2.1 知识与智慧 学案.doc

知识与智慧学习目标体验数字化学习过程熟练运用数字化工具收集和储存数据理解数据信息与知识的相互关系认识到数据对人们日常生活的影响学习内容在人类的生产生活和研究活动中人们会不断学习总结发现认识自然探究规律的方法做实验获取观察数据分析处理数据推理建立数学模型实验验证模型形成知识应用知识解决问题是一条非常有效的知识发现路径知识知识是人们运用大脑对获取或积累的信息进行系统化地提炼研究和分析的结果能够精确地反映事物的本质它来源于实践经过加工提炼又高于实践实验欧姆在研究电流与电压电阻关系的实验利用了控制变量法即保持电压不变探究电流和电阻的关系或保持电阻不变探究电流和电压的关系下面我们运用工具利用控制变量法采集实验数据研究当导体电压保持不变时通过导体的电流随导体电阻变化的规律实验仪器电压表电流表电池开关导线滑动变阻器和个不同阻值的电阻实验步骤收集实验数据连接电路图如右图所示连接电路时注意接线时开关要断开闭合开关前滑动变阻器的滑片要滑到最大阻值处把电阻记下阻值接入电路移动滑动变阻器的滑片使电压表示数记录电流表示数把电阻换成电阻记下阻值再次移动滑动变阻器的滑片使电压表示数记录电流表示数如此类推把电阻换成电阻再次移动滑片使电压表示数记录电流表示数所得到实验数据如表所示运用工具处理数据绘制图像绘制散点图把表中的数据输入绘制散点图程序程序如图中所示中执行程序后得到如下图所示的电流与电阻关系数据散点图在绘制散点图程序中加上指令执行程序后得到如下图所示的电流与电阻关系数据曲线图观察电流与电阻关系数据曲线图后猜想电流与电阻的关系是反比例关系于是按的关系对数据作曲线拟合利用曲线拟合程序执行后得到如下图所示的电流与电阻关系数据曲线拟合图其中与电压表的示数基本吻合即经过推理和实验验证电流与电阻反比例关系成立即从以上实验数据的采集分析建模和验证过程可以知道知识的发现不仅可以通过实验观察和总结为特征的方法获取还可以通过直接观察获取数据对数据进行分析进而发现规律获得知识智慧在日常生活中我们要调节台灯的亮度电视机音量的大小都要应用欧姆定律的知识设计一个可变电阻去调节它们的变化探究与应用欧姆定律揭示了数据信息知识和智慧的相互关系图数据是现实世界客观事物的符号记录信息是经加工处理的具有意义的数据知识是人们运用大脑对获取或积累的信息进行系统化地提炼研究和分析的结果能够精确地反映事物的本质智慧是为了达到预定目标而运用知识解决问题的创新思维能力数据信息知识和智慧是逐渐递进的概念前者是后者的基础和前提后者是前者的抽象与升华从数据到信息的转化主要理解数据间的相互联系从信息到知识的转化主要理解信息间的相互联系发现和抽象其规律从知识到智慧的转化主要理解和应用知识原理与法则解决现实世界的问题科学研究的第三种方法计算方法科学研究主要依靠理论方法和实验方法理论方法是指以数学学科为代表以推理和演绎为特征的方法研究人员通过构建分析模型和理论推导进行规律预测与发现实验方法是指以物理学科为代表以实验观察和总结为特征的方法研究人员通过直接观察获取数据对数据进行分析进而发现规律获得知识随着移动互联网和物联网的飞速发展现实世界的各种事物都变得可感知可度量从而生成数量庞大的数据或数据群基于庞大数据形成的仿真系统成为可能因此依靠计算发现和预测规律成为与理论方法和实验方法并存的科学研究的第三种方法研究人员通过建立仿真的分析模型和有效的算法利用计算工具来进行规律发现和预测依靠计算方法发现和预测规律已成为不同学科的科学家进行研究的重要方法例如生物学家利用计算方法研究生命体的特性化学家利用计算方法研究化学反应的机理建筑学家利用计算方法来研究建筑结构的抗震性社会学家利用计算方法研究社会群体网络的各种特性等由此计算方法与各学科结合形成了所谓的计算科学如计算物理学计算化学计算生物学计算经济学等著名的计算机科学家年图灵奖得主说我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯从而也深刻影响着我们的思维能力研究人员在利用计算方法进行创新研究的同时也在不断地研究新型的计算方法这种结合不同专业的新型计算方法的研究需要专业知识与计算思维的结合年便因成功地研究出量子化学综合软件包而获得诺贝尔奖已成为研究化学领域许多课题的重要的计算方法另一个典型的计算方法是求解应力或疲劳等结构力学多物理场耦合的有限元分析方法利用先进的计算方法的虚拟现实增强现实等技术也在各个领域创造出令人惊喜的视觉效果