广东高等教育版信息技术八年级下第二单元第2课教学设计
课题
第2课 绘制函数图像
单元
第二单元
学科
信息技术
年级
八年级
学习
目标
掌握安装扩展库的方法。
理解扩展库matplotlib和numpy中相关函数的作用。
会用pyplot模块中的函数绘制图像。
能根据应用需要构建函数关系式并编程画出函数图像。
重点
理解扩展库matplotlib和numpy中相关函数的作用。
难点
能根据应用需要构建函数关系式并编程画出函数图像。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
函数图像能直观和形象地反映函数中的变量关系。利用图像，有助于把握和研究对象的整体特征及发展趋势，更好的进行数据分析，探究对象的变化规律。
Python是绘制函数图像的好工具，我们来绘制猫追老鼠的运动函数图像吧!
交流：
观察并分析图2-2-1的函数图像，讨论一下问题：
猫用了__5__ 秒追上老鼠，此刻猫跑了__50__ 米，老鼠跑了__40__ 米。
在数学中绘制函数图像有哪些基本步骤？
了解python绘制函数图像的工具。
通过绘制猫追老鼠的运动图像来了解库。
讲授新课
分析问题
本课的任务是绘制猫和老鼠运动的函数图像。从图2-2-1可知，猫和老鼠都做匀速直线运动，而运动时间t相对路程s的函数是一次函数。已知猫和老鼠的起点相距10米，运动速度分别为10米/秒和8米/秒，设奔跑时间为t、猫的路程s1、老鼠的路程为s2，则猫的函数表达式为s1=10*t，老鼠的运动函数表达式为s2=10+8*t。
程序要解决的关键问题：
一、是如何确定坐标的各项设置；
二、是如何根据确定的自变量取值范围及描点数生成函数图像。
要解决这两个问题，在程序中需要利用一下两个库：
（1）利用matplotlib库中的pyplot模块来绘制坐标系和函数图像。
（2）利用numpy库中的linspace函数生成自变量的一系列取值，作为描点的横坐标，由此才能根据函数表达式确定纵坐标的值。模块来绘制坐标系和函数图。
学习新知
matplotlib库
matplotlib是Python的一个会图库，我们可以用它来生成折线图、直线图、柱状图、散点图等各种函数图像。
安装matplotlib库
在系统盘（如C盘）上搜索外部命令文件“pip.exe”，并按图2-2-2所示的方法复制该文件路径。
（2）按“Win+R”组合键打开“运行”窗口，输入“cmd”进入如图2-2-3所示的DOS方式窗口。
（3）按如图2-2-4所示的方法，使用“cd”命令进入pip.exe文件所在的文件夹。
（4）按如图2-2-5所示，输入“pip install matplotlib”完成matplotlib库的安装。
2、pyplot模块
实践：
运行程序coordinate.py，体会表2-2-1中相关函数的功能。
（二）numpy库
numpy库也是Python的扩展库，主要用于科学计算和数据分析。在DOS方式下安装numpy库的命令为：
在Python中导入numpy库的命令如下：
import numpy
导入numpy库后，便可使用其中的linspace（）函数来生成指定区间内的等差数列，例如：
t=linspace(-1,1,21)
实践：
（1）在DOS方式下完成numpy库的安装。
（2）在IDLE交互模式下输入以下命令，体验理解linspace（）函数
设计算法
根据前面的分析，绘制猫和老鼠运动函数图像的算法思路如下：
1、导入matplotlib库中的pyplot模块和numpy库
2、设置要使用的中文字体
3、设置函数图像的标题、横轴、纵轴的名称
4、设定坐标系需要显示网络线
5、确定绘图描点坐标（时间t）的一系列取值，并设置路程s（纵坐标）与t的函数关系式
6、生成猫和老鼠的运动函数图像
7、添加图例并显示出猫和老鼠的运动函数图像
四、编写程序
根据算法设计，绘制猫和老鼠运动函数图像的程序代码如下：
探究：
1、运行程序draw.py，感受编程绘制图像的优越性。
2、修改程序，要求从键盘输入猫和老鼠的速度，画出猫和老鼠运动的函数图像，然后分析图像看看猫追上老鼠需要多长时间
实践与创作：
古希腊科学家亚里士多德提出：物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的。2000多年后意大利科学家伽利略提出物体下落的速度与物体的重量无关，物体下落的速度只与时间有关。根据自由落体定律的公式可知：
（1）物体下落的初速度为0米/秒
（2）重力加速度g=9.8米/秒2
（3）物体下落瞬间时速度的函数表达式为v=g*t
（4）物体下落位移的函数表达式为h=1/2*g*t*t
1、具有绘制函数图像功能的库或模块是？（ B ）
A、random B、matplotlib
C、numpy D、time
2、我们可以用pyplot模块的_grid_函数来显示坐标系的网格线，用_plot__函数来生成函数图像。
3、在Python中通常使用__pip__命令完成扩展库的在线安装
4、请完善程序arraylist.py，在闭区间[-10,10]等距取101个值存到列表list中，并输出列表list。
学生听取教师的讲解，了解猫和老鼠做匀速直线运动的函数关系。
了解matplottlib库中的pyplot模块的使用方法。
通过练习安装matplotlib库
了解pyplot模块的使用方式。
导入numpy库命令的方法。
学生动手自己设计流程图并编写代码。
编写猫和老鼠运动函数图像的程序代码。
学生理解和掌握。
培养学生进行编程的逻辑思维
培养学生的自主操作、解决问题的能力。
通过例题讲解，使学生更容易理解numpy库。
培养自主学习、自主编程的学习能力。
课堂小结
一、程序要解决的关键问题：
1、是如何确定坐标的各项设置；
2、是如何根据确定的自变量取值范围及描点数生成函数图像。
二、利用matplotlib库中的pyplot模块来绘制坐标系和函数图像。
三、numpy库也是Python的扩展库，主要用于科学计算和数据分析。
学生回答及进行编写程序
利用问题形式进行总结
板书
一、分析问题
二、学习新知
（一）matplotlib库的安装与运用
（二）numpy库的安装与运用
三、设计算法
四、编写程序
课件45张PPT。 第 2 课 绘制函数图像
——matplotlib 与 numpy 库的应用广东高等教育出版 第八册下 新知讲解快门乐新知讲解交流新知导入图 2-2-1 猫和老鼠运动的函数图像 新知讲解1、猫用了____ 秒追上老鼠，此刻猫跑了____ 米，老鼠跑了____ 米。2、在数学中绘制函数图像有哪些基本步骤？步骤：列表 、描点 、连线55040新知讲解一、分析问题 本课的任务是绘制猫和老鼠运动的函数图像。从图2-2-1可知，猫和老鼠都做匀速直线运动，而运动时间t相对路程s的函数是一次函数。已知猫和老鼠的起点相距10米，运动速度分别为10米/秒和8米/秒，设奔跑时间为t、猫的路程s1、老鼠的路程为s2，则猫的函数表达式为s1=10*t，老鼠的运动函数表达式为s2=10+8*t。新知讲解程序要解决的关键问题：
一、是如何确定坐标的各项设置；
二、是如何根据确定的自变量取值范围及描点数生成函数图像。新知讲解要解决这两个问题，在程序中需要利用一下两个库：新知讲解二、学习新知（一）matplotlib库新知讲解1、安装matplotlib库 matplotlib是Python的扩展库，需要先安装才能使用，可用DOS方式下的外部命令pip在线安装，步骤如下：新知讲解新知讲解1、右击该图标弹出快捷菜单，打开文件属性2、拖动鼠标后按右键复制“位置”项的文件路径内容图 2-2-2新知讲解图 2-2-3新知讲解图 2-2-41、输入cd命令及空格；2、操作鼠标粘贴pip.exe的文件路径、3、回车新知讲解图 2-2-5 安装matplotlib库新知讲解2、pyplot模块 import matplotlib.pyplot as plt新知讲解 pyplot模块包含多个函数，部分函数实例如表2-2-1所示。
新知讲解表 2-2-1 pyplot 模块中部分函数实例新知讲解 运行程序coordinate.py，体会表2-2-1中相关函数的功能。实践新知讲解#coordinate.py
import matplotlib.pyplot as plt
plt.xlabei(‘time’)
plt.ylabel(‘distance’)
plt.title(‘graph’)
Plt.grid()
Plt.axis([-6,10,-2,16])
plt.show()新知讲解（二）numpy库 pip install numpy新知讲解 import numpy新知讲解 t=linspace(-1,1,21) 该语句将在闭区间[-1,1]内等距的取21个数，并把这组数存到列表t中。新知讲解实践（1）在DOS方式下完成numpy库的安装。
（2）在IDLE交互模式下输入以下命令，体验理解linspace（）函数 >>>import numpy as np
>>>t=np.linspace(-1,1,21)
>>>t新知讲解三、设计算法根据前面的分析，绘制猫和老鼠运动函数图像的算法思路如下：1、导入matplotlib库中的pyplot模块和numpy库
2、设置要使用的中文字体
3、设置函数图像的标题、横轴、纵轴的名称新知讲解4、设定坐标系需要显示网络线
5、确定绘图描点坐标（时间t）的一系列取值，并设置路程s（纵坐标）与t的函数关系式
6、生成猫和老鼠的运动函数图像
7、添加图例并显示出猫和老鼠的运动函数图像新知讲解#draw.py
import matplotlib.pyplot as plt #导入pyplot模块，并起别名plt
import numpy as np #导入numpy库，并起别名np四、编写程序根据算法设计，绘制猫和老鼠运动函数图像的程序代码如下：新知讲解#确定坐标系的相关设置
plt.rcParans['font.sans-serif']=['SimHei'] #设置要显示的中文字体为simhei
plt.xlabel("时间（秒）") #设置横坐标名称
plt.ylabel("路程（米）") #设置纵坐标名称
plt.title('猫和老鼠运动图像') #设置图像标题
plt.grid() #显示坐标系中的网格线新知讲解#确定绘图描点的取值
t=np.linspace(0,8,41) #在区间[0，8]内等距取值作为各点横坐标。存到列表t中
s1=10*t #定义猫运动的函数表达式（由此确定纵坐标的值）
s2=10+8*t #定义老鼠运动的函数表达式（由此确定纵坐标的值）新知讲解#生成猫和老鼠的运动函数图像
plt.plot(t,s1,'r-.',label='猫') #用红色的‘-.’绘制猫的运动函数图像
plt.plot(t,s2,'g--.',label='老鼠') #用绿色的‘--’绘制老鼠运动的函数图像
plt.legend() #添加图例
plt.show() #把绘制的图像显示出来新知讲解探究1、运行程序draw.py，感受编程绘制图像的优越性。
2、修改程序，要求从键盘输入猫和老鼠的速度，画出猫和老鼠运动的函数图像，然后分析图像看看猫追上老鼠需要多长时间新知讲解>>>import time
>>>time.time()
>>>time.time()
>>>time.time() time()用于获取当前时间新知讲解实践与创作 古希腊科学家亚里士多德提出：物体下落的快慢是由物体本身的重量决定的。2000多年后意大利科学家伽利略提出物体下落的速度与物体的重量无关，物体下落的速度只与时间有关。根据自由落体定律的公式可知：新知讲解（1）物体下落的初速度为0米/秒
（2）重力加速度g=9.8米/秒2
（3）物体下落瞬间时速度的函数表达式为v=g*t
（4）物体下落位移的函数表达式为h=1/2*g*t*t
请编写两个程序，分别绘制做自由落体运动时的瞬时速度的函数图像和位移的函数图像。新知讲解新知讲解检测与评估1、具有绘制函数图像功能的库或模块是？（ ）
A、random B、matplotlib
C、numpy D、time拓展新知B2、我们可以用pyplot模块的________函数来显示坐标系的网格线，用_______函数来生成函数图像。拓展新知grid3、在Python中通常使用_______命令完成扩展库的在线安装plotpip拓展新知4、请完善程序arraylist.py，在闭区间[-10,10]等距取101个值存到列表list中，并输出列表list。#arraylist.py
import numpy as _____
_____=np.linspace(______ , _____ , _____ )
print(list)nplist-1010101 5、完成表2-2-2的学习评估，并将评估等级填写到“我的成长记录袋”中。拓展新知拓展新知表2-2-2 学习评估表课堂总结一、程序要解决的关键问题：
1、是如何确定坐标的各项设置；
2、是如何根据确定的自变量取值范围及描点数生成函数图像。
二、利用matplotlib库中的pyplot模块来绘制坐标系和函数图像。
三、numpy库也是Python的扩展库，主要用于科学计算和数据分析。
板书设计一、分析问题
二、学习新知
（一）matplotlib库的安装与运用
（二）numpy库的安装与运用
三、设计算法
四、编写程序谢谢21世纪教育网（www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
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