知識(shí)與智慧課件高中信息技術(shù)新粵教必修1

2.1知識(shí)與智慧在人類的生產(chǎn)、生活和研究活動(dòng)中，人們會(huì)不斷學(xué)習(xí)、總結(jié)、發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)自然、探究規(guī)律的方法。而“做實(shí)驗(yàn)→獲取觀察數(shù)據(jù)→分析處理數(shù)據(jù)→推理建立數(shù)學(xué)模型→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型→形成知識(shí)→應(yīng)用知識(shí)解決問題”是一條非常有效的知識(shí)發(fā)現(xiàn)路徑。2.1.1知識(shí)知識(shí)是人們運(yùn)用大腦對(duì)獲取或積累的信息進(jìn)行系統(tǒng)化地提煉，研究和分析的結(jié)果，能夠精確地反映事物的本質(zhì)。它來(lái)源于實(shí)踐，經(jīng)過加工提煉，又高于實(shí)踐。探究活動(dòng)實(shí)驗(yàn)歐姆在研究電流與電壓、電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中利用了控制變量法，即保持電壓不變，探究電流和電阻的關(guān)系；或保持電阻不變，探究電流和電壓的關(guān)系。下面我們運(yùn)用Python工具，利用控制變量法采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究當(dāng)導(dǎo)體電壓保持不變時(shí)，通過導(dǎo)體的電流隨導(dǎo)體電阻變化的規(guī)律。1.實(shí)驗(yàn)儀器電壓表、電流表、電池、開關(guān)、導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器和10個(gè)不同阻值的電阻。2.實(shí)驗(yàn)步驟(1)收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。①連接電路圖如圖2-4所示。連接電路時(shí)注意：接線時(shí)開關(guān)要斷開；閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片要滑到最大阻值處。②把電阻R(記下阻值)接入電路，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)U/=3V,記錄電流表示數(shù)I1。③把電阻R換成電阻R2(記下阻值)，再次移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)U=3V,記錄電流表示數(shù)I2。④如此類推，把電阻R9換成電阻R10,再次移動(dòng)滑片，使電壓表示數(shù)U=3V,記錄電流表示數(shù)I10。所得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2-2所示。(2)運(yùn)用Python工具處理數(shù)據(jù)，繪制圖像。①繪制散點(diǎn)圖?？梢詮慕炭茣涮讓W(xué)習(xí)資源包中安裝Python解釋器Jupyternotebook,運(yùn)行配套學(xué)習(xí)資源包“第二章\課本素材\繪制散點(diǎn)圖”程序，把表2-2中的數(shù)據(jù)輸入程序中，執(zhí)行程序后得到如圖2-5所示的電流I與電阻R關(guān)系數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖。②在“繪制散點(diǎn)圖"程序中加上指令"plt.plot(x0,y0)"，執(zhí)行程序后，得到如圖2-6所示的電流I與電阻R關(guān)系數(shù)據(jù)曲線圖。③觀察電流I與電阻R關(guān)系數(shù)據(jù)曲線后，可以猜想電流I與電阻R的關(guān)系是反比例關(guān)系，于是按I=U/R的關(guān)系對(duì)數(shù)據(jù)做曲線擬合。打開配套學(xué)習(xí)資源包“第二章\課本素材\曲線擬合”程序，執(zhí)行程序后得到如圖2-7所示的電流I與電阻R關(guān)系數(shù)據(jù)曲線擬合圖。其中，U=2905.67607341mV與電壓表的示數(shù)基了本吻合，即I=(29057607341)/R。④經(jīng)過推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，電流I與電阻R反比例關(guān)系成立，即I=U/R。從以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、建模和驗(yàn)證過程可以知道，知識(shí)的發(fā)現(xiàn)不僅可以通過實(shí)驗(yàn)、觀察和總結(jié)為特征的方法獲取，還可以通過直接觀察獲取數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，獲得知識(shí)。2.1.2智慧在日常生活中，我們要調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度、電視機(jī)音量的大小，都要應(yīng)用歐姆定律的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)可空電阻，去調(diào)節(jié)它們的變化。探究與應(yīng)用歐姆定律，揭示了數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)和智慧的相互關(guān)系(圖2-8):數(shù)據(jù)是現(xiàn)實(shí)世界客觀事物的符號(hào)記錄:信息是經(jīng)加工處理的、具有意義的數(shù)據(jù):知識(shí)是人們運(yùn)用大腦對(duì)扶取或積累的信息進(jìn)行系統(tǒng)化地提煉.研究和分析的結(jié)果，能夠精確地反映事物的本質(zhì):智慧是為了達(dá)到預(yù)定目標(biāo)而運(yùn)用知識(shí)解決問題的創(chuàng)新思維能力。數(shù)據(jù)，信息、知識(shí)和智慧是逐漸遞進(jìn)的概念，前者是后者的基礎(chǔ)和前提，后者是前者的抽象與升華。從數(shù)據(jù)到信息的轉(zhuǎn)化，主要理解數(shù)據(jù)間的相互聯(lián)系；從信息到知識(shí)的轉(zhuǎn)化，主要理解信息間的相互聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)和抽象其規(guī)律；從知識(shí)到智慧的轉(zhuǎn)化，主要理解和應(yīng)用知識(shí)原理與法則解決現(xiàn)實(shí)世界的問題。討論舉例說(shuō)明數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)和智慧的相互關(guān)系。拓展：科學(xué)研究的第三種方法一計(jì)算方法科學(xué)研究主要依靠理論方法和實(shí)驗(yàn)方法。理論方法是指以數(shù)學(xué)學(xué)科為代表，以推理和演繹為特征的方法。研究人員通過構(gòu)建分析模型和理論推導(dǎo)進(jìn)行規(guī)律預(yù)測(cè)與發(fā)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)方法是指以物理學(xué)科為代表，以實(shí)驗(yàn)、觀察和總結(jié)為特征的方法。研究人員通過直接觀察獲取數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，獲得知識(shí)。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，現(xiàn)實(shí)世界的各種事物都變得可感知、可度量，從而生成數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)群，基于龐大數(shù)據(jù)形成的仿真系統(tǒng)成為可能。因此，依靠計(jì)算發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)規(guī)律成為與理論方法和實(shí)驗(yàn)方法并存的科學(xué)研究的第三種方法。研究人員通過建立仿真的分析模型和有效的算法，利用計(jì)算工具來(lái)進(jìn)行規(guī)律發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)。依靠計(jì)算方法發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)規(guī)律已成為不同學(xué)科的科學(xué)家進(jìn)行研究的重要方法。例如，生物學(xué)家利用計(jì)算方法研究生命體的特性，化學(xué)家利用計(jì)算方法研究化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，建筑學(xué)家利用計(jì)算方法來(lái)研究建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，社會(huì)學(xué)家利用計(jì)算方法研究社會(huì)群體網(wǎng)絡(luò)的各種特性等。由此，計(jì)算方法與各學(xué)科結(jié)合形成了所謂的計(jì)算科學(xué)，如計(jì)算物理學(xué)、計(jì)算化學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)等。著名的計(jì)算機(jī)科學(xué)家、1972年圖靈獎(jiǎng)得主EdsgerDijksta說(shuō):“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習(xí)慣，從而也深刻影響著我們的思維能力?！芯咳藛T在利用計(jì)算方法進(jìn)行創(chuàng)新研究的同時(shí)，也在不斷地研究新型的計(jì)算方法。這種結(jié)合不同專業(yè)的新型計(jì)算方法的研究需要專業(yè)知識(shí)與計(jì)算思維的結(jié)合。1998年，JohnPople便因成功地研究出量子化學(xué)綜合軟件包Gaussian而獲得諾貝爾獎(jiǎng)，Gaussian已成為研究化學(xué)領(lǐng)域許多課題的重要的計(jì)算方法。另一個(gè)典型的計(jì)算方法是求解應(yīng)力或疲勞等結(jié)構(gòu)力學(xué)、多物理場(chǎng)耦合的有限元分析方法。利用先進(jìn)的計(jì)算方法的