文｜許艷玲

一、教材分析

“數(shù)據(jù)可視化”是高中信息技術學科必修一第三章的教學內(nèi)容，主要講解數(shù)據(jù)可視化的概念、形式、實現(xiàn)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(shù)據(jù)收集和預處理的相關知識，通過分析編程形成數(shù)據(jù)分析報告和相關方案設計，以此培養(yǎng)學生的編程能力、概括能力、分析能力以及聯(lián)系生活實際的能力，進而培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)。

二、學情分析

高中生在小學和初中時已經(jīng)接觸過信息技術，再加上當今社會發(fā)展已進入信息技術時期，在生活中學生也經(jīng)常接觸網(wǎng)絡、計算機等，對數(shù)據(jù)的可視化表達并不陌生，如手機上的天氣預報，就把天氣數(shù)據(jù)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(zhàn)性心理較強的特點，教師通過設計和學生現(xiàn)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(shù)據(jù)的可視化表達，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之美、數(shù)據(jù)之便利。

三、教學目標

1.讓學生了解數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可視化的概念、形式、實現(xiàn)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(shù)據(jù)可視化的表達方式，培養(yǎng)學生的信息技術核心素養(yǎng)。

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(xiàn)實之間的聯(lián)系，感受數(shù)據(jù)讓現(xiàn)實生活的很多事情變得更便捷和高效，進而激發(fā)學生學習數(shù)據(jù)可視化的興趣和動力。

四、教學重難點

教學重點：了解數(shù)據(jù)可視化表達的方式和實現(xiàn)方法。

教學難點：怎樣根據(jù)數(shù)據(jù)分析結果和具體需求選擇合適的數(shù)據(jù)可視化表達工具，以傳達出要表達的信息，同時兼具數(shù)據(jù)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(xiàn)實生活中學生熟悉的一些生活和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如城市擁堵數(shù)據(jù)、天氣預報數(shù)據(jù)等，讓學生體會各種數(shù)據(jù)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(jié)課要學習的主要內(nèi)容。

2.我們看到了各種各樣的數(shù)據(jù)表達方式，有我們熟悉的，也有陌生的，今天我們一起走進“數(shù)據(jù)可視化”去發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(tài)，對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)圖。

生2：在一些財經(jīng)專欄，我可以看到股票趨勢的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chǎn)生活中的所有情況都可以用數(shù)據(jù)可視化的方式來表達？什么是數(shù)據(jù)可視化？

3.教師利用多媒體展示學生舉例中的數(shù)據(jù)可視化圖表，如股票趨勢的折線圖、企業(yè)調(diào)查的員工年齡結構餅狀圖等，讓學生深刻感受數(shù)據(jù)可視化的不同表達方式，也深刻感受數(shù)據(jù)可視化和現(xiàn)實生活的緊密聯(lián)系。

（設計意圖：學生觀察的生活現(xiàn)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(fā)言，對于學生不太恰當?shù)谋磉_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(nèi)容，以服務人們的日常生產(chǎn)生活，使我們的工作、學習、生活更便捷和高效。

數(shù)據(jù)可視化：數(shù)據(jù)可視化是以圖形、圖像或動畫等方式直觀、生動地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析結果，揭示數(shù)據(jù)之間的關系、趨勢和規(guī)律等，便于人們更好地理解數(shù)據(jù)。在現(xiàn)在這個信息爆炸的時代，每天各行各業(yè)都有海量的信息，數(shù)據(jù)的時效性、質(zhì)量和有效性非常關鍵。數(shù)據(jù)可視化可以幫助人們更快地發(fā)現(xiàn)和掌握一些需要的數(shù)據(jù)，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(yè)、相關團體都有重要作用。

2.在當前時代，數(shù)據(jù)可視化發(fā)揮的作用越來越重要，那數(shù)據(jù)可視化都有哪些表現(xiàn)形式呢？

數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可視化的基本認識，教師可以讓學生自由閱讀本節(jié)教材內(nèi)容，在此基礎上，發(fā)揮小組學習的作用，發(fā)揮集體智慧，讓學生嘗試總結出有關數(shù)據(jù)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(tǒng)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(nèi)容，以幫助學生系統(tǒng)梳理知識，讓學生及時發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)可視化的知識。

3.知識展示：

（設計意圖：數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可視化的不同形式有更系統(tǒng)、清晰的認識和理解。）

（五）教師演示

1.既然在現(xiàn)實生活中數(shù)據(jù)可視化如此重要，那我們應該怎樣來體現(xiàn)和實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可視化的實現(xiàn)方法，重點演示怎樣生成數(shù)據(jù)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(chǎn)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(shù)據(jù)填入表格中。

（3）根據(jù)數(shù)據(jù)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(jù)需要選擇“圖表元素”，如圖表標題、數(shù)據(jù)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(jīng)有了一定的信息技術基礎和操作經(jīng)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(jié)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(xiàn)代信息技術支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的軟件很多，今天我們學習利用Python 語言來制作數(shù)據(jù)可視化的圖表，繪制時可以使用Matplotlib 庫。Matplotlib 庫是提供數(shù)據(jù)繪圖功能的第三方擴展庫，其pyplot 子庫主要用來實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)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(xiàn)南水北調(diào)中線工程各地區(qū)水資源總量數(shù)據(jù)。

前面已經(jīng)做好準備工作，計算得出中線工程各地區(qū)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(qū)水資源情況，需要利用Python 程序編寫繪制適當?shù)膱D表來呈現(xiàn)。

具體流程展示：

（1）分析問題

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

（2）規(guī)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(shù)據(jù)，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(xiàn)與調(diào)試

學生先導入需要的庫，再讀取數(shù)據(jù)，接著繪制圖表，最后顯示圖表。

（4）保存生成的文件，調(diào)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(qū)湖北省水資源遠遠多于受水區(qū)各省市。同時南水北調(diào)工程的其他數(shù)據(jù)也可以用適當?shù)膱D表可視化來呈現(xiàn)。

（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(huán)節(jié)是以學生實踐操作為主。通過任務驅(qū)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(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)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(chuàng)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(xié)調(diào)，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(fā)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?qū)W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(xiàn)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)出數(shù)據(jù)信息，又展現(xiàn)出數(shù)據(jù)之美，數(shù)據(jù)也可以變得生動有趣，變得“活”起來。