1.2通过列举实例,认识到数据作为新的原材料、生产资料和基础设施的价值与意义。
1.3结合生活实际,理解数据结构的概念,认识数据结构在解决问题过程中的重要作用。
1.4通过案例分析,理解数组、链表等基本数据结构的概念,并能编程实现其相关操作。比较数组、链表的区别,明确上述两种数据结构在存储不同类型数据中的应用。
1.5通过问题解决,理解包括字符串、队列、栈在内的线性表的概念和基本操作,并编程实现。
1.6通过列举实例,认识到抽象数据类型对数据处理的重要性,理解抽象数据类型的概念,了解二叉树的概念及其基本操作方法。
1.7通过实现数据的排序和查找,体验迭代和递归的方法,理解算法与数据结构的关系。
【教学提示】
算法与数据结构是问题求解中相辅相成、不可分割的两个方面。在本模块教学中,可以通过设计范例,引导学生理解数据结构、抽象据类型等基本概念。
在学习数组、链表以及线性表内容时,可以引导学生参与基于真实问题的项目学习,经历建立数据模型、抽象数据、选择数据结构、算法实现、上机调试、问题解决的全过程。
例1:当车库单行车道出口受阻时,车辆不能挪动。这时停在单车道上的车辆,就要采用“后进先出”的方式倒出。通过这样的事例可引入“栈”的概念及特征,然后适当开放项目范围,让学生自己寻找需要解决的问题,设计相关的项目主题,开展项目学习。
例2:利用二维数组描述围棋棋盘。数组中的每一个元素对应棋盘中的一个位置。设置数据元素值为0,表示该位置没有棋子;设置数据元素值为1,表示该位置为一方棋子;元素值为2,则为另一方棋子
【学业要求】
学生能够运用生活中的实例描述数据的内涵与外延,能够将有限制条件的、复杂生活情境中的关系进行抽象,用数据结构表达数据的逻辑关系(信息意识、计算思维)。能够从数据结构的视角审视基于数组、链表的程序,解释程序中数据的组织形式,描述数据的逻辑结构及其操作,评判其中数据结构运用的合理性;能够针对限定条件的实际问题进行数据抽象,运用数据结构合理组织、存储数据,选择合适的算法(如排序、查找、迭代、递归等)编程实现、解决问题(计算思维、数字化学习与创新)。能够分析数据与社会各领域间的关系,自觉遵守相应的伦理道德和法律法规(信息社会责任)。
模块2:网络基础
网络不但是数据传输的物理基础,也是支撑信息社会的重要基础设施。理解网络基本知识,熟练使用典型网络服务,是现代信息社会中生存与发展的基本技能之一。本模块是针对网络基本知识和实践应用而设置的选择性必修模块。
通过本模块的学习,学生应了解计算机网络的核心概念与发展历程,了解常用网络设备的功能,能通过网络命令查询网络及设备的工作状态、发现联网故障,认识物联网对社会发展的影响,能使用典型的网络服务解决生活与学习中的问题,利用信息技术分享网络资源,具备网络应用安全意识。
【内容要求】
2.1了解计算机网络的发展历史,知道网络的结构、类型、特征及演变过程;理解计算机网络与通信、互联网及移动互联网对现代社会的重要意义。
2.2认识常见网络传输介质的特寺性,理解影响网络传输质量的主要物理因素;描述网络的拓扑结构及不同类型网络的主要特点。
2.3熟悉TCP/IP协议(传输控制协议/网际协议)的主要功能和作用,理解网卡、交换机、路由器等基本网络设备的作用和工作原理。
2.4了解网络操作系统的功能,能使用基本网络命令查询联网状态、配置情况、发现故障。
2.5熟悉常见网络服务的应用情境,能识别网络资源的类型,利用适当的工具在计算机和移动终端上生成与分享网络资源。
26认识网络应用中信息安全和隐私保护的重要性,了解常用网络安全协议(SSL〈安全套接层〉、IPSec〈网际协议安全性〉等协议)的作用;能够设置及使用简易防火墙,能够使用适当工具对数据和终端设备进行加密。
2.7掌握物联网的概念及其发展历程,了解与物联网相关的设备及其功能,描述其工作原理。
2.8体验物联网、“互联网+”以及其他相关网络在日常生活、学习中的应用(如Bluetooth〈蓝牙〉、NFC(近场通信〉等),探讨创新网络服务对人们未来生活、工作与学习的影响。
【教学提示】
在本模块教学中,教师可创设网络实验环境,引导学生在实际操作中掌握网络应用的技能,理解操作背后的技术原理,体验物联网给人们生活带来的便利。
(1)通过本模块的教学,既要引导学生从操作层面掌握常用的网络应用技术,也要让学生对网络配置等内容形成理性认识。
例如:提供基本的网络设备和器材,让学生经历从硬件连接到网络配置的全过程,在具体的联网过程中掌握相关参数的设置方法。
(2)教学实施应结合学生日常使用网络的具体实例展开,引导学生合理使用网络、解决简单的联网问题。
例如:设置一些联网中常见的故障,包括硬件连接故障、网络连接的错误配置等,引导学生从分析问题入手,判断故障原因,探索解决故障的方法。
(3)对于网络应用,要让学生深入理解生活、学习中与网络技术相关的各种事物与现象的本质,理解创新网络服务的价值。
例如:让学生尝试利用多种方法实现大量资源文件的共享,对比各种方法的优缺点,理解各种方法的适用情境,进而体验网络技术给人们生活带来的便利。
(4)通过实际案例,引导学生了解网络环境的优势与不足,认识到既要积极利用网络、也要增强安全使用网络的意识,懂得安全使用网络的相关技术方法。
例如:列举一些网络信息泄露的案例,引导学生分析可能导致个人信息泄露的原因。通过实际操作体验,帮助学生掌握防范网络安全问题的基本方法,在理性层面形成安全使用网络的意识,养成安全使用网络的行为习惯。
本模块教学适宜在能够接入互联网的信息技术实验室中开展,可根据条件配置相应的组网设备或者开源的板卡,为学生创建操作实践的环境。在开展网络连接、网络服务等活动时,要尽量采用较新的技术、软件和备,并与学生的日常网络使用经验建立联系。
【学业要求】
学生要知道网络的结构、特征和发展过程,理解物联网的概念，认识与物联网相关的应用(信息意识)。理解影响网络传输质量的基本因素,熟悉TCP/P等协议的功能和作用,描述网络的拓扑结构,掌握使用基本网络命令查询联网状态、配置情况及发现故障的操作(计算思维)。理解网卡、交换机、路由器等网络设备的作用和工作原理,熟知常见的网络服务,能够根据任务特点选择恰当的网络服务,理解创新网络服务的意义,列举日常生活中与物联网相关的设备,描述其工作原理(数字化学习与创新)。形成积极、安全使用网络的观念,具备防范网络安全隐患的意识,能判断日常网络使用中不安全问题产生的原因,掌握构建个人安全网络环境的基本方法(信息社会责任)。
模块3:数据管理与分析
数据管理与分析技术已经广泛应用于人们的日常生活与学习中,成为解决问题的重要方式。有效地管理与分析数据(包括大数据)可帮助人们获取有价值的信息,为决策形成提供重要依据。本模块是针又对数据管理技术与数据分析方法的应用而设置的选择性必修模块。
通过本模块的学习,学生应了解数据管理与分析技术,能根据需求分析,形成解决方案;能选择一种数据库工具对数据进行管理,从给定数据中提取有用信息并应用于实际问题解决中;在活动过程中形成对数据特征、数据价值、数据管理思想与分析方法的认识。
本模块包括“数据需求分析”“数据管理”“数据分析”三部分内容。
【内容要求】
3.1结合生活实际,认识到数据是一种重要的资源,通过科学管理与分析数据,可以使数据实现其应有价值,感受数据管理与分析技术的重要性。
3.2结合具体案例,初步了解分析业务需求、建立数据管理与分析问题整体解决方案的基本过程;尝试对既定方案进行分析、评价，发现问题并优化方案。
3.3结合案例,了解数据采集途径的多样性,能利用适当的工具对数据进行采集和分类;认识噪声数据的现象和成因;理解不同结构化程度数据(包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据)的区别,以及在管理与应用上的特点。
3.4结合案例,了解关系数据模型的基本概念,掌握设计简单关系数据库的逻辑结构的方法。
3.5使用数据库管理系统建立关系数据库,了解数据库基本的数据查询方法(如选择、投影、排序、统计等),能使用结构化查询语言进行简单的数据查询。
3.6结合案例,认识数据丢失的风险,利用实时备份与定时备份、全备份、增量备份与差异备份等多种方法进行数据备份。
3.7了解常用的数据分析方法(如对比分析法、分组分析法、平均分析法和相关分析法等);在实践中选用适当的数据分析工具,分析、呈现并解释数据。
3.8运用数字化学习方式,了解数据管理与分析技术的新发展；结合恰当的案例分析,认识数据挖掘对又信息社会问题解决和科学决策的重要意义。
【教学提示】
本模块的教学应该在丰富的案例资源基础上进行。案例的获得可以有多种方式。
(1)教师可提供贴近学生现实生活的典型案例,如校园歌手大赛成绩管理、图书馆图书及借阅管理、社会实践调查问卷的管理与分析、早餐营养搭配管理、超市销售记录的管理与分析等。
选用的案例应该包含数据库建设与数据生成的主要环节,可进行主要的查询操作以彰显其意义,又不至于过分复杂,以免超出学业允许的限度;应能反映整体性思想,采用的案例由小到大,由简单到复杂,从而引导学生形成关于数据管理的更大联想空间。
(2)教师还可以选取贴近学生学习和生活的典型问题,引导和鼓励学生自行采集和创建典型案例,在确定具体问题解决方案制订和实施的过程中,开展自主或协作学习。考虑到学生的既有知识积累,建议引导学生在使用数据分析工具的过程中,理解数据管理的思想,进而理解数据管理技术。
例如:在电子表格软件与其他数据库之间共享数据,以帮助学生有效地迁移所学知识;还可以借助这些数据分析软件,将获得的数据可视化,加强学生对数据分析方法的掌握及数据意义的理解。
本模块的教学适宜在计算机网络环境下开展。要求至少配备一种数据库管理系统和一种数据分析软件。除此之外,教师也可以组织学生参观企业或社会场所的信息中心,听取专业人员介绍数据管理与分析的策略,体会数据管理与分析的重要价值,感受数据对人类社会的重要影响。
【学业要求】
学生能够确定学习和生活中的业务数据问题,能提出解决方案,评价其合理性、完整性以及分析方案优化或改进的可能性(计算思维)。能认识有效管理与分析数据对获取有价值信息、形成正确决策的作用与意义,认数据管理与分析技术对人类社会生活的重要影响;能在特定的信息情境中,根据业务数据问题解决的需要,利用多种途径采集与甄别数据(信息意识)。能按照特定数据管理的需求,使用数据库管理系统建立关系数据库,会选用恰当的策略与方法,对数据进行管理(计算思维)。认识数据备份的重要性,能根据需要及时备份与还原数据,确保数据安全(信息社会责任)。会采用适当的方法提取数据;能正确选用数据分析方法和工具,分析并解释数据(计算思维)。能根据需要,主动选用数字化工具开展自主或协作学习,创造性地解决问题(数字化学习与创新)。
模块4:人工智能初步
人工智能是通过智能机器延伸、增强人类改造自然和治理社会能力的新兴技术。近年来,人工智能的发展呈现出深度学习、跨界融合、人机协同等新特征,推动了社会各领域从数字化、网络化向智能化的跃升,深刻改变着人们的生活方式和思维模式。本模块是针对人工智能的发展特征,从基础知识与应用、简单人工智能应用模块搭建及开发等方面设置的选择性必修模块。
通过本模块的学习,学生应该了解人工智能的发展历程及概念,能描述典型人工智能算法的实现过程,通过搭建简单的人工智能应用模块,亲历设计与实现简单智能系统的基本过程与方法,增强利用智能技术服务人类发展的责任感。
本模块包括“人工智能基础”“简单人工智能应用模块开发”“人工智能技术的发展与应用”三部分内容。
【内容要求】
4.1描述人工智能的概念与基本特征;知道人工智能的发展历程、典型应用与趋势。
4.2通过剖析具体案例,了解人工智能的核心算法(如启发式搜索、决策树等),熟悉智能技术应用的基本过程和实现原理。
4.3知道特定领域(如机器学习)人工智能应用系统的开发工具和开发平台,通过具体案例了解这些工具的特点、应用模式及局限性。
4.4利用开源人工智能应用框架,搭建简单的人工智能应用模块,并能根据实际需要配置适当的环境、参数及自然交互方式等。
4.5通过智能系统的应用体验,了解社会智能化所面临的伦理及安全挑战,知道信息系统安全的基本方法和措施,增强安全防护意识和责任感。
4.6辩证认识人工智能对人类社会未来发展的巨大价值和潜在威胁,自觉维护和遵守人工智能社会化应用的规范与法规。
【教学提示】
在本模块教学中,教师既可以通过案例分析、项目设计等方式,引导学生拓展思维,也可以向学生展示或剖析比较典型的智能系统，如早期的专家系统以及“深蓝(?Deep?Blue)”“沃森(?Watson)”“阿尔法围棋(?AlphaGo)”和“百度大脑”等系统。
在引导学生发现问题、尝试用人工智能方法解决问题的过程中,让学生初步了解和体验人工智能的特点,感受智能技术对生活与学习带来的影响,进一步激发学生学习和探究新技术、新知识的积极性,提高他们综合应用信息技术的能力。
在学习有关人工智能基础知识方面的内容时,可多采用案例剖析法,让学生在模仿中习得,在创造中推新。尽可能利用学生在必修、选择性必修等课程学习中已取得的经验,降低学习障碍,保证学习效果。
在学习简单智能系统开发内容时,可以采用小组合作、项目学习等方式组织教学,充分利用丰富的开源硬件和人工智能应用框架等资源,搭建面向实际生活的应用场景,发挥学生的自主学习与探究学习能力,鼓励学生积极探究、大胆实践,激发学生的创新思维。
【学业要求】
学生能描述人工智能的基本特征,会利用开源人工智能应用框架,搭建简单智能系统(计算思维)。了解人工智能的新进展、新应用(如机器学习、自动翻译、人脸识别、自动驾驶等),并能适当运用在学习和生活中(数字化学习与创新)。了解人工智能的发展历程,能客观认识智能技术对社会生活的影响(信息意识、信息社会责任)。
模块5:三维设计与创意
三维设计作为一种立体化、形象化的新兴设计方法，已经成为新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的重要基础。三维设计方法的学习与应用,既有利于培养学生的空间想象能力,也有利于发展学生科学、技术、工程、人文艺术、数学等学科综合性的思维能力。本模块是针对三维图形创作与编辑和三维动画创意方法而设置的选择性必修模块。
通过本模块的学习,学生能够理解基于数字技术进行三维图形和动画设计的基本思想与方法,能够结合学习与生活的实例设计三维作品并发布,体验利用数字技术进行三维创意设计的基本过程与方法。
本模块包括“三维设计对社会的影响”“三维作品设计与创意”“三维作品发布”三部分内容。
【内容要求】
5.1能通过调查和案例分析,描述三维设计及相关技支术的现状和发展趋势,具体说明三维设计及相关技术给人们生活、工作、学习带来的影响。
5.2认识三维设计及相关技术在数字化环境中的普遍性,了解维设计及相关技术在不同领域的实际应用。
普通高中信息技术课程标准[2018年版]
