：不受時空和傳遞呈現方式的限制。
（2）形式的多樣性：媒體呈現形式多樣，如文本、圖像、聲音、動畫、視頻等。
（3）資源的共享性：可以反復利用、復制、傳遞和再生。
（4）平臺的互動性：一方面支持學習者網上交流，另一方面學習者可尋求解答。
（5）內容的擴展性：主要表現為可操作性和可再生性。對內容的數字化處理，將更多資源與教學相融合。可以利用工具對信息進行再創造。
3.數字化學習的特點
（1）問題化：將學習問題化，學生通過問題學習可生成問題、提出問題、分析問題、解決問題。
（2）合作性：學習者通過學習平臺交流、共享、協作。
（3）個性化：能以學習者為中心，開展個性化學習。
（4）創造性和再生性：學習者利用網絡課程，可以參與和沉浸在學習中，可以自主、創新的學習。
（5）開放性：學習資源全球共享，實現碎片化學習，終身學習。
2.2.2 體驗數字化創新學習過程
投針實驗：蒙特卡洛方法是計算機模擬的基礎，起源于18世紀數學家蒲豐的投針實驗。投針實驗是指在平面上畫有一組間距為d的平行線，將一根長度為l（l≤d）的針任意擲在平面上，求此針與平行線中任一條相關的概率。這個概率問題在大量實驗后，發現它是一個常數p=2l/πd。
布豐驚奇地發現：有利的扔出與不利的扔出兩者次數的比，是一個包含π的表達式．如果針的長度等于d/2，那么扔出的概率為1/π。扔的次數越多，由此能求出越為精確的π的值。布豐由此發現了另一種求π的方法，這正是利用數字化學習工具的優勢，可以直觀的進行模擬實驗，大大提高了實驗效率、降低成本、安全保險等。
繪制思維導圖的軟件有Xmind、Mindmanager、FreeMind、WPS、希沃電子白板5等。
第二章　數字化學習與創新 學業測試
一、單選題
1.下列工具中，更適用于免費在線存儲學習資源的是（ ）。
A．微信 B．云盤 C．博客 D．微博
【答案】：B
【解析】:見教材P29，微信、博客、微博均屬于信息通信與交流工具，而云盤屬于信息存儲工具，所以選B項。
2.以下關于數據、信息和知識相互關系的理解，不正確的是（ ）。
A．數據是原始事物現象的符號記錄
B．信息等同于知識
C．信息是經加工處理的、具有意義的數據
D．知識是人們運用大腦對獲取或積累的信息進行系統化地提煉、研究和分析的結果
【答案】：B
【解析】:見教材P27圖2-8，數據、信息、知識和智慧的相互關系，可知B項錯誤，所以選B項。
3.下列屬于數字化學習工具的是（ ）。
A．視頻 B．音頻 C．多媒體課件 D．思維導圖軟件
【答案】：D
【解析】:視頻、音頻都屬于數字化的數據；多媒體課件是經過老師加工、處理后的數據，屬于信息；思維導圖軟件，可用來編制各種樣式的思維導圖，屬于數字化學習工具，所以選D項。
4.下列不屬于思維導圖制作工具的是（ ）。
A．Xmind B．Mindmanager C．FreeMind D．Mind+
【答案】：D
【解析】:XMind 、Mindmanager、 FreeMind都是思維導圖軟件，Mind+是一款基于Scratch3.0開發的青少年編程軟件，所以選D項。
5.下列關于投針實驗的描述錯誤的是（ ）。
A．投針實驗起源于18世紀
B．投針實驗中拋擲的次數越多，結果偏離越大
C．投針實驗應用了蒙特卡洛方法并采用計算機進行模擬
D．投針實驗可通過“網絡畫板”平臺進行模擬
【答案】：B
【解析】:根據P33頁投針實驗的描述和介紹可知，ACD項均描述正確，而B項拋擲的次數越多，結果偏離越小。
6.在傳統課堂教學中，針對每一名學習者較難展開因材施教與個性化學習。而在數字化學習環境下，學習者可以根據自己的特點自行安排學習進度，從互聯網上選擇自己需要的資源，按照適合自己的方式進行學習。這體現了數字化學習（ ）的特點。
A．個性化 B．合作性 C．問題化 D．創造性和再生性
【答案】：B
【解析】:從題目描述的情況來看，以學習者為中心、靈活的個性化學習方案符合教材P31頁關于個性化的描述，選以先B。
7.聲卡、視頻卡、數碼照相機、數碼錄像機、手寫板、掃描儀等設備屬于（ ）數字化工具。
A．信息獲取工具 B．信息檢索工具
C．數據采集工具 D．信息存儲工具
【答案】：C
【解析】:見教材P29，上述設備屬于數據采集（模數轉換）工具。
8.小明正在與班內其他同學共同完成一個項目作業，每個同學按照分工需完成不同的部分和任務，并最終匯總形成本組的項目報告。下列（ ）工具更適合于這樣的團隊合作任務。
A．微信 B．有道云協作 C．網絡畫板 D．Xmind
【答案】：B
【解析】:微信屬于信息通信交流工具；網絡畫板是國內領先的互聯網動態數學工具；Xmind是思維導圖工具；有道云協作以協作群形式開展協同辦公，可以高效地處理辦公文檔、清晰地分配任務和簡單聚焦地溝通討論，所以選B項。
9.小芳正在老師的指導下進行項目學習，現學習已經進入成果總結階段，她想查找專業文獻，將自己的學習成果總結形成論文并投遞到某雜志進行公開發表。請問，（ ）工具更適合于她現階段的學習。
A．CNKIE-study B．百度學術 C．微博 D．網易公開課
【答案】：A
【解析】:CNKIE-study是中國知網開發的一款強大的數字化學習與研究平臺，更符合題目描述，所以選A；百度學術搜索是百度旗下的提供海量中英文文獻檢索的學術資源搜索平臺；微博是指一種基于用戶信息分享、傳播以及獲取的分享簡短實時信息的廣播式的社交媒體、網絡平臺；網易公開課是匯集清華、北大、哈佛、耶魯等世界名校共上千門課程的網上學習平臺。
10.網絡環境下的自主探究學習主要體現了網絡的（ ）特點。
A．共享和交流 B．開放性
C．信息容量大 D．信息傳播交互性
【答案】：A
【解析】:根據題干可以看出中心詞是自主探究學習，學習環境是網絡環境，體現資源的共享性，同時平臺的互動性讓學習者可以與老師、同學一起交流，所以選A項；開放性是數字化學習的特點，是指資源的共享，學習空間變寬，與題目的中心詞不符；信息容量大、信息傳播交互選項也主要從網絡資源的角度描述，所以均不符合題意。
11.微博、微信、QQ等軟件平臺都屬于（ ）。
A．網絡課程平臺 B．網絡資源平臺
C．網絡互動平臺 D．網絡教學平臺
【答案】：C
【解析】:微博、微信、QQ等軟件平臺都屬于信息通信交流軟件，屬于網絡互動平臺。
12.在教科書中利用Python探究電流和電壓、電阻的關系實驗里，下列說法錯誤的是（ ）。
A．實驗中的“5,10,15,586,291,198…”等數字表示的是一系列數據
B．實驗中的U=2905.67607341mV表示的是一個具體信息
C．通過實驗，我們驗證了I=U/R這一知識
D．經過實驗驗證，我們得出電流I與電阻R成反比例關系，這是智慧
【答案】：D
【解析】:此題考查的是對數據、信息、知識、智慧的理解，根據P27圖2-8四者的相互關系圖可知，D項得出反比例關系屬于知識層面，而用知識解決問題才屬智慧層面，所以選D項。
13.隨著移動互聯網和物聯網的飛速發展，現實世界的各種事物都變得可感知、可度量，從而生成數量龐大的數據或數據群，依靠（ ）發現和預測規律成為科學研究的第三種方法，它是一種主要以計算機學科為代表，以設計和構造為特征的方法。
A．理論方法 B．實驗方法 C．計算方法 D．分析方法
【答案】：C
【解析】:見教材P28，科學研究的第三種方法，其中明確指出，科學研究主要依靠理論方法、實驗方法和計算方法，所以選C項。
14.小明是一名高中生，在通過學校的智慧校園和學習系統進行物理課程的學習時，利用信息技術手段，將物理課本中的概念、方法等內容做成思維導圖，并制作成一個生動的動畫，同時還通過網絡將其與其他同學進行交流分享。這主要體現了數字化學習的（ ）特點。
A．合作性 B．開放化 C．創造性和再生性 D．個性化
【答案】：C
【解析】:見教材P32，小明對物理學習中的概念、方法等內容進行整合、再創造、作為學習的成果，并以思維導圖的形式呈現，充分體現了數字化學習的創造性和再生性，所以選C項。
15.在教科書中利用Python探究電流和電壓、電阻的關系實驗里，除了可以通過書中的Jupyter Notebook外，處理數據還可以通過下列（ ）工具實現。
A．Python IDLE B．Xmind C．網絡畫板 D．幾何畫板
【答案】：A
【解析】:Python IDLE是Python軟件包自帶的一個集成開發環境，可以利用它方便地創建、運行、測試和調試Python程序，所以選A項；Xmind是思維導圖制作軟件；網絡畫板和幾何畫板都是數學動態分析工具。
分析題
16.在人類的生產、生活和研究活動中，人們不斷學習、總結、發現認識自然、探究規律的方法。“做實驗→獲取觀察數據→分析處理數據→推理建立數學模型→實驗驗證模型→形成知識→應用與解決問題”是一條非常有效的知識發現路徑。
根據以上描述，分析下列問題：
（1）請將選項編號填寫在橫線處：數據 ，信息 ，知識 ，
智慧 。（可選項：①應用與解決問題，②獲取觀察數據，③實驗驗證模型，④形成知識，⑤分析處理數據。）
【答案】：②、⑤、④、①
【解析】:根據教材P27圖2-8數據、信息、知識和智慧的相互關系及其定義的理解可得出數據應為“②獲取觀察數據”，信息應為“⑤分析處理數據”，知識應為“④形成知識”，智慧應為利用知識解決問題“①應用與解決問題”。
（2）列舉信息檢索工具、信息通信交流工具各2個。
【答案】：信息檢索工具：搜索引擎、電子詞典、查詢在線數據庫等；
信息通信交流工具：微信、QQ、微博、博客、E-mail等。
【解析】:信息檢索工具：搜索引擎、電子詞典、查詢在線數據庫等；
信息通信交流工具：微信、QQ、微博、博客、E-mail等。
附加題
17.小明為了更好的理解文本信息的編碼，體驗數字化學習工具的使用，他運用UltraEdit軟件觀察字符串“Welcome to Tongliang middle school! ”的機器內碼。通過UE軟件打開文件后，得到的部分編碼如圖所示。下列對編碼的分析正確的是 （ ）
A．文本文件內所有字符共需要 16B 的存儲空間
B．字符“W”的 ASCII 編碼是“57”
C．字符“e”的內碼表示成二進制是“110101”
D．字符“T”的十六進制內碼是 54，可推出字符“R”的十六進制內碼是 53
【答案】：B
【解析】:A選項中圖示的字符共16B的存儲空間，但題目問的是文本文件內所有字符的空間，應為35B；根據圖示看出B項正確；C項“e”的十六進制編碼為“65”，將6按8421的位權值轉化為二進制0110，同理5化為二進制0101，合成后的二進制為01100101，所以C項錯誤；“T”的十六進制編碼為54，“R”的十六進制編碼應為“52”。第 5 頁 共 8 頁必修1 數據與計算
第二章 知識與數字化學習
2.1 知識與智慧
2.1.1 知識
知識：是人們運用大腦對獲取或積累的信息進行系統化地提煉、研究和分析的結果，能夠精確地反映事物的本質。它來源于實踐，經過加工提煉，又高于實踐。
表2-2：歐姆定律實驗的觀察數據
電阻R/Ω 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
電流I/mA 586 291 198 143 101 98 72 68 59 55
將表格中的數據利用Python的plt.plot(x0,y0)命令繪制電流I與電阻R的數據曲線圖，觀察圖形效果，猜測I與R成反比例關系。用I=U/R的關系產生更多的數據繪制IR關系曲線，發現當U=2905.67607341mV時，其模擬曲線與測試數據所繪制的曲線基本吻合，推出I=2905.67607341/R。從而推論出電流I與電阻R成反比例關系。發現規律，獲得了知識。
2.1.2 智慧
圖2-8 數據、信息、知識、智慧的相互關系
智慧是為了達到預定目標而運用知識解決問題的創新思維能力。
科學研究的三種方法：理論方法、實驗方法、計算方法。
2.2 數字化學習與創新
2.2.1 數字化工具與資源及其優勢
1. 數字化工具與資源
數字化工具是指能夠采集、獲取、檢索、表示、傳輸、存儲和加工多媒體數字化資源的設備裝置。按其功能不同，大致分為以下幾種：
（1）數據采集（模數轉換）工具。如：聲卡、視頻卡、數碼照相機、數碼錄像機、手寫板、掃描儀
（2）信息獲取工具。如：臺式電腦、筆記本電腦、平板電腦和手機
（3）信息檢索工具。如：搜索引擎和電子詞典
（4）數字化可視化表達工具。如：思維導圖和演示文稿
（5）信息通信交流與傳輸工具。如：電子郵件、博客、社交軟件和視頻會議系統
（6）信息存儲工具。如：光盤、U盤、硬盤和服務器
（7）信息加工工具。如：編程軟件、多媒體制作軟件、網站制作工具和信息系統制作工具
（8）三維設計工具。如：3D制作軟件、3D打印機、虛擬現實和增強現實制作系統
數字化資源是指經過數字化工具處理，可以在多媒體計算機上或網絡環境下運行的，且可以實現共享的多媒體材料。
按其呈現方式不同，數字化資源可分為：數字圖形、圖像、視頻、音頻、文本，多媒體應用軟件、網站、信息系統，計算機模擬，數據文件，數據庫等。
2. 數字化工具與資源的優勢
（1）獲取的便捷性：不受時空和傳遞呈現方式的限制。
（2）形式的多樣性：媒體呈現形式多樣，如文本、圖像、聲音、動畫、視頻等。
（3）資源的共享性：可以反復利用、復制、傳遞和再生。
（4）平臺的互動性：一方面支持學習者網上交流，另一方面學習者可尋求解答。
（5）內容的擴展性：主要表現為可操作性和可再生性。對內容的數字化處理，將更多資源與教學相融合。可以利用工具對信息進行再創造。
3.數字化學習的特點
（1）問題化：將學習問題化，學生通過問題學習可生成問題、提出問題、分析問題、解決問題。
（2）合作性：學習者通過學習平臺交流、共享、協作。
（3）個性化：能以學習者為中心，開展個性化學習。
（4）創造性和再生性：學習者利用網絡課程，可以參與和沉浸在學習中，可以自主、創新的學習。
（5）開放性：學習資源全球共享，實現碎片化學習，終身學習。
2.2.2 體驗數字化創新學習過程
投針實驗：蒙特卡洛方法是計算機模擬的基礎，起源于18世紀數學家蒲豐的投針實驗。投針實驗是指在平面上畫有一組間距為d的平行線，將一根長度為l（l≤d）的針任意擲在平面上，求此針與平行線中任一條相關的概率。這個概率問題在大量實驗后，發現它是一個常數p=2l/πd。
布豐驚奇地發現：有利的扔出與不利的扔出兩者次數的比，是一個包含π的表達式．如果針的長度等于d/2，那么扔出的概率為1/π。扔的次數越多，由此能求出越為精確的π的值。布豐由此發現了另一種求π的方法，這正是利用數字化學習工具的優勢，可以直觀的進行模擬實驗，大大提高了實驗效率、降低成本、安全保險等。
繪制思維導圖的軟件有Xmind、Mindmanager、FreeMind、WPS、希沃電子白板5等。
第二章　數字化學習與創新 學業測試
一、單選題
（1）下列工具中，更適用于免費在線存儲學習資源的是（ ）。
A．微信 B．云盤 C．博客 D．微博
（2）以下關于數據、信息和知識相互關系的理解，不正確的是（ ）。
A．數據是原始事物現象的符號記錄
B．信息等同于知識
C．信息是經加工處理的、具有意義的數據
D．知識是人們運用大腦對獲取或積累的信息進行系統化地提煉、研究和分析的結果
（3）下列屬于數字化學習工具的是（ ）。
A．視頻 B．音頻 C．多媒體課件 D．思維導圖軟件
（4）下列不屬于思維導圖制作工具的是（ ）。
A．Xmind B．Mindmanager C．FreeMind D．Mind+
（5）下列關于投針實驗的描述錯誤的是（ ）。
A．投針實驗起源于18世紀
B．投針實驗中拋擲的次數越多，結果偏離越大
C．投針實驗應用了蒙特卡洛方法并采用計算機進行模擬
D．投針實驗可通過“網絡畫板”平臺進行模擬
（6）在傳統課堂教學中，針對每一名學習者較難展開因材施教與個性化學習。而在數字化學習環境下，學習者可以根據自己的特點自行安排學習進度，從互聯網上選擇自己需要的資源，按照適合自己的方式進行學習。這體現了數字化學習（ ）的特點。
A．個性化 B．合作性 C．問題化 D．創造性和再生性
（7）聲卡、視頻卡、數碼照相機、數碼錄像機、手寫板、掃描儀等設備屬于（ ）數字化工具。
A．信息獲取工具 B．信息檢索工具
C．數據采集工具 D．信息存儲工具
（8）小明正在與班內其他同學共同完成一個項目作業，每個同學按照分工需完成不同的部分和任務，并最終匯總形成本組的項目報告。下列（ ）工具更適合于這樣的團隊合作任務。
A．微信 B．有道云協作 C．網絡畫板 D．Xmind
（9）小芳正在老師的指導下進行項目學習，現學習已經進入成果總結階段，她想查找專業文獻，將自己的學習成果總結形成論文并投遞到某雜志進行公開發表。請問，（ ）工具更適合于她現階段的學習。
A．CNKIE-study B．百度學術 C．微博 D．網易公開課
（10）網絡環境下的自主探究學習主要體現了網絡的（ ）特點。
A．共享和交流 B．開放性
C．信息容量大 D．信息傳播交互性
（11）微博、微信、QQ等軟件平臺都屬于（ ）。
A．網絡課程平臺 B．網絡資源平臺
C．網絡互動平臺 D．網絡教學平臺
（12）在教科書中利用Python探究電流和電壓、電阻的關系實驗里，下列說法錯誤的是（ ）。
A．實驗中的“5,10,15,586,291,198…”等數字表示的是一系列數據
B．實驗中的U=2905.67607341mV表示的是一個具體信息
C．通過實驗，我們驗證了I=U/R這一知識
D．經過實驗驗證，我們得出電流I與電阻R成反比例關系，這是智慧
（13）隨著移動互聯網和物聯網的飛速發展，現實世界的各種事物都變得可感知、可度量，從而生成數量龐大的數據或數據群，依靠（ ）發現和預測規律成為科學研究的第三種方法，它是一種主要以計算機學科為代表，以設計和構造為特征的方法。
A．理論方法 B．實驗方法 C．計算方法 D．分析方法
（14）小明是一名高中生，在通過學校的智慧校園和學習系統進行物理課程的學習時，利用信息技術手段，將物理課本中的概念、方法等內容做成思維導圖，并制作成一個生動的動畫，同時還通過網絡將其與其他同學進行交流分享。這主要體現了數字化學習的（ ）特點。
A．合作性 B．開放化 C．創造性和再生性 D．個性化
（15）在教科書中利用Python探究電流和電壓、電阻的關系實驗里，除了可以通過書中的Jupyter Notebook外，處理數據還可以通過下列（ ）工具實現。
A．Python IDLE B．Xmind C．網絡畫板 D．幾何畫板
分析題
16.在人類的生產、生活和研究活動中，人們不斷學習、總結、發現認識自然、探究規律的方法。“做實驗→獲取觀察數據→分析處理數據→推理建立數學模型→實驗驗證模型→形成知識→應用與解決問題”是一條非常有效的知識發現路徑。
根據以上描述，分析下列問題：
（1）請將選項編號填寫在橫線處：數據 ，信息 ，知識 ，
智慧 。（可選項：①應用與解決問題，②獲取觀察數據，③實驗驗證模型，④形成知識，⑤分析處理數據。）
（2）列舉信息檢索工具、信息通信交流工具各2個。
附加題
17.小明為了更好的理解文本信息的編碼，體驗數字化學習工具的使用，他運用UltraEdit軟件觀察字符串“Welcome to Tongliang middle school! ”的機器內碼。通過UE軟件打開文件后，得到的部分編碼如圖所示。下列對編碼的分析正確的是 （ ）
A．文本文件內所有字符共需要 16B 的存儲空間
B．字符“W”的 ASCII 編碼是“57”
C．字符“e”的內碼表示成二進制是“110101”
D．字符“T”的十六進制內碼是 54，可推出字符“R”的十六進制內碼是 53
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