高中信息技術(shù) 必修1《數(shù)據(jù)與計算》數(shù)據(jù)處理和可視化表達(dá) 大單元教學(xué)設(shè)計（項(xiàng)目主題：典型城市空氣質(zhì)量變化研究）

第五章數(shù)據(jù)處理和可視化表達(dá)

大單元教學(xué)設(shè)計

一、項(xiàng)目簡介

項(xiàng)目主題典型城市空氣質(zhì)量變化研究___________________________________________

2020年9月22日在75屆聯(lián)合國大會上我國提出將努力在2060年實(shí)現(xiàn)

“碳中和”，2021年“碳達(dá)標(biāo)”和“碳中和”首次寫入政府工作報告，

2022年10月16日也再次提到了碳達(dá)標(biāo)。近幾年，我國各地方

項(xiàng)目背景政府先后采取了一系列措施整治環(huán)境，各個城市空氣質(zhì)量也都有了明顯的改

善，中國對空氣質(zhì)量的嚴(yán)格要求對推動全球氣候治理起到關(guān)鍵性的推動作

用。本項(xiàng)目以大數(shù)據(jù)為依托，對各典型城市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分

析，進(jìn)而探究數(shù)據(jù)背后的真相。

廣東教育出版社普通高中教科書信息技

對應(yīng)教材課時安排4課時

術(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計算》第五章_____________

二、課程標(biāo)準(zhǔn)及目標(biāo)分析

（-）課程標(biāo)準(zhǔn)及教材分析

1.本章對應(yīng)課標(biāo)的內(nèi)容要求

通過典型的應(yīng)用實(shí)例，了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達(dá)的基本方法。

根據(jù)任務(wù)需求，選用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)，完成分析報告，理解對數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)

的意義。

2.本章對應(yīng)的學(xué)業(yè)要求

A-I：能夠描述數(shù)據(jù)與信息的特征。（信息意識）

A-3：能夠根據(jù)需要選用合適的數(shù)字化工具開展學(xué)習(xí)。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）

A-4：了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達(dá)的基本方法。（計算思維）

A-5：能夠利用軟件工具或平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、組織、計算與呈現(xiàn)，并能通過技術(shù)方法對

數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。（計算思維、信息社會責(zé)任）

A-6：在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，完成分析報告。（計算思維）

3.本章的地位和作用

1

本章是本教科書的第五章，將帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)處理和可視化表達(dá)”的教學(xué)內(nèi)容，也是學(xué)

習(xí)選擇性必修模塊《數(shù)據(jù)管理與分析》和《人工智能初步》的基礎(chǔ)知識與技能準(zhǔn)備。本章以培養(yǎng)

信息素養(yǎng)為目標(biāo)，以知識技能為載體，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動為途徑，開展自主、協(xié)作、探究學(xué)習(xí)，讓

學(xué)生了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達(dá)的基本方法。

本章以“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”為項(xiàng)目范例，通過“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”項(xiàng)

目，讓學(xué)生認(rèn)識和了解大數(shù)據(jù)，學(xué)會選用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)信息，已逐步成

為人們解決問題的一種重要方式；并通過對數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、處理，以及從中發(fā)掘

有價值的信息等過程，讓學(xué)生全面了解數(shù)據(jù)與計算的重要意義，從而提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

（二）本章對應(yīng)達(dá)成的學(xué)科核心素養(yǎng)

（1）針對特定的信息問題，自覺、主動比較不同的信息源，能描述數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系，確

定合適的信息獲取策略。（信息意識1）

（2）依據(jù)特定任務(wù)需求，甄別不同信息獲取方法的優(yōu)劣，并能利用適當(dāng)途徑甄別信息。

（信息意識1）

（3）在日常生活中，根據(jù)實(shí)際解決問題的需要，恰當(dāng)選擇數(shù)字化工具，具備信息安全意

識。（信息意識1）

（4）主動關(guān)注信息技術(shù)工具發(fā)展中的新動向和新趨勢，有意識地使用新技術(shù)處理信息。

（信息意識1）

（5）針對給定的任務(wù)進(jìn)行需求分析，明確需要解決的關(guān)鍵問題。（計算思維1）

（6）按照問題解決方案，選用適當(dāng)?shù)臄?shù)字化工具或方法獲取組織分析數(shù)據(jù)，并能遷移到其

他相關(guān)問題的解決過程中。（計算思維1）

（7）在學(xué)習(xí)過程中能夠評估常用的數(shù)字化工具資源，根據(jù)需要合理選擇。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與

創(chuàng)新1）

（8）在信息活動中，具有信息安全意識，尊重和保護(hù)個人及他人的隱私（信息社會責(zé)任

1）

（三）目標(biāo)分析

1.項(xiàng)目目標(biāo)

本章以“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”為項(xiàng)目范例，通過“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”項(xiàng)

目，組織學(xué)生進(jìn)行自主、協(xié)作、探究學(xué)習(xí)，讓學(xué)生認(rèn)識大數(shù)據(jù)及其特征、理解數(shù)據(jù)對日常生活的

影響，了解數(shù)據(jù)采集的基本方法及其對數(shù)據(jù)保護(hù)的意義，能夠在一大批雜亂無章的數(shù)據(jù)中，運(yùn)用

數(shù)字化的工具和技術(shù)分析數(shù)據(jù)，并學(xué)會選用恰當(dāng)工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)，以便更好的理解數(shù)

據(jù)。學(xué)習(xí)過程將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入運(yùn)用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程

中，促進(jìn)本章對應(yīng)課標(biāo)的學(xué)科核心素養(yǎng)水平的達(dá)成，完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.學(xué)業(yè)目標(biāo)

（1）能夠了解大數(shù)據(jù)的概念；

（2）能夠理解大數(shù)據(jù)的特征；

（3）能夠了解大數(shù)據(jù)對日常生活的影響；

2

（4）能夠明晰傳統(tǒng)數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)的區(qū)別；

（5）能夠明確數(shù)據(jù)應(yīng)用項(xiàng)目的需求，能制定數(shù)據(jù)采集的需求清單；

（6）能夠了解數(shù)據(jù)采集的方法和工具；

（7）能夠理解對數(shù)據(jù)保護(hù)的意義；

（8）能夠了解數(shù)據(jù)預(yù)處理及分析；

（9）能夠體驗(yàn)多種數(shù)據(jù)分析技術(shù)；

（10）能夠掌握選用恰當(dāng)?shù)墓ぞ咛幚頂?shù)據(jù)；

（11）能夠掌握總結(jié)和歸納數(shù)據(jù)分析的方法和步驟；

（12）能夠了解數(shù)據(jù)可視化的兩種類型；

（13）能夠?qū)W會選用恰當(dāng)?shù)墓ぞ呖梢暬磉_(dá)數(shù)據(jù)，揭示數(shù)據(jù)反映的本質(zhì)問題，提升數(shù)據(jù)分析

的效率；

（14）能夠撰寫數(shù)據(jù)分析報告。

令重點(diǎn)：

（1）了解數(shù)據(jù)采集的方法和工具；

（2）了解數(shù)據(jù)預(yù)處理及分析；

（3）體驗(yàn)多種數(shù)據(jù)分析技術(shù)；

（4）選用恰當(dāng)?shù)墓ぞ呖梢暬磉_(dá)數(shù)據(jù)，揭示數(shù)據(jù)反映的本質(zhì)問題，提升數(shù)據(jù)分析的效率。

。難點(diǎn)：

（1）體驗(yàn)多種數(shù)據(jù)分析技術(shù)；

（2）選用恰當(dāng)?shù)墓ぞ呖梢暬磉_(dá)數(shù)據(jù)，揭示數(shù)據(jù)反映的本質(zhì)問題，提升數(shù)據(jù)分析的效率。

三、學(xué)情分析

學(xué)生在第四章已經(jīng)體驗(yàn)了利用程序去解決問題。了解了PythOn程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)知識，

掌握了程序的順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，學(xué)會了使用程序設(shè)計語言實(shí)現(xiàn)簡單算法，體驗(yàn)了

程序設(shè)計基本流程，掌握了程序調(diào)試與運(yùn)行的方法。

四、教學(xué)方法和策略

創(chuàng)設(shè)數(shù)據(jù)處理和可視化表達(dá)的活動情境，組織學(xué)生在解決問題的過程中探究數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)

分析和數(shù)據(jù)可視化表達(dá)的方法，通過小組學(xué)習(xí)選用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)，完成分析報

告發(fā)展學(xué)生的計算思維，提升學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

五、資源列表

資源名稱__________清單及描述_________形式（類型）來源

課件第五章數(shù)據(jù)處理和可視化表達(dá)演示文稿教師制作

___________（課件）____________

3

微課5-3聚類分析程序介紹_________微課視頻教師制作

《近十年氣象變化》

學(xué)習(xí)資料文檔、視頻教師準(zhǔn)備

《探究大數(shù)據(jù)特征》____________

軟件工具后羿采集器_________________軟件互聯(lián)網(wǎng)

六、學(xué)習(xí)活動流程

七、學(xué)習(xí)活動設(shè)計

范例學(xué)習(xí)＞---------------------------------------------------------------

項(xiàng)目主題

1典型城市空氣質(zhì)量變化研究

項(xiàng)目背景

2020年9月22日在75屆聯(lián)合國大會上我國提出將努力在2060年

實(shí)現(xiàn)“碳中和”，2021年“碳達(dá)標(biāo)”和“碳中和”首次寫入政府工作

報告，2022年10月16日也再次提到了碳達(dá)標(biāo)。近幾

年，我國各地方政府先后采取了一系列措施整治環(huán)境，各個城市空氣

質(zhì)量也都有了明顯的改善，中國對空氣質(zhì)量的嚴(yán)格要求對推動全球氣

“候治理起到關(guān)鍵性的推動作用。本項(xiàng)目以大數(shù)據(jù)為依托，對各典型城

市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，進(jìn)而探究數(shù)據(jù)背后的真相。

項(xiàng)目目標(biāo)

通過項(xiàng)目的完成，認(rèn)識大數(shù)據(jù)及其特征，認(rèn)識大數(shù)據(jù)對人們?nèi)粘?/p>

b生活的影響，了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達(dá)的基本方法；學(xué)會選

用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)，完成分析報告；理解對數(shù)據(jù)進(jìn)行

保護(hù)的意義，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

工具和方法

組建團(tuán)隊、明確任務(wù)；采用Python語言和數(shù)據(jù)分析方法等，實(shí)

施探究。

:；實(shí)施過程

(1)明確項(xiàng)目問題

(2)規(guī)劃設(shè)計：制訂項(xiàng)目學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)規(guī)劃

(3)探究活動：通過探究活動了解數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達(dá)的

基本方法；學(xué)會選用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚱脚_處理數(shù)據(jù)，完成分析報告。

(4)作品制作：“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”可視化報告

(5)成果交流

(6)活動評價

成果

“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”可視化報告

項(xiàng)目選題聿---------------------------------------------------------------

教師活動

提供選題，并參與到小組的選題及立題目的討論中。

學(xué)生活動

根據(jù)教師提供的項(xiàng)目背景選題或自擬，小組頭腦風(fēng)暴后確定項(xiàng)目

選題及研究目的，以小組為單位，填寫《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表》“項(xiàng)

目選題”欄目。

項(xiàng)目規(guī)劃?--------------------------------------------------------------

教師活動

強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目目標(biāo)及學(xué)習(xí)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生分析項(xiàng)目問題，指導(dǎo)小組完

成項(xiàng)目規(guī)劃，組織開展方案交流。

?學(xué)生活動

小組依照項(xiàng)目范例，結(jié)合本組選題，制訂本組項(xiàng)目規(guī)劃方案，填

寫《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表》“項(xiàng)目規(guī)劃”欄目。

活動探究J---------------------

項(xiàng)目實(shí)施下

第一課時

一、創(chuàng)設(shè)情景，視頻導(dǎo)入課程

教師活動

教師在課程開始之前播放《近十年氣象變化》視頻，教師根據(jù)視

頻內(nèi)容進(jìn)行提問。

€>學(xué)生活動

5

學(xué)生回答問題

教師活動

教師歸納，評價引入本節(jié)課內(nèi)容

~^二、任務(wù)驅(qū)動景，內(nèi)容講解

教師活動

教師對大數(shù)據(jù)的概念進(jìn)行細(xì)化、講解。

大數(shù)據(jù)：是指無法在可承受的時間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進(jìn)行高

效捕捉、管理和處理的信息集合，是需要新處理模式才能具有更強(qiáng)的

決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程化能力的海量、高增長率和多樣化的信息

資產(chǎn)。

學(xué)生活動

學(xué)生認(rèn)真聽講，并對大數(shù)據(jù)概念進(jìn)行再定義。

活動1:大數(shù)據(jù)的基本特征。

教師活動

播放互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生大數(shù)據(jù)的視頻，讓學(xué)生觀看視頻交流討論，得出

大數(shù)據(jù)的4v特征

學(xué)生活動

觀看視頻，回答問題

教師活動

數(shù)據(jù)體量大，數(shù)據(jù)類型繁多，變化速度快，價值密度低

教師對特征進(jìn)行詳細(xì)解讀，并結(jié)合案例和學(xué)生的回答。

:活動2：通過學(xué)習(xí)任務(wù)單中案例，體會大數(shù)據(jù)對日常生活產(chǎn)生的影

響。

教師活動

展示案例，帶領(lǐng)學(xué)生分析及交流，讓學(xué)生自主探討大數(shù)據(jù)對人類

φ日常生活產(chǎn)生的影響。

6

學(xué)生活動

通過案例分析，理解大數(shù)據(jù)帶來的影響：方便支付、方便出行、

方便購物與產(chǎn)品推銷、方便看病與診病，以及個人信息泄露、信息詐

騙、信息傷害等。填寫《學(xué)習(xí)任務(wù)單》。

教師活動

教師進(jìn)行評價和歸納，引入項(xiàng)目

三、項(xiàng)目提出，小組合作

活動3：提供選題，小組分工討論并明確項(xiàng)目主題—典型城市空氣

質(zhì)量變化研究。

教師活動

提供項(xiàng)目選題，讓學(xué)生根據(jù)既定的選題確定本章需要探究的項(xiàng)目主題

城市。

學(xué)生活動

學(xué)生交流討論確定小組項(xiàng)目城市

四、項(xiàng)目規(guī)劃，創(chuàng)新發(fā)展

教師活動

學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目學(xué)習(xí)單，參考書本上的項(xiàng)目規(guī)劃圖，完成本組項(xiàng)目規(guī)劃

圖和項(xiàng)目學(xué)習(xí)單。

數(shù)據(jù)采集-------?數(shù)據(jù)分析-------?數(shù)據(jù)可視化分

學(xué)生活動

各小組成員之間相互討論，利用思維導(dǎo)圖軟件，制訂本組項(xiàng)目的學(xué)習(xí)

規(guī)劃，并完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)單。

五、展示歸納，反思升華

7

展示各小組的項(xiàng)目規(guī)劃圖，各小組可相互借鑒并修改。展示本節(jié)課所

學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時，請學(xué)生課后討論如何獲取大量數(shù)據(jù)并保存

第二課時

一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入

根據(jù)上節(jié)課的內(nèi)容，引出本節(jié)課的知識一一數(shù)據(jù)的采集。

、二、探究活動

3活動4確定項(xiàng)目數(shù)據(jù)需求。通過查找資料，學(xué)習(xí)和交流，了解數(shù)據(jù)

采集的基本方法和常用工具。根據(jù)選定的項(xiàng)目主題，確定項(xiàng)目的數(shù)據(jù)

需求，列出數(shù)據(jù)采集清單和內(nèi)容大綱，

教師活動

帶領(lǐng)學(xué)生了解數(shù)據(jù)采集的基本方法和常用工具；以項(xiàng)目范例為例，引

導(dǎo)學(xué)生對項(xiàng)目問題進(jìn)行抽象與建模，確定項(xiàng)目需要利用哪些工具來爬取數(shù)

據(jù)。

V學(xué)生活動

通過學(xué)習(xí)和交流，借助學(xué)習(xí)資源，了解傳感器采集法及其它數(shù)據(jù)采集

法，并對小組項(xiàng)目問題進(jìn)行抽象與建模，小組結(jié)合本組選題，分析和確定

本組項(xiàng)目的數(shù)據(jù)內(nèi)容需求、數(shù)據(jù)來源、采集方法和工具以及數(shù)據(jù)保存形

式，填寫《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表》“探究活動項(xiàng)目實(shí)施”欄目中的“活

動4”的內(nèi)容。

活動5：采集數(shù)據(jù)。通過學(xué)習(xí)'交流'探究和實(shí)踐，結(jié)合本小組選

題，了解Python第三方庫的安裝，體驗(yàn)爬蟲程序；指導(dǎo)學(xué)生安裝后羿

采集器，在線爬取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

教師活動

提供項(xiàng)目范例中的Python程序代碼，介紹有關(guān)第三方庫模塊安裝與

使用、爬蟲程序采集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的基本操作指引，使用爬蟲程序體驗(yàn)爬取宣

城市一天的天氣數(shù)據(jù)；指導(dǎo)學(xué)生安裝后羿采集器，在線體驗(yàn)采集太原、合

肥、杭州三個主要城市的空氣質(zhì)量指數(shù)及其它數(shù)據(jù)并生成CSV文件，保存

文件為典型城市.xls,為本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析具體實(shí)施做好準(zhǔn)備。

?學(xué)生活動

通過學(xué)習(xí)、交流、探究和實(shí)踐，借助學(xué)習(xí)資源，認(rèn)識第三方庫的

安裝、運(yùn)行爬蟲程序采集宣城市一天的天氣數(shù)據(jù)；利用后羿采集器采

8

集本項(xiàng)目所需數(shù)據(jù)，填寫《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表》“探究活動項(xiàng)目實(shí)

施”欄目中的“活動5”的內(nèi)容。

第三課時

一、問題引入：（展示上節(jié)課采集數(shù)據(jù)截圖）你能從這些圖中獲取有

用的信息嗎？你能發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)內(nèi)在的結(jié)構(gòu)和規(guī)律嗎？

二、數(shù)據(jù)分析

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理

教師活動

引導(dǎo)學(xué)生觀察圖片及發(fā)現(xiàn)問題（數(shù)據(jù)重復(fù)和缺失值）。

學(xué)生活動

結(jié)合發(fā)現(xiàn)的問題講解數(shù)據(jù)預(yù)處理關(guān)鍵代碼。

（2）特征值探索

教師活動

結(jié)合采集的數(shù)據(jù)，講解特征值探索的代碼。

學(xué)生活動

理解講授內(nèi)容。

活動6：特征探索（數(shù)據(jù)預(yù)處理）。通過學(xué)習(xí)'交流、探究和實(shí)踐，

結(jié)合本小組選題，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)和處理缺失值'

處理異常數(shù)據(jù)'求最值、極差，觀察分析數(shù)據(jù)的分布特征。

教師活動：

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單體驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理。

學(xué)生活動

通過學(xué)習(xí)、交流、探究和實(shí)踐，借助學(xué)習(xí)資源，小組結(jié)合本組選

題，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，利用程序發(fā)現(xiàn)和處理缺失值、處理異常數(shù)據(jù)填寫

《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表》中“活動6”相關(guān)的內(nèi)容。

活動7：特征探索（平均值分析）。通過學(xué)習(xí)、交流、探究和實(shí)踐，

結(jié)合小組選題，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值分析。

教師活動

提供項(xiàng)目范例中的PythOn程序代碼，提供有關(guān)采集的數(shù)據(jù)集、數(shù)

據(jù)特征探索基本操作指引（或微課）。通過采集2016-2021年的日空

氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)，講解特征值（平均值）探索的代碼，指導(dǎo)學(xué)生計算

年平均空氣質(zhì)量指數(shù)，通過對比后觀察空氣質(zhì)量是否逐年變好。

學(xué)生活動

通過學(xué)習(xí)、交流、探究和實(shí)踐，借助學(xué)習(xí)資源，小組結(jié)合本組選

題，利用程序?qū)Σ杉降木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值分析，同時填寫《項(xiàng)目

學(xué)習(xí)活動記錄表》“活動7”的內(nèi)容。

根據(jù)項(xiàng)目選題，樣表如下：

ABABAIB

1年份,空氣質(zhì)量指數(shù)1年份,空氣質(zhì)是指數(shù)1年份空氣質(zhì)量指數(shù)

220168422016712201699

3201784Γ]20176732017103

420187542018624201899

52019715.2019615201989

620206062020516202084

720215972021497202182

合肥杭州太原

活動8：詞云圖。通過學(xué)習(xí)、交流、探究和實(shí)踐，結(jié)合小組選題，以

可視化的方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。

問題引入：如果我們獲取的信息是文本信息，那該如何分析呢？

教師活動

提供項(xiàng)目范例中的PythOn程序代碼，指導(dǎo)學(xué)生利用詞云圖可視化

呈現(xiàn)數(shù)據(jù)；利用詞云圖可視化呈現(xiàn)程序采集到的文本信息，分析可視

化呈現(xiàn)結(jié)果。

學(xué)生活動

通過學(xué)習(xí)、交流、探究和實(shí)踐，借助學(xué)習(xí)資源，小組結(jié)合本組選

題，利用程序?qū)Σ杉降木W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，分析數(shù)據(jù)可視化

呈現(xiàn)結(jié)果，同時填寫《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表》“探究活動項(xiàng)目實(shí)施”

欄目中的“活動8”的內(nèi)容。

第四課時

一、情景導(dǎo)入:

記憶力大挑戰(zhàn)：請在5秒鐘的時間內(nèi)觀察兩幅圖上的空氣質(zhì)量數(shù)

據(jù)，分別找出兩幅圖中空氣質(zhì)量最好的城市。（為什么大家在右圖中

很快能找到空氣質(zhì)量最好的城市？右圖更直觀，數(shù)據(jù)記憶得更深刻。）

二、探究活動

■活動9：數(shù)據(jù)可視化表達(dá)的呈現(xiàn)類型，同時填寫《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄

《表》“探究活動項(xiàng)目實(shí)施”欄目中的“活動9”的內(nèi)容。

教師活動:

創(chuàng)造情境，引入可視化概念。給出可視化實(shí)例，讓學(xué)生體驗(yàn)可視化

優(yōu)點(diǎn)；給出典型案例，分析可視化呈現(xiàn)的類型。

____________________________________________合適的圖表

___________全國人口逐年變化情況___________

________大數(shù)據(jù)在各行業(yè)中的應(yīng)用比例________

___________比較兩位同學(xué)的成績差異__________

___________學(xué)校周邊有圖書館嗎?____________

小說《三國演義》中，哪些人物的出場次數(shù)最

學(xué)生活動:

體驗(yàn)可視化的直觀生動。小組合作探究，根據(jù)具體情景，選擇合

適的可視化圖表。

Ik---------------------------------------------------------------------------------

活動10：利用EXCel軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn)。同時填寫《項(xiàng)

目學(xué)習(xí)活動記錄表》“探究活動項(xiàng)目實(shí)施”欄目中的“活動10”的內(nèi)

容O

教師活動

分析EXCel作圖的注意要點(diǎn)，展示小組分工任務(wù)。

空氣質(zhì)量指數(shù)

年份太原合肥杭州

2016998571

20171038467

11

2018997562

2019897161

2020846051

2021825949

學(xué)生活動

小組結(jié)合本組選題，利用excel對本小組數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，

分析數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)結(jié)果，同時填寫《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表》“探究

活動項(xiàng)目實(shí)施”欄目中的“活動10”的內(nèi)容。

H活動11：使用Python編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)。根據(jù)老師提供的

項(xiàng)目范例代碼，深入體會數(shù)據(jù)可視化表達(dá)方式。通過交流與探究，實(shí)現(xiàn)數(shù)

據(jù)可視化表達(dá)。

教師活動

提供項(xiàng)目范例中的PythOn程序代碼。引導(dǎo)學(xué)生利用程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)

據(jù)可視化表達(dá)。

#導(dǎo)入matplotlib庫的pyplot子庫

importmatplotlib.pyplotaspit

#定義兩個列表用于存儲X軸和Y軸的變量

x=[2016,2017,2018,2019,2020,2021]

y=[84,83,75,71,60,59]

Xpit.plot(x,y)#繪制折線圖

pit.show()#顯示圖表

總結(jié)：畫圖代碼：

1、柱狀圖：pit.bar(x,y,width=0.5)

2、散點(diǎn)圖:pit.scatter(x,y,s=100,color="green")

3、餅圖:act=['Γ,'2','3','4','5','6']

pit.pie(x,labels=act)

4,折線圖：pit.plot(x,y)

學(xué)生活動

小組結(jié)合本組項(xiàng)目選題，利用Python編程對本小組數(shù)據(jù)進(jìn)行可視

化呈現(xiàn)，分析數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)結(jié)果，同時填寫《項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄

表》“探究活動項(xiàng)目實(shí)施”欄目中的“活動11”的內(nèi)容。

12

項(xiàng)目實(shí)施，--------------------------------------------------------------

各小組參照項(xiàng)目范例的樣式，運(yùn)用數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，如用演示文

稿歸納所學(xué)知識，梳理探究活動的成果，撰寫相應(yīng)的項(xiàng)目成果報告。

成果交流A--------------------------------------------------------------

各小組在小組或班級上進(jìn)行展示與交流，共享創(chuàng)造、分享快樂。

活動評價，--------------------------------------------------------------

各小組根據(jù)項(xiàng)目選題、擬訂的項(xiàng)目方案、實(shí)施情況以及所形成的

項(xiàng)目成果，利用“作品評價量規(guī)”及教科書附錄2的“項(xiàng)目活動評價

表”，開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動評價。

八、學(xué)習(xí)成果：“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”可視化報告

九、評價方案

（一）評價時間線

項(xiàng)目選題項(xiàng)目規(guī)劃探究活動項(xiàng)目實(shí)施成果交流活動評價

項(xiàng)目范例報告項(xiàng)目范例報告項(xiàng)目范例報告項(xiàng)目范例報告項(xiàng)目活動評價表項(xiàng)目活動評價表

項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動項(xiàng)目學(xué)習(xí)活項(xiàng)目學(xué)習(xí)活項(xiàng)目學(xué)習(xí)活作品評價量規(guī)作品評價量規(guī)

記錄表動記錄表動記錄表動記錄表

（-）評價工具

評價方法/工具_(dá)_______________________評價的過程和目標(biāo)________________________

用于整個活動，主要作用是為學(xué)生項(xiàng)目實(shí)施和作品制作提供示范和引

項(xiàng)目范例報告

領(lǐng)。（見附件1）________________________________________________

項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記用于整個學(xué)習(xí)活動，主要作用是指導(dǎo)學(xué)生開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動，明確項(xiàng)目

錄表學(xué)習(xí)內(nèi)容，記錄學(xué)習(xí)過程及階段性成果。（見附件2）________________

使用量規(guī)項(xiàng)目來幫助學(xué)生創(chuàng)作高品質(zhì)的作品，確保達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期。同時

作品評價量規(guī)

用量規(guī)為同伴的作品提供反饋。教師使用量規(guī)來評價。（見附件3）

對整個項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程中各環(huán)節(jié)，學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成的情況進(jìn)行評價。

項(xiàng)目活動評價表

（見教科書附錄2）______________________________________________

十、項(xiàng)目實(shí)施說明

（-）關(guān)于課時分配

13

建議課時分配如下：

第1課時：范例展示、項(xiàng)目選題與項(xiàng)目規(guī)劃一一活動1、活動2、活動3

第2課時：探究活動、項(xiàng)目實(shí)施——活動4、活動5、

第3課時：探究活動、項(xiàng)目實(shí)施——活動6、活動7、活動8

第4課時：項(xiàng)目實(shí)施、成果交流評價一活動9、活動10、活動11

（二）關(guān)于項(xiàng)目范例

本章教師通過“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”項(xiàng)目范例，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)處理和可

視化表達(dá)”。

（S）關(guān)于項(xiàng)目選題

圍繞本章項(xiàng)目范例“典型城市空氣質(zhì)量變化研究”，根據(jù)生活中常見的數(shù)據(jù)分析和可視

化表達(dá)，細(xì)化項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動的主題，提供給學(xué)生開展學(xué)習(xí)。

1.杭州市空氣質(zhì)量變化數(shù)據(jù)分析和可視化表達(dá)；

2.太原市空氣質(zhì)量變化數(shù)據(jù)分析和可視化表達(dá)；

3,合肥市空氣質(zhì)量變化數(shù)據(jù)分析和可視化表達(dá)；

（四）關(guān)于探究活動

“探究活動”對應(yīng)項(xiàng)目范例的主題，串聯(lián)知識點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)范例的同時自選項(xiàng)目主題，結(jié)

合范例學(xué)習(xí)，完成自選主題的項(xiàng)目探究活動。“探究活動”的設(shè)計，使得學(xué)生在做項(xiàng)目的過程中

學(xué)習(xí)知識、建構(gòu)知識。教師提供記錄表單和學(xué)習(xí)資源對學(xué)生的自主探究給予幫助和支持，以提高

學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

十一、附件

附件1：項(xiàng)目范例可視化報告

典型城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)分析報告

一`引言

2020年9月22日在75屆聯(lián)合國大會上我國提出將努力在2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”，2021年“碳達(dá)標(biāo)”

和“碳中和”首次寫入政府工作報告，2022年10月16日也再次提到了碳達(dá)標(biāo)。近幾年，我國

各地方政府先后采取了一系列措施整治環(huán)境，各個城市空氣質(zhì)量也都有了明顯的改善，中國對空氣質(zhì)量的嚴(yán)格

要求對推動全球氣候治理起到關(guān)鍵性的推動作用。本項(xiàng)目以大數(shù)據(jù)為依托，對各典型城市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行

采集和分析，進(jìn)而探究數(shù)據(jù)背后的真相。

二、分析目的

隨著國家對空氣質(zhì)量指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)提高，各地政府先后采取了一系列政策和方法治理環(huán)境。通過大數(shù)據(jù)分

析，我們可以了解到三個典型城市的在近幾年的空氣質(zhì)量指數(shù)變化，進(jìn)而可以了解到數(shù)據(jù)背后，政府在治污或

排放工作上的完成力度。通過不同城市的縱向?qū)Ρ龋覀冞€可以更深入地了解本地城市環(huán)境治理上存在的問

題。

三、分析內(nèi)容與步驟

14

1.分析內(nèi)容

(1)常見數(shù)據(jù)的采集。

(2)典型城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)分析。

(3)數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)方法。

2.分析步驟

(1)確定數(shù)據(jù)來源。

(2)確定數(shù)據(jù)分析方法。

(3)用恰當(dāng)工具可視化表達(dá)數(shù)據(jù)。

四、分析工具和方法

組建團(tuán)隊、明確任務(wù)；采用Python工具和可視化分析工具，實(shí)施探究。

五、分析過程

1.確定數(shù)據(jù)來源

我們所分析的空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)，必須來源于某一個天氣網(wǎng)站。我們利用PythOn工具中的爬蟲模塊，對

數(shù)據(jù)抓取和分析。為了方便體驗(yàn)，我們利用后羿采集器，在線對數(shù)據(jù)進(jìn)行抓取和分析。

抓取數(shù)據(jù)的程序如下所示：

(1)抓取頁面設(shè)置。

#獲取網(wǎng)頁內(nèi)容

defgetHTMLtext(url):

try:

r=requests,get(url,timeout=30)#用requests抓取網(wǎng)頁信息

r.raise_for_statusO#可以在程序產(chǎn)生異常再停止程序

r.encoding=r.apparent_encoding#設(shè)置編碼標(biāo)準(zhǔn)

Print("成功訪問%s'%url)

returnr.text

except:

Print("訪問錯誤")

ret,urnH//

(2)提取天氣數(shù)據(jù)。

#提取需要的數(shù)據(jù)

IRfget_data(html):

final_day=[]#初始化一個列表保存數(shù)據(jù)

bs=BeautifulSoup(html,zzhtml.parser')#創(chuàng)建BeaUtifUlSoUP對象

body=bs.body

#下面爬取當(dāng)天的天氣數(shù)據(jù)

data=body,fineLallcdiv',{'class5:'left-div,})

text=data[2].find(`script,).string

text=text[text,index(,=,)+1:-2]#移除改Vardata=將其變?yōu)閖son數(shù)據(jù)

jd=json.loads(text)

dayone=jd[od,][,od2,]#找到當(dāng)天的數(shù)據(jù)

count=0

fori1ΓJdayone:

temp=[]

ifcount<=23:

temp,append(i['od21'])#添加時間

temp,append(i['od22,])添加當(dāng)前時刻溫度

temp,append(i['Od24'])添加當(dāng)前時刻風(fēng)力方向

temp,append(i['Od25'])n添加當(dāng)前時刻風(fēng)級

temp,append(i[?od26,])添加當(dāng)前時刻降水量

temp,append(i[Od27；])#添加當(dāng)前時刻相對濕度

temp,append(i[,Od28'])U添加當(dāng)前時刻控制質(zhì)量

final_day.append(temp)

count=count+1

returnfinal_day

15

(3)輸出及保存數(shù)據(jù)。

#將數(shù)據(jù)格式化輸出

'Print_data(data,CityName):

items=[]

print(z,?t?t?tU24小時天氣預(yù)博”.format(CityNaIne))

printCk4}?t{√4}?t{√8}?t{r4}?t[√4}?t{r8}?t{r8)?format('小時'，‘溫度‘，’風(fēng)力方向‘，‘風(fēng)級'，'降水量'，'相對濕度‘，‘空氣質(zhì)量'))

foriinrange(23,-1,-1):

items=data[i]

printC':4)?t4]?t1：^8}?t{:4}?t{:^4}?t{:^8}?t{:^8}.format(items[0],ltems[l],items[2],items[3],items[4],items[5],items[6]))

4將數(shù)據(jù)寫入CSV文件

defwrite_to_csv(file_name,data,day=l):

…iiopen(file_name,'a>,errors≈,ignore,,newline=',)f:

header=「小時'，‘溫度‘，’風(fēng)力方而‘，’血級‘，’降水量‘，’相對濕度‘，‘空氣質(zhì)量']

f_csv=csv.writer(f)

f_csv.writerow(header)

f_csv.writerows(data)

PrintT'數(shù)據(jù)已寫入csv,請在文件夾中查看‘)

2.確定數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)分析一般包括特征探索、關(guān)聯(lián)分析、聚類與分類、建立模型和模型評價以及其它的數(shù)據(jù)分析方法

等。

(1)大數(shù)據(jù)特征探索的主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)和處理缺失值、異常數(shù)據(jù)，繪制直方圖，觀

察分析數(shù)據(jù)的分布特征，求最大值、最小值、極差等描述性統(tǒng)計量。

(2)平均分析法是運(yùn)用計算平均數(shù)的方法來反映總體在一定時間、地點(diǎn)等條件下某一數(shù)量特征的一般水

平。平均指標(biāo)是最常用的算術(shù)平均數(shù)。

(3)詞頻分析(WordFrequencyAnalysis)是對文獻(xiàn)正文中重要詞匯出現(xiàn)的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計與分析，是文

本挖掘的重要手段。

3.用恰當(dāng)工具可視化表達(dá)數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)可視化可以讓人們快速抓住要點(diǎn)信息，讓關(guān)鍵的數(shù)據(jù)點(diǎn)從人們的眼睛快速通往心靈深處。從常用和

實(shí)用的維度，大數(shù)據(jù)可視化的呈現(xiàn)類型主要分為探索和解釋兩種不同的類型。探索類型可以幫助人們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)

背后的價值，而解釋類型則把數(shù)據(jù)簡單明了地解釋給人們。按照處理數(shù)據(jù)類型的不同，可視化呈現(xiàn)的主要方式

如下表所示。

16

數(shù)據(jù)分析類型可視化呈現(xiàn)類型

分組柱形圖雄疊柱形圖折線圖柱線混合圖

H■I

有關(guān)趨勢的

I??I■?I?■:

分析i)ihiuιl*∣ι*'111

C6?R?ttrrrt?*?????MaMfweeavl?—rlikriF??Fk

六`分析結(jié)果

1.大數(shù)據(jù)是人們提取信息、做出決策的重要依據(jù)，是推動信息社會發(fā)展的重要資源

大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是與人類日益普及的網(wǎng)絡(luò)行為所伴生的：物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)、

電腦以及遍布地球各個角落的各種各樣的傳感器，無一不是數(shù)據(jù)的來源或是承載的方式?；ヂ?lián)網(wǎng)生成的數(shù)據(jù)

量，不僅遠(yuǎn)超此前一切人類所生成的數(shù)據(jù)量的總和，而且在以大爆發(fā)性的速度不斷增長。大數(shù)據(jù)成為人們提取

信息、做出決策的重要依據(jù)，是推動信息社會發(fā)展的重要資源。

2.大數(shù)據(jù)采集的工具和方法是大數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵

大數(shù)據(jù)的來源廣泛（主要是互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)）、類型豐富、規(guī)模巨大。采集大數(shù)據(jù)首先要明確大數(shù)據(jù)應(yīng)

用項(xiàng)目的需求，圍繞選定的項(xiàng)目主題，制訂大數(shù)據(jù)采集的需求清單和內(nèi)容大綱，采用適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ哌M(jìn)行采

集。

大數(shù)據(jù)作為一種工具，用在什么地方、掌握在誰手里都是次要的，關(guān)鍵是看怎樣利用這個工具。在安全

的前提下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，真正創(chuàng)造數(shù)據(jù)價值，這才是大數(shù)據(jù)真正的目的。

3.Python語言是大數(shù)據(jù)可視化表達(dá)的高效工具

在大數(shù)據(jù)時代，復(fù)雜繁多且不同類型的數(shù)據(jù)大量涌來，往往超出了人們的處理能力，人類的大腦也難以

從堆積如山的數(shù)據(jù)中快速發(fā)現(xiàn)核心問題，而數(shù)據(jù)可視化可以把枯燥乏味的海量數(shù)據(jù)以豐富的視覺效果呈現(xiàn)數(shù)據(jù)

所反映的本質(zhì)問題，有效提升數(shù)據(jù)分析的效率。大數(shù)據(jù)可視化是指以圖形、圖像、地圖、動畫等生動、易于理

解的方式展示數(shù)據(jù)和詮釋數(shù)據(jù)之間的關(guān)系、趨勢與規(guī)律等，以便更好地理解數(shù)據(jù)。

大數(shù)據(jù)可視化可以讓人們快速抓住要點(diǎn)信息，讓關(guān)鍵的數(shù)據(jù)點(diǎn)從人們的眼睛快速通往、心靈深處。大數(shù)

據(jù)可視化呈現(xiàn)的形式千變?nèi)f化，實(shí)現(xiàn)的工具眾多。其中，Python語言因其開源和包容的特性，嵌入了大量數(shù)

據(jù)可視化的工具，深受大家的喜愛.

17

七'結(jié)語

本章通過“典型城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)分析”項(xiàng)目，進(jìn)行自主、協(xié)作、探究學(xué)習(xí)，讓同學(xué)們認(rèn)識大數(shù)據(jù)及其

特征，了解大數(shù)據(jù)對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憽Ｍㄟ^對數(shù)據(jù)采集、分析和可視化表達(dá)基本方法的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了

利用恰當(dāng)?shù)能浖ぞ呋蚱脚_來處理數(shù)據(jù)，完成分析報告；該學(xué)習(xí)過程將知識建構(gòu)、技能培養(yǎng)與思維發(fā)展融入到

運(yùn)用數(shù)字化工具解決問題和完成任務(wù)的過程中，促進(jìn)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成，完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)。

附件2：項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表

第五章項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動記錄表

班級小組編號

項(xiàng)目主題

項(xiàng)目城市

項(xiàng)

目_______________________________小組成員及分工_______________________________

選組長:________________

題記錄員：

____________________________________________________________________________

編號___________________問題內(nèi)容_____??_____

項(xiàng)

目

規(guī)

劃

活動2：通過案例展示及相互交流，體會大數(shù)據(jù)對日常生活產(chǎn)生的影響。

知識技能

正面影響負(fù)面影響

大數(shù)據(jù)對日常生

活的影響

活動4：確定項(xiàng)目數(shù)據(jù)需求。通過學(xué)習(xí)和交流，了解數(shù)據(jù)采集的基本方法和常用工具，

根據(jù)選定的項(xiàng)目主題，確定項(xiàng)目的數(shù)據(jù)需求，列出數(shù)據(jù)采集清單和內(nèi)容大綱，采集數(shù)

據(jù)使用的方法和工具，數(shù)據(jù)保存形式。___________________________________________

18

__

____

____

____

____

____

____

____

____

識技能

__知

____

____

____