亿图脑图MindMaster【教师资格证】高中信息技术必修一基础知识与教学方法
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高中信息技术必修 一 基础知识与教学方法
第一章
数据及其特征
引入：日常生活中人们常使用符号来表达客观事物，比如这位同学的身高是180cm，今天的最高气温是23℃。这些作为数据，表述了不同事物的特征。 其实，世界上任何客观事物在人脑的反应，离不开符号的表达和基于符号的逻辑推理。
什么是数据？
数据是数字吗？当然不是
举例子：表达天气的图标、表达体育运动的火柴人、日常看到的柱状图
计算机中如何表示数据？
二进制信息单元0,1
举例子：小明身高180cm，数字180在计算机中表示为10110100
数据的意义
数据是现实世界客观事物的符号记录，是信息的载体，是计算机加工的对象。
数据的基本特征
引入：人们在探索自然世界的时候，会用数据来记录自然世界的发展，想要探索和揭示自然世界的发展规律，就要知道数据的基本特征
二进制
在计算机中，数据以二进制的形式进行存储、加工。
语义性
将数据符号解释为客观世界的事务
举例子：120这个数字可以表示为某个小朋友的身高是120cm，衣服的价格是120元等
分散性
数据是分散的记录，分别记录不同客观事物的运动状态
举例子：比如跑步比赛中，运动员的成绩是用秒表单独记录的，这样才方便于比较
多样性和感知性
引入：看《中国1960-2017年世界的GDP排名变化》视频，正如大家看到的，视频中结合了数字、图片、视频等多种形式，展现了我们的变化
数据记录的形式是多样的，可看、可听、可感知。
模拟信号与数字信号
模拟信号
什么样的信号是模拟信号？
引入：在生活中，我们会看到各种信号，声音的声波、车辆运动的速度、水面的波纹、太阳的运动轨迹。这些都有一样的特征，那就是会随着时间的推移发生变化。
随时间连续变化的物理量所表达的信息称为模拟信号
模拟信号的特征
存在于自然中
连续的
模拟信号的电学表示
模拟信号的优点
可以对自然界物理量的真实值尽可能逼近的描述
信息密度大
模拟信号的缺点
不易传输
以波形的形式传输，容易受其他信号的干扰而失真变形，且在传输过程中保密性差。
不易存储
模拟信号用磁盘和磁带存储，容易损坏
不易运算
模拟信号电路分析难度大，容易受干扰
数字信号
什么是数字信号
引入：比起模拟信号，有没有更加安全方便的信号呢？当然是有的
数字信号的形成：用24小时温度变化图来举例子 第一步采样（标出关键坐标点） 第二步量化（把坐标点的数据进行读取，并转换为二进制） 第三步编码（在计算机中用01编码，在计算机中会表示为高低压，发射出去，存储）
定义：离散时间信号的数字化表示成为数字信号。
数字信号的特征
人为加工的
离散的
数字的
比较两者
清晰度和分辨率
模拟信号因为是对自然信号逼真的描述，所以理论上与自然信号一致，具有无限高的
数字信号则与采样频率和后期加工相关
传输、计算和存储
很容易受干扰，信号会随能量减弱和距离的增大而衰减
因为采用二级制，所以计算就相对容易，抗干扰能力强
图像的编码
矢量图与位图
矢量图
使用直线和点构成的图
优点：无论放大、缩小或者旋转等都不会失真 文件所存储的空间较小
缺点：难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果
位图
使用像素构成
优点：色彩层次丰富，图像效果逼真
缺点：放大之后会失真
常见格式：bmp\jpg\gif\psd\png\tiff
图像的编码
引入：大家看这张图，是由一个个的小方块构成，方块就是像素，数数会发现，有16行16列，所以这个图片的分辨率就是16*16，也就是共有256个像素。下一幅图，是32*16，下一幅图是100*100，大家可以看得出来，越来越清晰。
分辨率越高，像素越多，图像越清晰。
编码是用二进制来进行的。 表示一个像素的二进制位数有n位，则颜色信息数量为2的n次方
举个例子：这一幅图，是黑白的，我们用0表示白色，用1表示黑色，2的1次方=2，即用1位二进制数表示一个像素的信息，表示2种颜色，像素块所对应的二进制编码就变成了这样。 这一幅图，有黑白红蓝四色，用00表示白色，01表示红色，10表示绿色，11表示黑色，2的2次方=4，即用2位二进制数表示一个像素的信息，表示4种颜色。 同理可得8种颜色的。
位图存储数据量的计算
考虑以下两点
位图的分辨率是多少？
每个像素的颜色需要用几位二进制数表示？
存储数据量=分辨率*二进制位数(bit)
举个例子：一幅分辨率为800*600黑白2种颜色的位图，计算该位图的存储数据量是多少？ 2的1次方=2，所以位数是1，即800*600*1
声音的编码
引入：大家来看这样一段视频（五星红旗迎风飘扬...）15561个声音汇聚在一起，歌唱祖国，这首歌经过录制，在网络上引起了很大的传播。今天让我们一起了解声音录制背后的故事，揭开声音数字化编码的神秘面纱。 人的声音如何成为计算机中的音乐呢？根据已有的知识经验，我们知道声音是一种连续变化的模拟信号。人的声音是模拟信号，计算机中的音乐是数字信号，我们把它转化为它，就是声音的数字化过程，即声音编码。
过程
采样
引入：例如这张模拟信号图，横轴为时间，纵轴为幅度
采样频率
采样频率比对
采样频率要达到多少，才能让采样值包含原信号的全部信息呢？
举个例子：通常CD的采样频率为44.1kHz，每秒采集44100次
量化
定义
量化位数
量化等级对比
编码
引入：在采样和量化完成后的信号还不是数字信号，我们需要进行第三步
定义
二进制编码结果
受影响
声音存储空间
举个例子
信息及其特征
什么是信息
引入：信息总是服务于我们的日常生活， 每天早上响起的闹钟释放该起床了的信息； 厨房里炒菜的香味释放该吃饭了的信息； 马路上红灯亮起，释放该停车等待的信息
信息就是以图像、文字、声音、语言、动画、气味等方式所表达的内容
信息的一般特性
载体依附性
信息不能独立存在，需要一定的载体才能表现出来，而且同一个信息可以依附于不同的载体，但是载体本身并不是信息。
举例子：古代将士点燃的烽火本身不是信息，它里面所包含的意义是“外敌入侵”，烽火只是载体。
价值性
信息有价值
举例子：暴雨降至，气象台发布预警，人们采取预防措施，避免损失。
时效性
信息会随着时间、地点的变化而变化
举例子：暴雨来临之后，气象台再发布预警，没什么用了
共享性
同一个信息可以被多人共享，不会因为一方有了另一方就会失去
举例子：你我各有一个苹果，彼此交换，你我还是各有一个苹果 你我各有一种思想，彼此交换，你我各有两种思想甚至更多
第二章
知识与指挥
知识是什么
引入：有时候我们会惊呼“哇，涨知识了”；有时候我们会抱着书阅读，这个时候知识就会不自觉地进入我们的脑海，那么同学们知道，知识到底是什么呢？
知识发现的路径
引入：欧姆定律实验，即保持电压不变，探究电流和电阻的关系。实验装置如图所示，经过实际实验，我们会得出这个表当中的数据。把数据输入到python工具中，绘制散点图，再绘制曲线图，最后我们结合这两张图，就能得出实验的结果，即I=U/R
如何应用知识解决问题 即什么是智慧
引入：看视频，开讲啦，人类解决问题靠的是智慧，可是计算机也能解决更多复杂的问题，计算机也有智慧吗？刚才讲过的欧姆定律应用有哪些呢？像我们通过旋钮来调节电风扇的风力大小、音响的音量大小，这都是通过改变电阻进而改变电流得到的。由此得出
举例子：培根说过：知识就是力量，但是很少有人知道它的后一句是，但更重要的是运用知识的技能。“学而不思则罔”所以你的知识获取和吸收，是可以通过外界，但是智慧必须你自己来。
练习：
数字化工具与资源及其优势
数字化工具与资源
什么是数字化工具
分类
数据采集工具
举例子：麦克风、摄像、手机
信息获取工具
举例子：电脑、手机、平板
信息检索工具
举例子：搜索引擎、电子词典、数字图书馆
数字化可视化表达工具
举例子：思维导图、演示文稿
信息通信交流与传输工具
举例子：电子邮件、微博、微信、QQ、网盘、视频会议
信息储存工具
举例子：U盘、硬盘、光盘
信息加工工具
举例子：各种软件：编程软件、多媒体制作软件、数据库
三维设计工具
举例子：3D制作软件、3D打印机、虚拟现实技术VR、AR
数字化工具与资源的优势
数字化学习的特点
数字化创新学习过程
老师看到有的同学会用手绘思维导图来梳理知识框架，这样其实效率不太高，老师也带大家在上一节课学习了各种数字化工具，那么我们就可以利用数字化的工具，来制作电子版的思维导图，我们可以利用xmind、mindmaster等思维导图软件，这样我们就可以随意更改，而且更加漂亮和规整
第三章
人工解决问题的过程
引入：
穷举法：繁琐
解决步骤：缩小穷举范围
缺陷：效率低、耗时长
计算机解决问题的过程
举例子：分析问题
设计算法：
编写代码：
调试运行
举例子：
所以算法也有可能有多种，我们要参考运算时间等多项指标，选择最优的算法
算法及其描述
引入：垃圾分类很重要，保护地球
支付宝小程序：看视频，我搜索塑料瓶，它显示是可回收物，很方便
探讨原理
概念：
特征
数据输入：一定有输入
数据输出：一定有输出
有穷性：一定会结束
确定性：一定有意义
可行性：一定可以运行
描述
自然语言
流程图
举例子：
伪代码：把流程图转化为伪代码
举例子
计算机程序与程序设计语言
机器语言
定义：
举例子：
特点：
汇编语言
定义：
举例子：
特点：
高级语言
定义：
举例子
特点：
总结
第四章
python
python的常量与变量
区别
计算机存储为什么要使用变量呢？
每一个要占用内存的数据，在计算机中都对应一个地址，比如数字2占用了一个内存，我们想要在大量的数据中找到2这个数字，就要知道他的地址，非常麻烦。但是我们如果引入一个变量a=2，这样就会方便我们在众多地址中找到对应的数据
变量的构成
标识符
变量的内容
程序设计语言
静态语言
动态语言
引入python
python的数据类型
数值(number)
整型
浮点型
复数
字符串(string)
操作
布尔值(bool)
生活中我们也要用许许多多的容器来存储物品，比如厨房里的油盐酱醋茶，那么计算机中我们也要用容器来存储数据，接下来的4种数据类型就是充当了容器的作用
列表(list)
操作
元组(tuple)
集合(set)
操作
字典(dict)
操作
总结
python的运算符与表达式
python的函数
数据的输入与输出
顺序结构
if语句
if-elif-else语句
循环
for循环
while循环
循环嵌套的应用
循环控制