资源简介

《数据采集的方法和工具》教学设计
第一部分：课标解读
通过本单元学习，学生需了解数据采集的基本概念和方法，能够根据任务需求选择恰当的数据采集工具。要求学生掌握系统日志采集法、网络数据采集法、其他数据采集法等基本方法，理解网络爬虫和API接口在数据采集中的应用，了解数据的存储与保护，并能在实际情境中区分不同采集方法的适用场景。引导学生经历“明确需求→制订清单→选择方法→采集数据”的完整过程，理解数据采集是整个数据处理流程的起点，培养系统化、规范化的数据处理意识。
第二部分：单元设计说明
【教材分析】
本课选自《数据与计算》第五章第二节“数据的采集”的第一部分“数据采集的方法和工具”，是学生在学习大数据的特征之后，开始具体实践数据采集操作的入门内容。教材指出：采集数据首先要明确数据应用项目的需求，围绕选定的项目主题，制订数据采集的需求清单和内容大纲，再采用适当的方法和工具进行采集。本节内容主要包括三个方面：系统日志采集法、网络数据采集法（网络爬虫和API）、其他数据采集法。本节内容在第五章中起到了从理论知识（认识大数据）向具体技能（数据分析与可视化）过渡的桥梁作用。
【学情分析】
高一学生已经在第五章第一节学习了大数据的基本概念和特征，对“数据量大”“数据多样”等有了初步认知。在日常生活中，学生已经习惯使用各种App获取信息（如用地图查路线、用购物App比价等），但对这些数据“从哪里来”“怎么采集”缺乏系统认知。学生具备一定的上网搜索能力，但对网络爬虫、API、系统日志等专业概念还比较陌生。本节课需要从学生熟悉的日常应用场景切入，通过案例分析帮助学生理解不同采集方法的原理和适用场景。
【教学重难点】
重点： 理解三种数据采集方法（系统日志采集法、网络数据采集法、其他数据采集法）的基本原理及适用场景；了解系统日志的功能。
难点： 理解网络爬虫的工作原理；区分不同采集方法的适用场景。
【教学策略与方法】
情境创设法： 以“网络购物平台客户行为数据分析”为项目情境主线，引导学生思考数据从哪里来，贯穿整节课。
案例探究法： 选取教材中日志服务器监控、网络爬虫抓取网页、科学实验传感器采集等案例，让学生在分析案例的过程中理解不同采集方法的原理。
直观演示法： 通过演示如何查看Windows系统日志、展示网络爬虫爬取网页的效果视频，将抽象概念直观化。
对比分析法： 引导学生在课后作业中通过表格对比三种采集方法的目的、原理和采集内容，培养比较与归纳的能力。
第三部分：教学设计
教学环节 教学活动 计算思维培养意图 计算思维素养效果评估
教师活动 学生活动
课前预习 布置预习任务：
1. 阅读课本第五章5.2.1节“数据采集的方法和工具”部分；
2. 思考：你每天使用手机或电脑时，哪些操作会产生数据？这些数据被采集到哪里去了？
3. 上网了解什么是“网络爬虫”，准备一个你知道的例子。 1. 阅读教材，标注不理解的专业术语（如“系统日志”“API”“爬虫”等）；
2. 在笔记本上记录自己认为会被采集的数据类型；
3. 带着疑问和案例进入课堂。 引导学生从日常生活经验出发，初步感知数据产生的广泛性和数据采集的存在，培养信息意识。 能否说出2-3个日常生活中产生数据的场景，能否初步理解数据采集的必要性。
导入新课 情境引入——网购平台的数据从哪里来？
展示情境：本章的项目范例是“网络购物平台客户行为数据分析和可视化表达”。假如你是平台的数据分析师，需要分析客户购买行为，那么第一步要做什么？——获取数据。
提问：（1）平台需要采集哪些数据？（浏览记录、购买记录、评分、评论等）
（2）这些海量数据是如何被采集到的？
引导思考：数据采集不是随意的，而是要先明确“我们需要什么数据”“用什么方法采”。
引出本课主题——数据采集的方法和工具，向学生说明将从三种采集方法入手学习数据采集的基础知识。 结合预习思考和本单元项目范例，说出网购平台可能采集的数据类型；
尝试推断这些数据可能的来源；
明确数据采集在数据处理流程中的起点地位。 通过项目情境导入，使学生建立“数据采集是数据分析的第一步”的认知框架，了解明确需求和数据采集方法选择的重要性，培养系统化、流程化的项目思维。 学生能否正确说出网购平台常见的数据类型，能否初步感知数据采集在整个数据处理流程中的前置作用。
新课学习 第一环节：系统日志采集法（约8分钟）
1. 引入概念
讲解：在信息系统中，系统日志是记录系统中硬件、软件和系统问题的信息文件，包括操作系统日志、应用程序日志和安全日志。系统日志记录着“系统里发生了什么”“什么时候发生的”“谁做的”等重要信息。
2. 讲解采集方法
系统日志采集数据的方法通常是在目标主机上安装一个小程序，将目标主机的文本、应用程序、数据库等日志信息有选择地定向推送到日志服务器进行存储、监控和管理。
3. 讲解系统日志的作用
通过日志服务器可以监视系统中发生的事件，可以检查错误发生的原因，或者寻找受到攻击时攻击者留下的痕迹。
举例：安全管理信息系统就是以系统日志服务器采集原始日志数据，以日志记录文本文件实现日志数据的监控和保存，以数据库操作进行日志有效信息的管理工作。
4. 演示操作
在Windows系统中演示如何查看系统日志（控制面板→管理工具→事件查看器），让学生直观感受。
第二环节：网络数据采集法（约10分钟）
1. 引入与讲解
网络数据采集是指通过网络爬虫或网站公开API等方式从网站上获取数据信息。这部分是目前应用最广泛的数据采集方法。
2. 网络爬虫工作原理
网络爬虫从一个或若干初始网页的URL开始，获得初始网页上的URL，在抓取网页的过程中，不断从当前页面上抽取新的URL放入队列，直到满足系统的一定停止条件。
展示教材图5-4“网络爬虫工作原理图”，配合Python爬虫演示视频，让学生更直观地理解爬虫自动抓取网页数据的过程。
3. API接口简介
API是应用程序接口，允许不同软件之间相互通信、获取数据。例如天气App调用气象局的API获取实时天气数据。
4. 采集结果说明
网络爬虫方法可以将非结构化数据从网页中抽取出来，将其存储为统一的本地数据文件，并以结构化的方式存储。它支持图片、音频、视频等文件或附件的采集，附件与正文可以自动关联。
第三环节：其他数据采集法（约5分钟）
简要介绍：对于企业生产经营或科学研究等保密性要求较高的数据，可通过与企业或研究机构合作，使用特定系统接口等相关方式收集数据。
举例：科学研究的数据是通过科学实验的各种传感器采集，并传输到数据库管理系统中的。
可展示物联网传感器采集数据的案例，说明传感器也是重要的数据采集工具。
第四环节：任务实践——系统日志查看（约8分钟）
任务发布
请同学们在自己的计算机上打开“事件查看器”，查看“Windows日志”→“系统”类别，找到最近的一条日志记录，观察并回答：
（1）这条日志记录了哪个程序或系统的什么事件？
（2）发生的时间是什么时候？
（3）事件等级是什么（信息/警告/错误）？
教师巡视指导，帮助学生找到事件查看器的位置并解读日志条目。 学习系统日志环节
① 跟随教师理解系统日志的概念；
② 观察教师演示查看系统日志的操作，感受日志的信息量；
③ 记录系统日志的作用，理解其安全监控价值。
学习网络数据采集环节
① 理解网络爬虫的特点；
② 观察教师演示爬虫程序运行效果，并记录爬虫的工作过程；
③ 了解API接口的用途和优点，并试着举出API在生活场景中的应用案例。
了解其他采集方法环节
① 听讲并记录传感器等其他采集工具；
② 结合生活经验尝试列举其他采集工具实例。
实践环节
① 动手打开事件查看器，浏览日志条目；
② 选择一条具体的日志，尝试解读和回答教师提出的几项问题；
③ 小组内部分享自己找到的有趣日志条目。 概念讲授环节：通过系统日志的概念讲解与操作演示，让学生了解非主动式数据采集方法，理解日志在安全监控中的价值。
网络采集环节：通过讲解网络爬虫的工作原理并结合视频直观展示，帮助学生理解自动化数据采集的基本逻辑，为后续可能接触简单爬虫程序做铺垫。
实践环节：通过动手查看系统日志，将抽象概念具象化，训练学生从日志数据中提取有效信息的能力。 概念理解：能否准确说出三种数据采集方法的名称和基本原理。
综合分析：能否区分系统日志采集法与网络爬虫法各自适用场景，分别说出二者采集内容的差异。
实践表现：能否正确打开事件查看器并阅读日志信息，能否从日志中提取有用信息；能否在小组讨论中积极交流。
课堂总结 系统回顾本课所学内容：
1. 数据采集的三种基本方法：系统日志采集法、网络数据采集法、其他数据采集法；
2. 系统日志采集法的原理、实现方式与作用；
3. 网络数据采集法的两种主要实现方式：网络爬虫和API接口；
4. 其他数据采集法及传感器等工具的应用。
强调：数据采集是数据处理的第一步，选择合适的方法可以事半功倍。
提问：如果学校要分析食堂就餐高峰时段，应该用哪些方法采集数据？ 各小组代表总结本课所学内容；交流在查看系统日志时的发现和困惑；尝试举例说明不同场景适合的数据采集方法。 通过归纳总结帮助学生系统化掌握数据采集知识体系，加深对数据采集方法应用场景适配性的理解。 能否准确说出三类数据采集方法并理解其适用场景，能否根据具体情境选择合适的数据采集方法。
学业检测 基础作业：
完成课本5.2.1节课后练习题。 预习课本5.2.2节“数据的存储”，思考：将采集到的数据保存在哪里？本地和云端存储各有什么优缺点？ | 根据自身情况选择完成基础或提升作业；提升作业在笔记本上完成表格填写；预习作业记录初步想法。 根据自身情况选择完成基础或提升作业；提升作业在笔记本上完成归纳表格；预习作业记录初步想法。 用分层任务检测学生对大数据多维度特征的掌握深度；通过案例分析培养学生的归纳总结和应用迁移能力。 能否准确完成教材基础题目；
【板书设计】
数据采集的方法和工具
一、数据采集的基本步骤
明确需求 → 制订清单和内容大纲 → 选择方法和工具 → 采集
二、三种数据采集方法
方法 实现方式 采集内容 典型工具
系统日志采集法 安装日志收集程序 操作系统日志、应用程序日志、安全日志 事件查看器、日志服务器
网络数据采集法 网络爬虫 / API接口 网页文本、图片、音视频、结构化数据 Python爬虫、Web API
其他数据采集法 传感器 / 特定系统接口 实验数据、物联网数据、企业生产数据 传感器、数据采集卡
三、系统日志的作用
监视系统事件
检查错误原因
追溯安全痕迹

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