發現數據之美

許艷玲

一、教材分析

“數據可視化”是高中信息技術學科必修一第三章的教學內容，主要講解數據可視化的概念、形式、實現等知識和技術。旨在通過教學，使學生在親自參與和體驗中能夠很好地掌握數據收集和預處理的相關知識，通過分析編程形成數據分析報告和相關方案設計，以此培養學生的編程能力、概括能力、分析能力以及聯系生活實際的能力，進而培養學生的信息素養。

二、學情分析

高中生在小學和初中時已經接觸過信息技術，再加上當今社會發展已進入信息技術時期，在生活中學生也經常接觸網絡、計算機等，對數據的可視化表達并不陌生，如手機上的天氣預報，就把天氣數據表達得更直觀，人們很容易就能看到天氣、溫度等變化情況。鑒于高中生挑戰性心理較強的特點，教師通過設計和學生現實生活緊密相連的不同任務，引導學生通過小組合作探究等方式完成力所能及的學習任務，進而深刻體會數據的可視化表達，發現數據之美、數據之便利。

三、教學目標

1.讓學生了解數據可視化表達的常用方式、工具，并能運用所學知識解決生活中的實際問題。

2.讓學生掌握數據可視化的概念、形式、實現方法等，在真實的情境和體驗中，通過分析、抽象、概括等，學會數據可視化的表達方式，培養學生的信息技術核心素養。

3.在完成任務的過程中，鍛煉學生獲取信息、處理信息的能力，體會學科和現實之間的聯系，感受數據讓現實生活的很多事情變得更便捷和高效，進而激發學生學習數據可視化的興趣和動力。

四、教學重難點

教學重點：了解數據可視化表達的方式和實現方法。

教學難點：怎樣根據數據分析結果和具體需求選擇合適的數據可視化表達工具，以傳達出要表達的信息，同時兼具數據的美觀和裝飾效果。

五、教學過程

（一）情境導入

1.教師利用多媒體導入現實生活中學生熟悉的一些生活和生產數據，如城市擁堵數據、天氣預報數據等，讓學生體會各種數據的不同表達方式，拓寬學生知識視野的同時，讓學生初步了解本節課要學習的主要內容。

2.我們看到了各種各樣的數據表達方式，有我們熟悉的，也有陌生的，今天我們一起走進“數據可視化”去發現數據之美。

（設計意圖：生動形象的圖片、視頻等可以吸引學生的注意力，讓學生快速進入學習狀態，對數據可視化有一個基本認知。）

（二）初步感知

1.請同學們舉一些生活中常見的例子，可以是你見過的，也可以是你聽別人說的，感受數據可視化的便捷和魅力。

生1：播放新聞的時候，我能夠看到一些展示城市交通狀況的數據圖。

生2：在一些財經專欄，我可以看到股票趨勢的數據圖。

生3：去樓下商店買東西的時候，我看到過體育彩票中獎號碼的走勢數據圖。

……

2.教師應肯定學生的回答，讓學生樹立學習信心。教師還要提出問題讓學生思考，如：是不是我們生產生活中的所有情況都可以用數據可視化的方式來表達？什么是數據可視化？

3.教師利用多媒體展示學生舉例中的數據可視化圖表，如股票趨勢的折線圖、企業調查的員工年齡結構餅狀圖等，讓學生深刻感受數據可視化的不同表達方式，也深刻感受數據可視化和現實生活的緊密聯系。

（設計意圖：學生觀察的生活現象不同，想法也就不同，這時教師不能只否定，而是要尊重學生的不同想法，鼓勵學生大膽發言，對于學生不太恰當的表達進行正確引導。）

（三）新知學習

1.不論是哪種圖示或圖表，都是為了讓人們能夠更方便、快速地看到和解讀出其要表達的信息，從中尋找到我們需要的內容，以服務人們的日常生產生活，使我們的工作、學習、生活更便捷和高效。

數據可視化：數據可視化是以圖形、圖像或動畫等方式直觀、生動地呈現數據及數據分析結果，揭示數據之間的關系、趨勢和規律等，便于人們更好地理解數據。在現在這個信息爆炸的時代，每天各行各業都有海量的信息，數據的時效性、質量和有效性非常關鍵。數據可視化可以幫助人們更快地發現和掌握一些需要的數據，使得信息更快地傳遞和得到利用，這無論是對于有信息需求的個人，還是企業、相關團體都有重要作用。

2.在當前時代，數據可視化發揮的作用越來越重要，那數據可視化都有哪些表現形式呢？

數據可視化的形式常見的有圖表、詞云等。

（四）深入理解

1.基于以上講解以及學生對數據可視化的基本認識，教師可以讓學生自由閱讀本節教材內容，在此基礎上，發揮小組學習的作用，發揮集體智慧，讓學生嘗試總結出有關數據可視化的形式、效果等知識，并分工合作將其記錄下來，可以和以往學過的知識相結合，進行知識的系統梳理。

2.學生梳理完成后，教師可以利用多媒體展示出清晰的知識內容，以幫助學生系統梳理知識，讓學生及時發現自己總結的不足之處，進而更完善地補充，以便學生記憶和理解有關數據可視化的知識。

3.知識展示：

（設計意圖：數據可視化的不同表達形式，在實用性、實踐性都很強的高中信息技術學習中的地位至關重要，通過學習和整理，讓學生對數據可視化的不同形式有更系統、清晰的認識和理解。）

（五）教師演示

1.既然在現實生活中數據可視化如此重要，那我們應該怎樣來體現和實現數據可視化呢？在此用實例說明。

2.教師在大屏幕上為學生演示數據可視化的實現方法，重點演示怎樣生成數據可視化的圖表等形式，可以先通過較簡單的餅圖、柱形圖操作讓學生產生想要學習和操作的欲望。

3.柱形圖（餅圖）具體操作步驟：

（1）新建一個Microsoft Excel文件。

（2）將分析好的數據填入表格中。

（3）根據數據要表達的含義，選項中選擇“插入”柱形圖（餅圖），生成相應的圖表。

（4）裝飾圖表，可以根據需要選擇“圖表元素”，如圖表標題、數據標簽、圖例等，也可以通過“快速布局”選擇自己喜歡的圖表布局。

（設計意圖：相對來說，柱形圖、餅圖的操作方法較為簡單，高中生已經有了一定的信息技術基礎和操作經驗，甚至一些學生可以在Microsoft Excel中制作出餅圖、柱形圖。在此基礎上，教師先演示操作步驟，這樣可以使學生一開始就接受正確的引導，節省時間，提高課堂效率，不至于在自我探究中迷失方向，而耽誤太多的時間。）

（六）自主操作

1.在現代信息技術支持下，能夠實現數據可視化的軟件很多，今天我們學習利用Python語言來制作數據可視化的圖表，繪制時可以使用Matplotlib庫。Matplotlib庫是提供數據繪圖功能的第三方擴展庫，其pyplot子庫主要用來實現各種數據圖表的繪制。

2.具體操作流程教師可以利用教學計算機，一邊操作，一邊講解，并讓學生做好記錄。如怎樣為圖表添加標題、橫縱坐標軸的文字說明等。

3.在教師示范、操作、講解之后，給學生布置圖表設計任務，讓學生嘗試完成，可以以小組合作的形式進行。

任務：用Python程序設計圖表可視化來呈現南水北調中線工程各地區水資源總量數據。

前面已經做好準備工作，計算得出中線工程各地區水資源總量的10年平均值，為了方便對比分析中線工程各地區水資源情況，需要利用Python程序編寫繪制適當的圖表來呈現。

具體流程展示：

（1）分析問題

學生需要制作出圖表來呈現可視化的水資源數據，即供水區湖北省數據，受水區河南省、河北省、北京市和天津市數據。在此選擇用柱形圖來呈現更合適。

（2）規劃問題求解流程

學生首先導入繪制圖表要用到的Matplotlib庫，然后從“nsbd-avg.esv”文件中讀取出數據，再繪制圖表，設置圖表標題和橫、縱坐標軸，最后顯示出柱形圖。

（3）編程實現與調試

學生先導入需要的庫，再讀取數據，接著繪制圖表，最后顯示圖表。

（4）保存生成的文件，調試運行程序

程序運行結果可以用可視柱狀圖表示。從圖中可以直觀、清晰地看到供水區湖北省水資源遠遠多于受水區各省市。同時南水北調工程的其他數據也可以用適當的圖表可視化來呈現。

（設計意圖：在學生嘗試自己操作過程中，教師不能放任不管，要巡堂觀察和指導，對有困難的學生及時提供幫助，使他們能夠順利完成任務。這個環節是以學生實踐操作為主。通過任務驅動，使學生由易到難、步步深入、層層提高，使每個學生都可以熟悉和慢慢掌握數據可視化的表達方法和圖表制作方法。因為對于信息技術課來說，只有學生親自動手操作，教師才能發現問題，進而對問題進行詳細講解和操作演示，以幫助學生掌握正確的信息技術技能。）

（七）成果展示

1.教師分小組展示學生創作的圖表可視化作品，并讓學生評價每個作品，對于亮點部分，教師不僅要給予肯定和贊美，還要引導學生一起欣賞和表揚，在給予他人肯定的同時，也激勵其他的學生進行學習。小組中相互評價，看看你對別人能否提出一些合理化的建議。

2.有不少學生的圖片過大，影響了柱形圖的美觀。有的學生圖表的文字大小和顏色看起來不是很協調，有的學生的圖表布局有些不太舒服……這些問題，教師要注意觀察和引導，盡量使用正向化的評價，激發學生對信息技術的學習興趣和操作興趣，讓每個學生都能獲得不同程度的提高。

（設計意圖：教師可以向學生展示一些美觀的圖表示例，讓他們仔細觀察和分析這些圖表、圖示美不美，為什么，以引起學生對自己呈現的數據可視化作品的思考并提出改進思路。）

（八）課堂小結

同學們，看似很復雜的數據可視化圖表其實制作起來并不難。只要我們用心，每個人都可以制作出美觀大方的圖表、圖示，既清晰呈現出數據信息，又展現出數據之美，數據也可以變得生動有趣，變得“活”起來。

編輯：趙文靜