必修1 数据与计算
第二章 知识与数字化学习
2.1 知识与智慧
2.1.1 知识
知识：是人们运用大脑对获取或积累的信息进行系统化地提炼、研究和分析的结果，能够精确地反映事物的本质。它来源于实践，经过加工提炼，又高于实践。
表2-2：欧姆定律实验的观察数据
电阻R/Ω 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
电流I/mA 586 291 198 143 101 98 72 68 59 55
将表格中的数据利用Python的plt.plot(x0,y0)命令绘制电流I与电阻R的数据曲线图，观察图形效果，猜测I与R成反比例关系。用I=U/R的关系产生更多的数据绘制IR关系曲线，发现当U=2905.67607341mV时，其模拟曲线与测试数据所绘制的曲线基本吻合，推出I=2905.67607341/R。从而推论出电流I与电阻R成反比例关系。发现规律，获得了知识。
2.1.2 智慧
图2-8 数据、信息、知识、智慧的相互关系
智慧是为了达到预定目标而运用知识解决问题的创新思维能力。
科学研究的三种方法：理论方法、实验方法、计算方法。
2.2 数字化学习与创新
2.2.1 数字化工具与资源及其优势
1. 数字化工具与资源
数字化工具是指能够采集、获取、检索、表示、传输、存储和加工多媒体数字化资源的设备装置。按其功能不同，大致分为以下几种：
（1）数据采集（模数转换）工具。如：声卡、视频卡、数码照相机、数码录像机、手写板、扫描仪
（2）信息获取工具。如：台式电脑、笔记本电脑、平板电脑和手机
（3）信息检索工具。如：搜索引擎和电子词典
（4）数字化可视化表达工具。如：思维导图和演示文稿
（5）信息通信交流与传输工具。如：电子邮件、博客、社交软件和视频会议系统
（6）信息存储工具。如：光盘、U盘、硬盘和服务器
（7）信息加工工具。如：编程软件、多媒体制作软件、网站制作工具和信息系统制作工具
（8）三维设计工具。如：3D制作软件、3D打印机、虚拟现实和增强现实制作系统
数字化资源是指经过数字化工具处理，可以在多媒体计算机上或网络环境下运行的，且可以实现共享的多媒体材料。
按其呈现方式不同，数字化资源可分为：数字图形、图像、视频、音频、文本，多媒体应用软件、网站、信息系统，计算机模拟，数据文件，数据库等。
2. 数字化工具与资源的优势
（1）获取的便捷性：不受时空和传递呈现方式的限制。
（2）形式的多样性：媒体呈现形式多样，如文本、图像、声音、动画、视频等。
（3）资源的共享性：可以反复利用、复制、传递和再生。
（4）平台的互动性：一方面支持学习者网上交流，另一方面学习者可寻求解答。
（5）内容的扩展性：主要表现为可操作性和可再生性。对内容的数字化处理，将更多资源与教学相融合。可以利用工具对信息进行再创造。
3.数字化学习的特点
（1）问题化：将学习问题化，学生通过问题学习可生成问题、提出问题、分析问题、解决问题。
（2）合作性：学习者通过学习平台交流、共享、协作。
（3）个性化：能以学习者为中心，开展个性化学习。
（4）创造性和再生性：学习者利用网络课程，可以参与和沉浸在学习中，可以自主、创新的学习。
（5）开放性：学习资源全球共享，实现碎片化学习，终身学习。
2.2.2 体验数字化创新学习过程
投针实验：蒙特卡洛方法是计算机模拟的基础，起源于18世纪数学家蒲丰的投针实验。投针实验是指在平面上画有一组间距为d的平行线，将一根长度为l（l≤d）的针任意掷在平面上，求此针与平行线中任一条相关的概率。这个概率问题在大量实验后，发现它是一个常数p=2l/πd。
布丰惊奇地发现：有利的扔出与不利的扔出两者次数的比，是一个包含π的表达式．如果针的长度等于d/2，那么扔出的概率为1/π。扔的次数越多，由此能求出越为精确的π的值。布丰由此发现了另一种求π的方法，这正是利用数字化学习工具的优势，可以直观的进行模拟实验，大大提高了实验效率、降低成本、安全保险等。
绘制思维导图的软件有Xmind、Mindmanager、FreeMind、WPS、希沃电子白板5等。
第二章 数字化学习与创新 学业测试
一、单选题
1.下列工具中，更适用于免费在线存储学习资源的是（ ）。
A．微信 B．云盘 C．博客 D．微博
【答案】：B
【解析】:见教材P29，微信、博客、微博均属于信息通信与交流工具，而云盘属于信息存储工具，所以选B项。
2.以下关于数据、信息和知识相互关系的理解，不正确的是（ ）。
A．数据是原始事物现象的符号记录
B．信息等同于知识
C．信息是经加工处理的、具有意义的数据
D．知识是人们运用大脑对获取或积累的信息进行系统化地提炼、研究和分析的结果
【答案】：B
【解析】:见教材P27图2-8，数据、信息、知识和智慧的相互关系，可知B项错误，所以选B项。
3.下列属于数字化学习工具的是（ ）。
A．视频 B．音频 C．多媒体课件 D．思维导图软件
【答案】：D
【解析】:视频、音频都属于数字化的数据；多媒体课件是经过老师加工、处理后的数据，属于信息；思维导图软件，可用来编制各种样式的思维导图，属于数字化学习工具，所以选D项。
4.下列不属于思维导图制作工具的是（ ）。
A．Xmind B．Mindmanager C．FreeMind D．Mind+
【答案】：D
【解析】:XMind 、Mindmanager、 FreeMind都是思维导图软件，Mind+是一款基于Scratch3.0开发的青少年编程软件，所以选D项。
5.下列关于投针实验的描述错误的是（ ）。
A．投针实验起源于18世纪
B．投针实验中抛掷的次数越多，结果偏离越大
C．投针实验应用了蒙特卡洛方法并采用计算机进行模拟
D．投针实验可通过“网络画板”平台进行模拟
【答案】：B
【解析】:根据P33页投针实验的描述和介绍可知，ACD项均描述正确，而B项抛掷的次数越多，结果偏离越小。
6.在传统课堂教学中，针对每一名学习者较难展开因材施教与个性化学习。而在数字化学习环境下，学习者可以根据自己的特点自行安排学习进度，从互联网上选择自己需要的资源，按照适合自己的方式进行学习。这体现了数字化学习（ ）的特点。
A．个性化 B．合作性 C．问题化 D．创造性和再生性
【答案】：B
【解析】:从题目描述的情况来看，以学习者为中心、灵活的个性化学习方案符合教材P31页关于个性化的描述，选以先B。
7.声卡、视频卡、数码照相机、数码录像机、手写板、扫描仪等设备属于（ ）数字化工具。
A．信息获取工具 B．信息检索工具
C．数据采集工具 D．信息存储工具
【答案】：C
【解析】:见教材P29，上述设备属于数据采集（模数转换）工具。
8.小明正在与班内其他同学共同完成一个项目作业，每个同学按照分工需完成不同的部分和任务，并最终汇总形成本组的项目报告。下列（ ）工具更适合于这样的团队合作任务。
A．微信 B．有道云协作 C．网络画板 D．Xmind
【答案】：B
【解析】:微信属于信息通信交流工具；网络画板是国内领先的互联网动态数学工具；Xmind是思维导图工具；有道云协作以协作群形式开展协同办公，可以高效地处理办公文档、清晰地分配任务和简单聚焦地沟通讨论，所以选B项。
9.小芳正在老师的指导下进行项目学习，现学习已经进入成果总结阶段，她想查找专业文献，将自己的学习成果总结形成论文并投递到某杂志进行公开发表。请问，（ ）工具更适合于她现阶段的学习。
A．CNKIE-study B．百度学术 C．微博 D．网易公开课
【答案】：A
【解析】:CNKIE-study是中国知网开发的一款强大的数字化学习与研究平台，更符合题目描述，所以选A；百度学术搜索是百度旗下的提供海量中英文文献检索的学术资源搜索平台；微博是指一种基于用户信息分享、传播以及获取的分享简短实时信息的广播式的社交媒体、网络平台；网易公开课是汇集清华、北大、哈佛、耶鲁等世界名校共上千门课程的网上学习平台。
10.网络环境下的自主探究学习主要体现了网络的（ ）特点。
A．共享和交流 B．开放性
C．信息容量大 D．信息传播交互性
【答案】：A
【解析】:根据题干可以看出中心词是自主探究学习，学习环境是网络环境，体现资源的共享性，同时平台的互动性让学习者可以与老师、同学一起交流，所以选A项；开放性是数字化学习的特点，是指资源的共享，学习空间变宽，与题目的中心词不符；信息容量大、信息传播交互选项也主要从网络资源的角度描述，所以均不符合题意。
11.微博、微信、QQ等软件平台都属于（ ）。
A．网络课程平台 B．网络资源平台
C．网络互动平台 D．网络教学平台
【答案】：C
【解析】:微博、微信、QQ等软件平台都属于信息通信交流软件，属于网络互动平台。
12.在教科书中利用Python探究电流和电压、电阻的关系实验里，下列说法错误的是（ ）。
A．实验中的“5,10,15,586,291,198…”等数字表示的是一系列数据
B．实验中的U=2905.67607341mV表示的是一个具体信息
C．通过实验，我们验证了I=U/R这一知识
D．经过实验验证，我们得出电流I与电阻R成反比例关系，这是智慧
【答案】：D
【解析】:此题考查的是对数据、信息、知识、智慧的理解，根据P27图2-8四者的相互关系图可知，D项得出反比例关系属于知识层面，而用知识解决问题才属智慧层面，所以选D项。
13.随着移动互联网和物联网的飞速发展，现实世界的各种事物都变得可感知、可度量，从而生成数量庞大的数据或数据群，依靠（ ）发现和预测规律成为科学研究的第三种方法，它是一种主要以计算机学科为代表，以设计和构造为特征的方法。
A．理论方法 B．实验方法 C．计算方法 D．分析方法
【答案】：C
【解析】:见教材P28，科学研究的第三种方法，其中明确指出，科学研究主要依靠理论方法、实验方法和计算方法，所以选C项。
14.小明是一名高中生，在通过学校的智慧校园和学习系统进行物理课程的学习时，利用信息技术手段，将物理课本中的概念、方法等内容做成思维导图，并制作成一个生动的动画，同时还通过网络将其与其他同学进行交流分享。这主要体现了数字化学习的（ ）特点。
A．合作性 B．开放化 C．创造性和再生性 D．个性化
【答案】：C
【解析】:见教材P32，小明对物理学习中的概念、方法等内容进行整合、再创造、作为学习的成果，并以思维导图的形式呈现，充分体现了数字化学习的创造性和再生性，所以选C项。
15.在教科书中利用Python探究电流和电压、电阻的关系实验里，除了可以通过书中的Jupyter Notebook外，处理数据还可以通过下列（ ）工具实现。
A．Python IDLE B．Xmind C．网络画板 D．几何画板
【答案】：A
【解析】:Python IDLE是Python软件包自带的一个集成开发环境，可以利用它方便地创建、运行、测试和调试Python程序，所以选A项；Xmind是思维导图制作软件；网络画板和几何画板都是数学动态分析工具。
分析题
16.在人类的生产、生活和研究活动中，人们不断学习、总结、发现认识自然、探究规律的方法。“做实验→获取观察数据→分析处理数据→推理建立数学模型→实验验证模型→形成知识→应用与解决问题”是一条非常有效的知识发现路径。
根据以上描述，分析下列问题：
（1）请将选项编号填写在横线处：数据 ，信息 ，知识 ，
智慧 。（可选项：①应用与解决问题，②获取观察数据，③实验验证模型，④形成知识，⑤分析处理数据。）
【答案】：②、⑤、④、①
【解析】:根据教材P27图2-8数据、信息、知识和智慧的相互关系及其定义的理解可得出数据应为“②获取观察数据”，信息应为“⑤分析处理数据”，知识应为“④形成知识”，智慧应为利用知识解决问题“①应用与解决问题”。
（2）列举信息检索工具、信息通信交流工具各2个。
【答案】：信息检索工具：搜索引擎、电子词典、查询在线数据库等；
信息通信交流工具：微信、QQ、微博、博客、E-mail等。
【解析】:信息检索工具：搜索引擎、电子词典、查询在线数据库等；
信息通信交流工具：微信、QQ、微博、博客、E-mail等。
附加题
17.小明为了更好的理解文本信息的编码，体验数字化学习工具的使用，他运用UltraEdit软件观察字符串“Welcome to Tongliang middle school! ”的机器内码。通过UE软件打开文件后，得到的部分编码如图所示。下列对编码的分析正确的是 （ ）
A．文本文件内所有字符共需要 16B 的存储空间
B．字符“W”的 ASCII 编码是“57”
C．字符“e”的内码表示成二进制是“110101”
D．字符“T”的十六进制内码是 54，可推出字符“R”的十六进制内码是 53
【答案】：B
【解析】:A选项中图示的字符共16B的存储空间，但题目问的是文本文件内所有字符的空间，应为35B；根据图示看出B项正确；C项“e”的十六进制编码为“65”，将6按8421的位权值转化为二进制0110，同理5化为二进制0101，合成后的二进制为01100101，所以C项错误；“T”的十六进制编码为54，“R”的十六进制编码应为“52”。第 5 页 共 8 页必修1 数据与计算
第二章 知识与数字化学习
2.1 知识与智慧
2.1.1 知识
知识：是人们运用大脑对获取或积累的信息进行系统化地提炼、研究和分析的结果，能够精确地反映事物的本质。它来源于实践，经过加工提炼，又高于实践。
表2-2：欧姆定律实验的观察数据
电阻R/Ω 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
电流I/mA 586 291 198 143 101 98 72 68 59 55
将表格中的数据利用Python的plt.plot(x0,y0)命令绘制电流I与电阻R的数据曲线图，观察图形效果，猜测I与R成反比例关系。用I=U/R的关系产生更多的数据绘制IR关系曲线，发现当U=2905.67607341mV时，其模拟曲线与测试数据所绘制的曲线基本吻合，推出I=2905.67607341/R。从而推论出电流I与电阻R成反比例关系。发现规律，获得了知识。
2.1.2 智慧
图2-8 数据、信息、知识、智慧的相互关系
智慧是为了达到预定目标而运用知识解决问题的创新思维能力。
科学研究的三种方法：理论方法、实验方法、计算方法。
2.2 数字化学习与创新
2.2.1 数字化工具与资源及其优势
1. 数字化工具与资源
数字化工具是指能够采集、获取、检索、表示、传输、存储和加工多媒体数字化资源的设备装置。按其功能不同，大致分为以下几种：
（1）数据采集（模数转换）工具。如：声卡、视频卡、数码照相机、数码录像机、手写板、扫描仪
（2）信息获取工具。如：台式电脑、笔记本电脑、平板电脑和手机
（3）信息检索工具。如：搜索引擎和电子词典
（4）数字化可视化表达工具。如：思维导图和演示文稿
（5）信息通信交流与传输工具。如：电子邮件、博客、社交软件和视频会议系统
（6）信息存储工具。如：光盘、U盘、硬盘和服务器
（7）信息加工工具。如：编程软件、多媒体制作软件、网站制作工具和信息系统制作工具
（8）三维设计工具。如：3D制作软件、3D打印机、虚拟现实和增强现实制作系统
数字化资源是指经过数字化工具处理，可以在多媒体计算机上或网络环境下运行的，且可以实现共享的多媒体材料。
按其呈现方式不同，数字化资源可分为：数字图形、图像、视频、音频、文本，多媒体应用软件、网站、信息系统，计算机模拟，数据文件，数据库等。
2. 数字化工具与资源的优势
（1）获取的便捷性：不受时空和传递呈现方式的限制。
（2）形式的多样性：媒体呈现形式多样，如文本、图像、声音、动画、视频等。
（3）资源的共享性：可以反复利用、复制、传递和再生。
（4）平台的互动性：一方面支持学习者网上交流，另一方面学习者可寻求解答。
（5）内容的扩展性：主要表现为可操作性和可再生性。对内容的数字化处理，将更多资源与教学相融合。可以利用工具对信息进行再创造。
3.数字化学习的特点
（1）问题化：将学习问题化，学生通过问题学习可生成问题、提出问题、分析问题、解决问题。
（2）合作性：学习者通过学习平台交流、共享、协作。
（3）个性化：能以学习者为中心，开展个性化学习。
（4）创造性和再生性：学习者利用网络课程，可以参与和沉浸在学习中，可以自主、创新的学习。
（5）开放性：学习资源全球共享，实现碎片化学习，终身学习。
2.2.2 体验数字化创新学习过程
投针实验：蒙特卡洛方法是计算机模拟的基础，起源于18世纪数学家蒲丰的投针实验。投针实验是指在平面上画有一组间距为d的平行线，将一根长度为l（l≤d）的针任意掷在平面上，求此针与平行线中任一条相关的概率。这个概率问题在大量实验后，发现它是一个常数p=2l/πd。
布丰惊奇地发现：有利的扔出与不利的扔出两者次数的比，是一个包含π的表达式．如果针的长度等于d/2，那么扔出的概率为1/π。扔的次数越多，由此能求出越为精确的π的值。布丰由此发现了另一种求π的方法，这正是利用数字化学习工具的优势，可以直观的进行模拟实验，大大提高了实验效率、降低成本、安全保险等。
绘制思维导图的软件有Xmind、Mindmanager、FreeMind、WPS、希沃电子白板5等。
第二章 数字化学习与创新 学业测试
一、单选题
（1）下列工具中，更适用于免费在线存储学习资源的是（ ）。
A．微信 B．云盘 C．博客 D．微博
（2）以下关于数据、信息和知识相互关系的理解，不正确的是（ ）。
A．数据是原始事物现象的符号记录
B．信息等同于知识
C．信息是经加工处理的、具有意义的数据
D．知识是人们运用大脑对获取或积累的信息进行系统化地提炼、研究和分析的结果
（3）下列属于数字化学习工具的是（ ）。
A．视频 B．音频 C．多媒体课件 D．思维导图软件
（4）下列不属于思维导图制作工具的是（ ）。
A．Xmind B．Mindmanager C．FreeMind D．Mind+
（5）下列关于投针实验的描述错误的是（ ）。
A．投针实验起源于18世纪
B．投针实验中抛掷的次数越多，结果偏离越大
C．投针实验应用了蒙特卡洛方法并采用计算机进行模拟
D．投针实验可通过“网络画板”平台进行模拟
（6）在传统课堂教学中，针对每一名学习者较难展开因材施教与个性化学习。而在数字化学习环境下，学习者可以根据自己的特点自行安排学习进度，从互联网上选择自己需要的资源，按照适合自己的方式进行学习。这体现了数字化学习（ ）的特点。
A．个性化 B．合作性 C．问题化 D．创造性和再生性
（7）声卡、视频卡、数码照相机、数码录像机、手写板、扫描仪等设备属于（ ）数字化工具。
A．信息获取工具 B．信息检索工具
C．数据采集工具 D．信息存储工具
（8）小明正在与班内其他同学共同完成一个项目作业，每个同学按照分工需完成不同的部分和任务，并最终汇总形成本组的项目报告。下列（ ）工具更适合于这样的团队合作任务。
A．微信 B．有道云协作 C．网络画板 D．Xmind
（9）小芳正在老师的指导下进行项目学习，现学习已经进入成果总结阶段，她想查找专业文献，将自己的学习成果总结形成论文并投递到某杂志进行公开发表。请问，（ ）工具更适合于她现阶段的学习。
A．CNKIE-study B．百度学术 C．微博 D．网易公开课
（10）网络环境下的自主探究学习主要体现了网络的（ ）特点。
A．共享和交流 B．开放性
C．信息容量大 D．信息传播交互性
（11）微博、微信、QQ等软件平台都属于（ ）。
A．网络课程平台 B．网络资源平台
C．网络互动平台 D．网络教学平台
（12）在教科书中利用Python探究电流和电压、电阻的关系实验里，下列说法错误的是（ ）。
A．实验中的“5,10,15,586,291,198…”等数字表示的是一系列数据
B．实验中的U=2905.67607341mV表示的是一个具体信息
C．通过实验，我们验证了I=U/R这一知识
D．经过实验验证，我们得出电流I与电阻R成反比例关系，这是智慧
（13）随着移动互联网和物联网的飞速发展，现实世界的各种事物都变得可感知、可度量，从而生成数量庞大的数据或数据群，依靠（ ）发现和预测规律成为科学研究的第三种方法，它是一种主要以计算机学科为代表，以设计和构造为特征的方法。
A．理论方法 B．实验方法 C．计算方法 D．分析方法
（14）小明是一名高中生，在通过学校的智慧校园和学习系统进行物理课程的学习时，利用信息技术手段，将物理课本中的概念、方法等内容做成思维导图，并制作成一个生动的动画，同时还通过网络将其与其他同学进行交流分享。这主要体现了数字化学习的（ ）特点。
A．合作性 B．开放化 C．创造性和再生性 D．个性化
（15）在教科书中利用Python探究电流和电压、电阻的关系实验里，除了可以通过书中的Jupyter Notebook外，处理数据还可以通过下列（ ）工具实现。
A．Python IDLE B．Xmind C．网络画板 D．几何画板
分析题
16.在人类的生产、生活和研究活动中，人们不断学习、总结、发现认识自然、探究规律的方法。“做实验→获取观察数据→分析处理数据→推理建立数学模型→实验验证模型→形成知识→应用与解决问题”是一条非常有效的知识发现路径。
根据以上描述，分析下列问题：
（1）请将选项编号填写在横线处：数据 ，信息 ，知识 ，
智慧 。（可选项：①应用与解决问题，②获取观察数据，③实验验证模型，④形成知识，⑤分析处理数据。）
（2）列举信息检索工具、信息通信交流工具各2个。
附加题
17.小明为了更好的理解文本信息的编码，体验数字化学习工具的使用，他运用UltraEdit软件观察字符串“Welcome to Tongliang middle school! ”的机器内码。通过UE软件打开文件后，得到的部分编码如图所示。下列对编码的分析正确的是 （ ）
A．文本文件内所有字符共需要 16B 的存储空间
B．字符“W”的 ASCII 编码是“57”
C．字符“e”的内码表示成二进制是“110101”
D．字符“T”的十六进制内码是 54，可推出字符“R”的十六进制内码是 53
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