高中信息技术教资思维导图模板_ProcessOn思维导图、流程图

数据与信息

课程标准

基本理念

1. 坚持立德树人的课程价值观，培养具备信息素养的中国公民
2. 设置满足学生多元需求的课程结构，促进学生的个性化发展
3. 选择体现时代性和基础性的课程内容，支撑学生信息素养的发展
4. 培育以学生为中心的教与学关系，在问题解决过程中提升信息素养
5. 构建基于学科核心素养的评价体系，推动数字化时代的学习创新

学科核心素养

1. 信息意识 2. 计算思维 3. 数字化学习与创新 4. 信息社会责任

课程结构设计依据

1. 以立德树人为课程设计的指导思想
2. 按照普通高中课程方案设置课程结构与内容
3. 参照国际信息技术教育研究的最新成果
4. 依据信息技术学科的自身发展特征

1.1感知数据

数据在古代，近代，当代

数据在生活中

数据在科学中

思维导图创始人：东尼·博赞

1.2数据，信息与知识

数据

定义对客观事物（能输入到计算机被计算机程序处理）的符号总称（表示）
数据可用于描述事物，数据是信息的载体，数据可加工可处理

举例/表现形式数字（最简单，狭义数据），字母，符号

信息

定义指消息、信号、数据所表示的内容由数据经过解释、分析和处理后产生信息

特性：载体依附性、可存储性、传递性，时效性，共享性，可加工处理性，真伪性，价值性

载体：纸张、磁盘、声波、光波、电波

知识

人类在社会实践中所获得的认识（客观世界）和经验的总和由信息加工，归纳后产生知识

智慧

收集，加工，应用和传播知识的能力，对事物发展的前瞻性看法由知识的积累形成对事物的卓越判断力

1.3数据采集与编码

数据采集

传感器

互联网

数字化

信号

模拟信号：连续变化的物理量

数字信号：离散的、不连续的信号

概念

数字化：模拟信号转为数字信号的过程

采样定理（数字化理论）：一定条件，离散的序列可以代表一个连续函数

过程

采样

同一模拟信号，采样的时间间隔越小，采样的信号样本数量越多

采样频率：采样样本数/s，单位Hz

量化

将模拟信号的波形转换为数字

量化值：二进制数表示=2^量化位数

编码

数制

进制

基本要素

基数：组成该数制的数码个数 K进制=K 逢K进1

数码

位权：每个数位上1对于的值

二进制B（计算机内部），八进制O,十进制D，十六进制H

<10标0-9，>=10从A开始

转换

十进制&n进制

十→n:除n倒取余

n→十：按权展开相加

二进制&十六进制

二→十六:四位一组按位补齐

十六→二：四位一组按权填1

TIPS

K进制尾部去除n位=“/K^n” 尾部增加n个0=“*K^n” 相当于右移或左移n位

偶数进制中末尾数字决定该数奇偶性。（奇数进制不行）

容量单位

1b 8b=1B ……

编码

定义

按照某种规则格式，从一种形式转换为另一种形式的过程解码：逆过程

字符编码

Ascii

128个（00H-7FH）小写字母>大写字母>数字

32空格，65A，97a

子主题

保存“联通”会出现乱码。因为默认保存为anci格式，既本地编码，在中国就为GBK
而在打开时计算机认为是utf-8编码

子主题

汉字编码

输入码（外码）：音码、形码、区位码

建立键盘与汉字的关系

子主题

交换码（国际码）

机内码

子主题

输出码

子主题

在GB2312, GBK, GB18030-2000, UTF16等编码下, 一个汉字内码占2字节
UTF8编码下一个汉字内码占3字节
在GB18030-2005, ISO/IEC 10646等编码下, 一个汉字内码占4字节

二维码，条形码

声音编码

未经压缩（wav）容量计算

=采样频率（Hz）*量化位数（bit）*声道数*时间（s）÷8

=比特率（kbps/bps）*时间(s)*1000或1÷8

有损压缩（mp3,amr）容量计算

=比特率（kbps/bps）*时间(s)*1000或1÷8

=压缩前容量÷压缩比

子主题

高保真音乐的采样频率至少为44.1kHz，即每秒采集44100次

子主题

如ape

人耳能听到声音范围20-20000hz

子主题

图像编码

数字图像

矢量图像

位图图像

子主题

图像数字化

子主题

图像颜色与二进制的关系

颜色深度：像素颜色所占二进制位数

子主题

容量计算

水平像素*垂直像素*像素位深度（b/位）

位=位色=色位颜色数=2^位数黑白模式1位 256级黑白模式8位 RGB/8模式24位（还有16位，32位）

视频编码

制式

PAL：25fps(帧/s)我国

NTSC：30fps(帧/s)欧美

容量计算

每一帧的图像容量*总帧数（帧频（fps）*时间（s））

压缩

压缩比=压缩前容量÷压缩后的容量

冗余

空间冗余、结构冗余、视觉冗余、时间冗余

压缩标准

有损压缩：音频mp3,静态图像jpeg，动态图像mpeg

无损压缩：RAR,zip

1.5数据与大数据

概念

信息量大、速度快、种类繁多的信息资产

特征

数据体量巨大、速度快、数据类型多、价值密度低、

大数据思维

分析全体数据，接受数据的混杂性，注重相关性

对社会的影响

两面性

1.4数据管理与安全

文件类型

文本文件：txt、doc、wps

网页:html、htm

图片：png、psd、jpeg

音频：mp3、wav

视频：avi、mov

数据类型

结构化数据：二维表，行数据

非结构化数据：不规则不完整，eg：图片，视频，文本

半结构化数据

数据安全

算法与问题解决

子主题

案例红绿灯

子主题

算法的概念

定义：广义上讲，算法是解决一个特定问题而采取的确定的、有限的步骤
（计算机）解决问题、完成任务的一系列步骤

特征：有穷性，可行性，确定性，输入：零个或多个，输出：一个或多个

要素

数据：明确初始数据、中间数据、结果数据

运算：明确每一步运算是什么、对那些数据进行运算

控制转移：根据数据或运算结果的特点进行不同处理

描述：自然语言、流程图、伪代码、计算机程序语言

子主题

控制结构

顺序结构：顺序执行、每个步骤只执行一次

分支结构：先进行条件判断、必有一分支被执行其余被忽略

循环结构：某些步骤重复执行

解决实际问题

抽象与建模

设计算法

描述算法

算法的程序实现

python

数据

子主题

变量和赋值语句

变量要求：不能数字开头，区分大小写，不与数据类型名、运算符、内部函数重复

子主题

赋值语句：组成（变量，赋值符号，数值等）
赋值符号：=、+=、-=、/=

基本数据结构

字符串

定义：由单引号、双引号、三引号所引的数据
不可变的数据类型（不可改变字符串中某一个值）

访问（字符串索引）

列表

定义：由[]所括，内部用逗号分隔的数据，可以改变
内容可以是数字、字符串、其它列表

访问（某一个值）

切片
list[起始索引：结束索引：步长] 管头不管尾（从左往右定头尾）
利用切片方法，可以给列表增加元素且不用考虑原列表长度

函数：
列表最后增加新元素：list.append(obj) list.insert(index,obj
列表最后加入另一序列的多个值：list.extend(seq)
统计某一元素出现次数：list.count(obj)
移除列表中的一个元素并返回值：list.pop()
移除列表中的第一个符合元素：list.remove(obj)
清空列表:list.clear()
对列表进行排序：list.sort()
对列表中的元素进行反向：list.reverse()

字典

定义:{}包裹，键和值成对出现，没有顺序，键的值唯一
eg：d={key1:value1,key2:value2}

访问：dict={1:520,2:"qqq"} d[1] →520

修改删除同理列表

函数：
获取指定键的值：dict.get(key,default=None)
返回列表所有键值对、键、值：dict.item()/key()/value()
删除指定键的值并返回该值：dict.pop(key)
删除最后一个键值对：dict.popitem()
将指定字典添加到当前字典：dict.update(dict2)
清空字典及所有相关联字典：dict.clear()

程序通常包括：输入数据、处理数据和输出结果三部分

三种分支

顺序结构

分支结构

if

子主题

if-elif

子主题

循环结构

for语句
range函数：生成有序整数 range（起始值，终值，步长）管头不管尾，默认初始值0,结果不包括终值
end=' '结束值设为空格

while语句

函数

子主题

函数与模块

子主题

自定义函数

主程序中被调用才能被执行
函数模块中的“参数集合”是形式参数，实际调用时的参数是实际参数
无参数无return（返回none）可直接使用，不可赋到变量
函数内为局部变量

模块的导入

子主题

math模块

random模块

image模块

子主题

turtle模块

设置画布大小 turtle.screensize(800,600,"green")
设置画笔颜色turtle.pencolor()

文件读取

以读文件模式打开文件：f=open(‘test.txt’,'r')
读取全部内容：f.read()
读取最多size个字节的内容：read(size)
读取一行：readlines()
写入：f.write()
关闭文件：f.close()

简单算法的程序实现

解析算法：根据问题的前提条件与所求结果之间的关系，找出求解问题的数学表达式，通过计算来实现问题的求解

枚举算法：把问题所有可能的解一一列举，然后判断每一个列举的可能是否为正确的解

数据的处理和应用

数据处理一般是指对数据进行采集、整理、分析和可视化表达的过程

数据采集指根据需求采用适当的方法和工具获取所需要的数据

子主题

搜索引擎spider 通用爬虫
某类app 专用聚焦爬虫（分析网页，抓取网页，过滤数据，保存数据）

表格数据处理

数据整理

数据缺失（根据关联性填写准确的缺失值：方法（平均值法，中间值法，概率统计法等））
数据重复（合并/删除）
异常数据
逻辑错误
格式不一致（格式转换）

数据计算

公式计算：=号开头、只有小括号、计算百分比时是否要*100

函数计算：求和：SUM（）、求平均值：AVERAGE（）、求最大值：MAX（）、
(括号里只有单元格地址，连续用冒号，非连续用逗号）

公式复制（自动填充）
绝对引用：行/列前加符号“$”使其不变
相对引用：复制后会自动相对加减

图表

图表类型的选择

创建图表的数据区域：
图例定列头，xy轴定具体内容，高平齐、长对齐

大数据处理

基本思想：分而治之，最后汇总

类型

静态数据

批处理计算：Hadoop（分布式）

分布式文件系统HDFS（廉价、高容错）
分布式数据库HBase(基于列）
分布式并行计算模型MapReduce(map映射reduce归纳

流数据

流计算

图数据

图计算

编程处理

pandas模块

series(一维）

子主题

DataFrame（二维）

子主题

常用函数

子主题

mathplotlib模块

导入:import mathplotlib.pyplot as plt

常用函数

figsize指定figure对象的宽度和高度color颜色Linewidth宽度Label标签名称

文本数据处理

一般过程

1.文本数据源
2.分词（中文/英文）：
基于词典的分词方法：与词典中的词语进行比较，如jieba
基于统计的分词方法：相邻字出现的频率
基于规则的分词方法：模拟人的理解方式（试验阶段）
3.特征提取（减少特征词数量）
较小文本：直接用分词算法和词频统计得出的结果作为特征词
稍大文本：专家挑选有价值的特征，数学建模构造评估函数自动选取特征
4.数据分析：根据项目需求，确定解决问题的方法、工具，这几算法抽取出文本的隐含价值
5.结果呈现：图形图像

分析与运用

标签云：用词频表现文本特征，将关键词按照一定的顺序规律排列
文本情感分析：通过计算机技术对文本分析，对文本的情感倾向做出分类判断

数据可视化

可视化的作用

快捷观察和跟踪数据
实时分析数据
增强数据的解释力与吸引力

基本方法

有关时间趋势的可视化
有关比例的可视化
有关关系的可视化
有关差异的可视化
有关空间关系的可视化

工具：Tanleau D3.js Highchats GoogleCharts

案例（应用场景）：天气情况图、航班飞行实时跟踪、热词搜索

大数据应用

智能交通

子主题

电子商务

子主题

人工智能

本质

概念：以机器为载体，模仿、延伸和扩展人类智能，与人类或其他动物所呈现的生物智能有重要区别

主要方法

符号主义：学习等智能特征原则上均可被符号描述，从而被机器仿真。包含知识库和推理引擎
实例：IBM“沃森”，卡耐基梅隆大学NELL

联结主义：“数据驱动”，从数据本身进行知识学习，而非依赖专家手工构造知识
实例：深度学习，AlphaGo

行为主义：“交互-反馈”学习者在与环境的交互中不断学习，提升智能水平
实例：扫地机器人，AlphaGo,Zero

发展

从计算到智能测试 1950图灵测设
人工智能登上历史舞台 1956成为学科
以符号主义表达与推理为代表的人工智能
数据驱动的人工智能方法
问题引导下的人工智能学习方法

应用

领域人工智能
跨领域人工智能
混合增强智能

影响

改善人类生活
促进经济发展
对劳动力市场产生巨大影响
对人类安全造成威胁

信息系统和信息社会

信息技术

信息技术是指获取、传输、存储、加工和表达信息的各种技术总和
包括计算机技术、计算机网络技术和通信技术
发展历程：前机械时期、机械时期、电子机械时期、电子化时期
信息技术以计算机为核心——以互联网为核心——以数据为核心

信息系统

概念：是指硬件、软件、通信网络、数据和用户构成的人机交互系统
组成（输入数据-加工处理数据-产生信息）关键要素：硬件、软件、通信网络、数据和用户

功能：数据收集和输出功能
数据存储功能：一定量的数据形成数据集合（数据仓库）
数据传输功能：子系统（部门）之间传送
数据加工处理功能：数据仓库、数据挖掘
数据输出功能
数据查询功能

应用

分类依据：系统规模、技术发展阶段、应用领域

优势：规范工作流程，提高工作效率
跨越时空限制，服务随时随处
基于数据分析，支持科学决策
便捷保存数据，利于共享追踪

局限性：对外部环境有依赖性
本身有安全隐患
技术门槛可能加剧数字鸿沟

信息社会

主要特征：以人为本、可持续发展、信息和知识作为重要资源
四个为主：信息经济、网络社会、在线政府和数字生活

社会发展过程
信息社会的发展：准备阶段和发展阶段
信息社会发展水平：用“信息社会指数”度量

具备信息社会责任大的学生包含：
1.具有一定的信息安全意识与能力,能够遵守信息法律法规,信守信息社会的道德与伦理准则,在现实空间和虚拟空间中遵守公共规范,既能有效维护信息活动中个人的合法权益，又能积极维护他人合法权益和公共信息安全
2.关注信息技术革命所带来的环境问题与人文问题;
3.对于信息技术创新所产生的的新观念和新事物，具有积极学习的态度、理性判断和负责行动的能力

信息系统的支撑技术

硬件

计算机

硬件：运算器、控制器→中央处理器（CPU）
储存器：主存储器（内存）
ROM（只读存储器）：断电仍保留
RAM（随机存取存储器）：即计算机内存容量，可读、可写、断电丢失
辅助存储器（外存）断电长期保存数据
硬盘：机械硬盘（HD）：磁性介质磁化表示0和1
固态硬盘SSD：Flash芯片，速度快、重量轻、能耗低、体积小
闪存盘（u盘）即插即用、方便携带
内部高速缓冲存储器（Cache）：加快计算机执行指令的速度
输入设备：鼠标、键盘、扫描仪
输出设备：显示器、打印机、音响

子主题

计算机发展：
四个阶段：电子管、晶体管、集成电路、大规模或超大规模集成电路
四个发展方向：巨型化、微型化、智能化、网络化

移动终端

组成：硬件（与电脑一致）软件（系统软件、应用软件）

特点：移动性、智能性（传感器的植入，自动检测与适应功能）

传感与控制

信息系统与外部世界的联系

传感技术负责将采集到的外部世界的各种信息输入到信息系统
控制技术实现信息系统对外部世界的控制
信息系统通过传感器作用于外部世界
信息系统通过执行器作用于外部世界

传感器

组成：敏感元件：感受和检出被测对象的待测信息
转换元件：将信息转换为有用信号
辅助元件：信号调节和电源支持
传感器信息获取：无线网络、蓝牙、串口（COM）
常见传感器：1、温度传感器、2、压力传感器、3、触摸传感器、4、图像传感器、5、运动传感器、6、光传感器、
7、振动传感器、8、湿度传感器、9、接近传感器、10、颜色传感器、11、辐射传感器、12、液位传感器、13、位置传感器
14、烟雾或气体传感器、15、火焰传感器、16、泄漏传感器、17、加速度计、18、倾斜传感器、19、标记传感器
20、流量传感器或浮子传感器

示意图

信息获取：micro:bit采集传感器

控制技术

组成：控制器、执行器、受控对象、传感器

射频识别（RFID）

概念：通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据且无需建立极限
元素：发射端（RFID电子标签）、接受端（RFID读写器）
识别过程（无源）：读写器天线向外发射电磁波
无源标签被激活，芯片向外发射信息
读写器通过天线读取并解码
电子标签：组成：芯片和天线（线圈）
特点：每一个标签具有唯一的电子编码
分类：1.能量供给：有源（主动式）、无源（被动式）
2.工作频率：低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波频段（MW）

软件

计算机上运行的程序及其数据和文档的综合
系统软件：控制和协调计算机及外部设备，支持应用软件开发和运行的软件、
应用软件：为了某种特定用途而开发的软件

网络系统

网络三大功能：资源共享、数据通信、分布处理
三大网络：计算机网络（双绞线、同轴电缆）：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）
广播电视网络（同轴电缆、光缆）特点：频带宽、容量大、功能多、成本低
移动通信网络（无线电波）
三网融合关键技术：1.数字技术得到迅猛的发展和应用
2.光纤通信技术广泛应用
3.计算机网络互联通信技术（IP）发展

组成

计算机系统

服务器：负责数据处理和网络控制，构成网络的主要资源
终端：用户进行网络操作，实现人机对话的工具

数据通信系统

传输介质：有线（双绞线、同轴电缆、光缆）
无线（微波信号、红外信号）
网络互联设备：调制解调器、路由器、交换机

网络软件和网络协议

网络软件：网络操作系统（UNIX、Windows Server）、通信软件、管理服务软件
网络协议：TCP/IP、http、ftp

局域网的构建
DHCP:动态主机配置协议（动态IP）

子主题

网络应用软件的开发

架构：C/S架构：专用的应用程序
B/S架构：浏览器

编写网络应用程序：python中（Flask、Django、Tronado）

子主题

信息系统安全

信息安全与保护

个人信息及其保护

个人信息常见分类：
个人敏感信息：一旦泄露会对信息主体造成不良影响的信息
个人一般信息
泄露可能渠道：注册时，网上交流时
个人信息保护的途径：国家立法、行业自律、加强个人信息意识

信息社会责任

数字公民：能够安全的、合法的、符合道德规范的使用数字化信息和工具的人。
有数据意识、计算思维能力、用信心技术解决问题的能力
知识产权：对自己创作、拥有的智力成果所享有的各种权利
自媒体时代：自媒体需提升修养，遵循传播伦理规范

信息系统安全与保护

数据加密与安全

加密：保护信息的保密性

密码系统（密文、明文、秘钥，密码算法）

加密算法：1.替代加密法（凯撒密码）：将明文中每个位置的字符用其它字符代替

2.对称和非对称密码体制
对称加密：加密秘钥=解密秘钥（IBM.DES）
非对称加密：加密秘钥≠解密秘钥（RSA）

容灾备份和恢复：确保数据的完整性

数字签名：保护信息的不可否任性

身份认证与安全

概念：用户进入系统或访问受限数据资源时，系统对用户身份的鉴别过程

技术：1.用户名+口令的认证技术
2.依靠生物特征的认证技术
3.USB Key认证技术

访问限制：身份认证→用户是否有权限进入系统使用数据资源访问限制→用户对数据操作的权限
三要素：主体、客体、控制策略

病毒及其防治

概念：认为编制的能破坏计算机功能、数据，影响计算机系统使用，并能自我复制的一组计算机指令或代码
特征：传染性、寄生性、隐蔽性、潜伏性、破坏性、可触发性
防治手段：安装并开启防火墙，安装应用系统补丁，安装防病毒软件，定期备份，不接受陌生请求，保证下载内容安全性

漏洞及其防治

概念：一个系统存在的弱点或缺陷
防治手段：使用防火墙、安全检测与扫描工具、使用有效的控制手段抓住入侵者、备份系统

黑客及其防范

概念：热衷于计算机技术或解决难题、突破限制的高手
防火墙技术：硬件和软件组合而成的复杂系统，在内部网络和外部系统之间，控制外网对内网的数据传输与访问

信息系统的搭建

前期准备

需求分析（做什么）：功能需求、性能需求、资源和环境需求、用户界面需求、可扩展性需求
可行性分析（是否有必要、可行）：必要性、可行性（技术、经济、社会意义）
开发模式的选择：C/S模式、B/S模式
概要设计（大概怎么做）：模块结构设计、系统物理配置、数据库管理系统选择
详细设计（具体怎么做）：输入设计、输出设计、人机界面设计、数据库设计、代码设计、安全设计

搭建信息系统

硬件搭建

服务器：为用户提供服务
网络设备：提供网络完成数据的传递
传感设备：传感器、输入设备
智能终端：依靠传感器实现（输入、处理、储存、输出）

软件开发

数据管理设计：与具体数据管理系统衔接，为系统中需要长久储存的数据对象提供数据存储
数据采集→数据传输→数据存储→数据呈现

程序编写：客户端程序：C/S要编写、B/S不用
服务器端程序：都要编写

SQLite数据库的使用

子主题

程序编写

子主题

客户端和智能终端的程序实现：
实现传感器采集并传输到系统，经系统处理好，使用智能终端实现数据输出的程序代码编写

完善信息系统