资源简介

《2.1 知识与智慧》教学设计
《第二章知识与数字化学习》 第二课时
一、项目简介
项目主题 数字化学习开启高中新模式
项目背景 “教育改变未来，技术改变教育”，随着技术的发展，教育形式，学习方 式都发生了巨大的改变。数字化的学习方式脱颖而出，在课堂中发挥着越来越 多的作用， Python、思维导图、 GateFace 等各类数字化学习工具出现在课堂 中，使教学更加形象、直观、易懂；同学们利用数字化工具进行科学实验，获 得大量的数据，通过处理和分析数据发现数据背后的规律，感受数字化工具和 资源的优势。 利用这些数字化学习工具进行个性化学习，不仅可以开阔视野、开发思 维、启迪智慧，而且可以直观地感受知识形成的过程，提高学习效率。
对应教材 粤教版信息技术必修一第二章《知识与数字化学习》第二 课时 课时安排 1 课时
授课对象 高一年级 设计者
二、课程标准及目标分析
（一）课程标准及教材分析
1. 本节对应课标的内容要求
在运用数字化工具完成实验探究的活动中，理解数据、信息、知识、智慧
之间的相互关系，认识到数据对人们日常生活的影响。
2. 本节对应的学业要求
A-3：掌握数字化学习的方法（信息意识、数字化学习与创新）
A-4：能够根据需要选用合适的数字化工具开展学习。（信息意识、数字化 学习与创新）
3. 本节的地位和作用
本节是本教科书的第二章第一节，主要带领学生通过“茶水最佳饮用时间 问题”、“电风扇风扇转速问题”以及“自行车安全转向问题”三个项目的探 究，理解数字化实验获取知识的一般过程，并理解数据、信息、知识、智慧之 间的关系。本节以培养信息素养为目标，以知识技能为载体，以项目学习活动 为途径，开展引领、协作、探究学习，让学生理解如何在日常学习中选用合适
的数字化工具开展学习。
（二）本节对应达成的学科核心素养
信息意识：在日常生活中，根据实际解决问题的需要，恰当选择数字化工 具，具备信息安全意识。主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势，有
意识地使用新技术处理信息。
计算思维：按照问题解决方案，选用适当的数字化工具或方法获取、组
织、分析数据，并能迁移到其他相关问题的解决过程中。
数字化学习与创新：在学习过程中，能够评估常用的数字化工具与资源，
根据需要合理选择。
（三）目标分析
1. 项目目标
本节以“茶水最佳饮用时间问题”、“电风扇风扇转速问题”以及“自
行车安全转向问题”项目为依托，通过探究、实验等方式体验“牛顿冷却定
律”、“欧姆定律”及“向心加速度”知识的数字化学习过程，从而理解知识 获取的一般过程，进而理解数据、信息、知识、智慧之间的关系，并通过师生
讨论分析，了解合理选用数字化资源，可以助力高中各学科的学习。
2. 学业目标
（1）能够理解数据、信息、知识与智慧的关系
（2）了解科学研究的思维方法与步骤
（3）根据需要选用合适的数字化工具开展学习
. 重点：（1）了解数据、信息与知识和智慧之间的关系
（2）了解科学研究的思维方法与步骤
. 难点：选用合适的数字化工具开展学习
三、学情分析
知识储备：学生在上一节课已经了解了数字化资源与工具的概念，并确定 了自己小组的项目活动主题，初步完成了各组项目中的“微课 ”、“数据采集 软件 ”、“数据处理软件 ”等学习资源的学习，并完成了“小灯泡伏安特性 ”
项目范例的学习，对数字化学习有了初步的认知。
认知能力：虽然学生已经使用过一些数字化学习方式，但受学科研究方法 限制，大多数知识的学习和理解还处在较为传统的数据收集与计算模式， 尚缺
乏利用数字化学习工具探究数理知识的意识和能力，需要教师给予引导。
四、教学方法和策略
本节主要采用实验法和探究法，让学生通过自主、协作、探究的学习方式
获取知识，提升技能。
五、资源列表
资源名称 清单及描述 类型 来源
课件 知识与数字化学习（第二课时） 演示文稿 教师制作
微课 《用 jupyter notebook 处理数据和交互笔 记的制作》 《NOBOOK 虚拟实验室— 欧姆定律实验》 《欧姆定律传统实验操作》 《温度传感器采集水温变化实验》 《圆周运动向心加速度数字化实验》 微课视频 教师制作
文档及程序 “运用数字化工具探究知识”项目活动手册 牛顿冷却定律和欧姆定律数据分析建模程 序 水温传感器采集实验数据程序 圆周运动向心加速度采集数据程序 文档、程序 教师制作 和准备
软件（网站） 工具 NOBOOK 虚拟实验室、Python3.*、jupyter notebook、GateFace 、Geogebra 学习资源 平台 软件、网站 互联网和 教师制作
六、学习活动设计
教学环节 活动内容 组织与实施 设计意图
内容回顾 教师回顾上节课 所学内容 教师活动： 上节课中， 我们确定了各组的项目主题，进行 了项目的分工规划，完成了项目范例的学习， 对项目实施过程中常用的数字化学习工具和资 源有了初步的认识。带领学生回顾三个项目选 题，让学生了解各项目准备的实验器材， 引导 学生学习微课后进入项目的探究阶段。 学生活动： 明 确 项 目 进 度 、 资 源 下 载 方 式 、 jupyter NoteBook 项目活动手册使用方法。 通 过 内 容 回 顾， 回忆上节课的 项目安排， 明确本 节课学习任务和目 标。
实践探究 项目选题 1：茶 水最佳饮用时间 问题（牛顿冷却 定律实验） 教师活动： 1、数据采集：教师引导两组实验操作员分别使 用温度计和温度传感器测量水温随时间变化产 生的实时数据，引导数据记录员使用 jupyter NoteBook 项目活动手册记录产生的数据。 2、数据分析和建模：组织程序设计员利用 python 程序绘制散点图和曲线图，完成数据建 模。 3、验证模型：展示学生实验结果，引发学生思 考模型的可靠性，指导学生使用数据集的实验 数据，分别用 Python 程序和 Geogebra 分别处 理实验数据，对比结果验证呈指数函数关系， 拟合曲线，验证模型。 4、形成结论：教师展示学生完成的项目活动手 册，经过分析对比，水温和时间之间呈指数衰 减关系，引出牛顿冷却定律结论。 利用 jupyter NoteBook 兼容文档 编辑和程序设计的 特点，制作成项目 活动手册，引导学 生体验该工具感受 到记录数据、生成 报告的便捷性，减 少使用不同工具采 集数据、处理数据 的操作复杂性，提 高学习效率。 通过 Python 程 序和 Geogebra 处理 实验数据，使学生 体验数字化工具将 数据直观显示的过
项目选题 2：自 行车安全转向问 题（圆周运动角 速度、向心加速 度和运动半径之 间的关系） 学生活动： 1、A、B 两组分别采用温度计和温度传感器方式 采集水温随时间变化的实验数据，每隔 30 秒采 集一次数据，共 14 组。 2、思考实际实验困难。 3、进行数字化实验，将采集的数据导入 Python 程序中，绘制散点图和曲线图，建立模型，并 对实验结果进行分析验证，绘制拟合曲线图， 形成结论。 教师活动： 1、数据采集：教师引导学生利用微课搭建模拟 自行车安全转向实验装置，引导实验操作员使 用 jupyter NoteBook 项目活动手册，分别开展 “向心加速度与角速度关系”实验及“向心加 速度与运动半径关系”实验，利用 mPython 程 序运行结果将数据采集至 excel 表格中。 2、数据分析和建模：组织程序设计员利用图表 向导绘制散点图和曲线图，完成数据建模。 3、验证模型：展示学生实验结果，验证模型。 4、形成结论：教师展示学生完成的项目活动手 册，经过分析对比，得出运动半径固定时线速 度和角速度呈正比关系，角速度固定时，线性 加速度和运动半径也呈正比关系，即 a=ω2*R。 学生活动： 1、两组学生学习微课及项目活动手册，依次进 行“向心加速度与角速度关系”及“向心加速 度与运动半径关系”的探究实验。 2、将采集的数据记录至 excel 表格中，绘制散 点图和曲线图，建立模型。 3、分析实验结果，得出向心加速度与角速度及 运动半径的正比关系。 4、拓展任务：有时间的小组，可以用 Geogebra 再次处理实验数据，验证模型。 程，理解数字化学 习的特点。 利用人工采集 数据和数字化工具 采集数据两种方式 来完成实验数据采 集，对比分析实 验，理解实验误 差，感知数字化工 具对比传统工具的 优势。 通过开源硬件 实现对于自行车车 轮运动的课堂呈 现，利用开源硬件 的扩展性连接传感 器对向心加速度和 角速度进行高效的 观测与记录，开拓 学生视野，使其领 略数字化工具的多 样性。
项目选题 3：电 风扇风扇转速问 题（欧姆定律） 教师活动： 1、数据采集：教师引导两组实验操作员分别使 用电源、开关、电压表、电阻等实物器件和 NOBook 仿真实验两种方式采集电压恒定的情况 下电流随电阻值变化产生的实时数据，引导数 据记录员使用 jupyter NoteBook 项目活动手册 记录产生的数据。 2、数据分析和建模：组织程序设计员利用 python 程序绘制散点图和曲线图，完成数据建 模。 3、验证模型：展示学生实验结果，观察电流和 电阻的反比例关系，指导学生再次实验，绘制 拟合曲线，验证模型。 4、形成结论：教师展示学生完成的项目活动手 册，经过分析对比，电流和电阻的反比例关 系，引出欧姆定律结论。 学生活动： 1、A、B 两组分别采用实物器件和 NoBook 仿真 实验两种方式采集电流和电阻的数据，每隔 5Ω 采集一次数据，共 10 组。 2、进行数字化实验，将采集的数据导入 Python 程序中，绘制散点图和曲线图，建立模型，绘 制拟合曲线图，形成结论。 3、对比两种实验结果，分析误差原因。 拓展任务：有时间的小组，可以用 Geogebra 再 次处理实验数据，验证模型。 利用仿真实验 平台，拓展学生视 野，将传统物理实 验转移到数字化学 习环境中，引发学 生的学习热情。 利用数字化工具绘 制拟合曲线图，更 易形成实验结果。 学生体验不同数据 处理工具的使用可 以让他们感知数字 化学习的共同特 性。
探究 分析 实验分析与总结 教师活动： 1、教师引导各项目选题小组的数据记录员对实 验数据采集阶段进行展示，说明各项目数据采 集的方法及采集数据情况，指出数据采集方法 的多样性。 2、教师引导各项目选题小组的程序设计员及对 实验数据建模验证、形成结论阶段进行展示， 说明数据建模验证的方法，指出数据处理过程 1、通过分析实 验过程，理解知识 形成过程。 2、展示交流给 学生相互学习的机 会。
中数字化工具使用的多样性，引导学生总结实 验结论 3、教师提问各项目探究过程中的相同点并归 纳。 学生活动： 1、数据记录员和程序设计员陈述数据采集及分 析的过程，进而形成项目探究结论。 2、学生回答项目探究过程中的相同点。
知识 学习 知识定义及 发现的路径 教师活动： 1、教师以家用电器档位问题的项目探究为例， 分析实验过程经历了数据采集 数据处理、建 模、数据验证 形成结论的过程，引导学生归 纳并理解知识的定义。 2、教师引导学生总结知识形成的过程。 学生活动： 学生思考问题，回答教师提问。 通过对实验探 究过程的分析和总 结， 引导学生理解 知识定义及知识发 现的一般过程。
学以 致用 智慧定义， 数据、信息、知 识及智慧四者之 间的关系 教师活动： 1、提出习得知识后的关键还要学以致用，解决 实际问题。 2、分组提问三个实验项目解决实际问题或解释 生活现象。 3、教师总结学生回答，引出智慧概念，阐述数 据、信息、知识及智慧之间的关系。 学生活动： 回答应用所学知识解决现实问题或解释生活现 象。 1、 通 过 对 数 据、信息、知识、 智慧定义的分析， 让学生理解四者间 层层递进的关系。 2、引导学生学 以致用。
课堂小结 教师总结所学内 容 教师活动： 1、教师总结课堂内容 ① 完成的三个项目。 ② 利用数字化学习工具获取知识的一般路径。 ③ 数据、信息、知识与智慧的关系。 利用课堂总结 将零散知识概括整 理成有条理系统的 知识， 帮助学生把 握教学重点， 落实 学科核心素养。
拓展提升 智慧和知识 教师活动： 教师推荐读本《静心》，展示读本中对“知识 和智慧”的诠释。 学生活动： 学生上台朗读。 拓 展 学 生 思 维， 培养学生热爱 学习， 为社会文明 进步创造价值的伟 大情怀。

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