信息技術作為當今先進生產力的代表，已經成為我國經濟發展的重要支柱和網絡強國的戰略支撐。信息技術覆蓋了獲取、表示、傳輸、存儲和加工信息在內的各種技術。自電子計算機問世以來，信息技術沿著以計算機為核心、到以互聯網為核心、再到以數據為核心的發展脈絡，深刻影響著社會的經濟結構和生產方式，加快了全球范圍內的知識更新和技術創新，推動了社會信息化、智能化的建設與發展，催生出現實空間與虛擬空間并存的信息社會，并逐步構建出智慧社會。信息技術的快速發展，重塑了人們溝通溝通交流的時間觀念和空間觀念，不斷改變人們的思維和交往模式，深刻影響人們的生活、工作與學習，已經超越單純的技術工具價值，為當代社會注入了新的思想與文化內涵。提升中國公民的信息素養，增強個體在信息社會的適應力與創造力，對個人發展、國力增強、社會變革有著十分重大的意義。
普通高中信息技術課程是一門旨在全面提升學生信息素養，幫助學生掌握信息技術基礎知識與技能、增強信息意識、發展計算思維、提高數字化學習與創新能力、樹立正確的信息社會價值觀和責任感的基礎課程。課程圍繞高中信息技術學科核心素養，精煉學科大概念，吸納學科領域的前沿成果，構建具有時代特征的學習內容；課程兼重理論學習和實踐應用，通過豐富多樣的任務情境，鼓勵學生在數字化環境中學習與實踐；課程倡導基于項目的學習方式，將知識建構、技能培養與思維發展融入到運用數字化工具解決問題和完成任務的過程中；課程提供學習機會，讓學生參與到信息技術支持的溝通、共享、合作與協商中，體驗知識的社會性建構，增強信息意識、理解信息技術對人類的影響，提高信息社會參與的責任感與行為能力，從而成為具備較高信息素養的中國公民。
2017版普通高中信息技術課程標準將信息技術課程分為必修，選擇性必修和選修模塊三類共10個模塊，如圖1-1所示。
必修課程根據學生全面發展需要設置，全修全考；選擇性必修課程根據學生個性發展和升學考試需要設置，選修選考；選修課程由學校根據實際情況統籌規劃開設，學生自主選擇修習，學而不考或學而備考，為學生就業和高校招生錄取提供參考。
圖1-1 高中信息技術課程結構
本方案圍繞信息技術課程下必修模塊1：數據與計算課課程教學大綱開展設計，首先介紹了該課程的教學要求，其次圍繞教學要求設計出滿足該課程開設的整體化實驗室建設解決方案。
信息技術與社會的交互融合引發了數據量的迅猛增長，數據對社會生產和人們生活的影響日益凸顯。本課程針對數據（包含大數據）在信息社會中的重要價值，分析數據與信息的關系，強調數據處理的基本方法與技能，發展學生利用信息技術解決問題的能力。
通過本課程的學習，學生能認識到數據在信息社會中的重要價值，合理處理和應用數據，掌握算法與程序設計的基本知識，根據需要運用數字化工具解決生活與學習中的問題，認識到人工智能在信息社會中越來越重要的促進作用，逐步成為信息社會的重要參與者。
（1）在具體感知數據與信息的基礎上，描述數據與信息的特征，知道數據編碼的基本方式。
（2）在運用數字化工具的學習活動中，理解數據、信息與知識的相互關系，認識數據對人們日常生活的影響。
（3）針對具體學習任務，體驗數字化學習過程，感受利用數字化工具和資源的優勢。
（4）通過典型的應用實例，了解數據采集、分析和可視化表達的基本方法。
（5）根據任務需求，選用恰當的軟件工具或平臺處理數據，完成分析報告，理解對數據進行保護的意義。
（6）從生活實例出發，概述算法的概念與特征，運用恰當的描述方法和控制結構表示簡單的算法。
（7）掌握一種程序設計語言的基本知識，使用程序設計語言實現簡單算法。通過解決實際問題，體驗程序設計的基本流程，感受算法的效率，掌握程序調試與運行的方法。
（8）通過人工智能典型案例的剖析，了解智能信息處理的巨大進步和應用潛力，認識人工智能在信息社會中的重要作用。
在本課程教學中，教師可通過項目活動創設問題情境，引導學生在解決問題的過程中感受信息技術對人們日常生活的影響，幫助他們探究數據與計算的知識，提高利用信息技術解決問題的能力，發展計算思維。
（1）借助數字化學習環境，引導學生體驗數字化學習與創新活動，通過整合其他學科的學習任務，幫助學生學會運用數字化工具（如移動終端，開源硬件，網絡學習平臺，編程軟件，應用軟件等）表達思維、構建知識。
（2）數據采集、分析和可視化表達是數據處理的重要環節。在教學過程中，教師可提供日常生活中的應用實例，引導學生分組探討數據采集、分析和可視化表達的方法，感受他們對人們日常生活的影響。
（3）創設程序設計的活動情境，組織學生在解決問題的過程中探討順序結構、選擇結構和循環結構的特點，通過小組學習，分析問題，設計解決問題的算法。
（4）在教學實施中，教師可通過情境模擬或實景觀察等方式，讓學生體驗人工智能對社會發展的影響，感受人工智能和社會各領域結合所帶來的巨大變化，思考人工智能廣泛使用可能會引發的社會問題及應對策略。
學生能夠描述數據與信息的特征，知道數據編碼的基本方式；掌握數字化學習的方法，能夠根據需要選擇合適的數字化工具開展學習（信息意識、數字化學習與創新）。了解數據采集、分析和可視化表達的基本方法，能夠利用軟件工具或平臺對數據進行整理、組織、計算與呈現，并能通過技術方法對數據進行保護；在數據分析的基礎上，完成分析報告。依據解決問題的需要，設計和表示簡單算法；掌握一種程序設計語言的基本知識，利用程序設計語言實現簡單算法，解決設計問題。了解人工智能技術，認識人工智能在信息社會中的重要作用。
為配合學校《數據與計算》課程的開設，建設數據與計算實驗室，并提供相關軟硬件支持，為學生們創造動手實踐的場地空間。標準的數據與計算實驗室效果圖下圖2-1所示，實驗室整體空間為1間12*8米標準教室，配備物聯網學習套件18臺（置于學生桌上），學生桌椅6套，教學電腦18臺，電腦預裝有物聯網虛擬仿真平臺軟件，可供至少35名學生同時上課實驗。
圖2.1 數據與計算實驗室效果圖
（1） 產品概述
產品配備有高性能Android開發終端一臺，應用背景配備有15款功能新穎的外圍節點(WiFi溫濕度傳感器節點、WiFi光照傳感器節點、WiFi煙霧傳感器節點、WiFi PM2.5傳感器節點、WiFi 人體感應傳感器節點、WiFi燈光蜂鳴器控制節點、WiFi步進電機控制節點、WiFi直流電機控制節點、WiFi數碼管輸出節點、藍牙溫濕度傳感器節點、藍牙光照傳感器節點、藍牙煙霧傳感器節點、藍牙燈光蜂鳴器控制節點、藍牙數碼管輸出節點、高頻RFID節點)；開發平臺配套光盤內的除了詳細介紹開發終端和各節點的功能和使用方法外，還提供了大量內容豐富的案例庫供學生學習。
學生需使用Python開發語言在教學電腦編寫程序，發送不同的命令協議數據，獲取不同節點的傳感數據或控制數據，并對數據進行解析、分析、儲存和保護。
在整個學習過程中，學生們將學會如何正確的使用一門開發語言，如何建立第一個小的應用程序，如何在程序中建立和不同類型通信模塊建立通信方式的方法，如何獲和解析取到不同傳感器的數據，了解到數據在機器和機器之間傳輸的方式，常用的數據編碼和解碼的方式等豐富知識。
（2）產品實物圖
圖2-2 物聯網學習套件實物圖
圖2-2 溫濕度傳感器節點
如本課程教學內容要求的第7點所述，要求學生掌握一種程序設計語言的基本知識。面對市面上常用的幾十種編程語言中，無論從難易程度還是普及性來說，Python語言無疑是最適合高中生了解、學習和掌握的一門編程語言。
Python 簡介
Python 是一個高層次的結合了解釋性、編譯性、互動性和面向對象的腳本語言。
Python 的設計具有很強的可讀性，相比其他語言經常使用英文關鍵字，其他語言的一些標點符號，它具有比其他語言更有特色語法結構。
Python 是一種解釋型語言： 這意味著開發過程中沒有了編譯這個環節。
Python 是交互式語言： 這意味著，您可以在一個Python提示符，直接互動執行寫你的程序。
Python 是面向對象語言: 這意味著Python支持面向對象的風格或代碼封裝在對象的編程技術。
Python 是初學者的語言：Python 對初級程序員而言，是一種偉大的語言，它支持廣泛的應用程序開發，從簡單的文字處理到 WWW 瀏覽器再到游戲。
Python 特點
（1）易于學習：Python有相對較少的關鍵字，結構簡單，和一個明確定義的語法，學習起來更加簡單。
（2）易于閱讀：Python代碼定義的更清晰。
（3）易于維護：Python的成功在于它的源代碼是相當容易維護的。
（4）一個廣泛的標準庫：Python的最大的優勢之一是豐富的庫，跨平臺的，在UNIX，Windows和Macintosh兼容很好。
（5）互動模式：互動模式的支持，您可以從終端輸入執行代碼并獲得結果的語言，互動的測試和調試代碼片斷。
（6）可移植：基于其開放源代碼的特性，Python已經被移植（也就是使其工作）到許多平臺。
（7）可擴展：如果你需要一段運行很快的關鍵代碼，或者是想要編寫一些不愿開放的算法，你可以使用C或C++完成那部分程序，然后從你的Python程序中調用。
（8）數據庫：Python提供所有主要的商業數據庫的接口。
（9）GUI編程：Python支持GUI可以創建和移植到許多系統調用。
（10）可嵌入: 你可以將Python嵌入到C/C++程序，讓你的程序的用戶獲得"腳本化"的能力。
讓從未接觸過編程開發的學生直接接觸開發語言以及配套的硬件資源，從教學角度來講，這樣的跨度是很大的，為了更好地循序漸進的讓學生了解這些和使用這些硬件，本方案提供了與人工智能開發套件硬件相匹配的人工智能虛擬仿真平臺軟件。
（1）主界面
虛擬仿真了各種RFID、WSN等常見的物聯網感知層物端設備。具有真實設備的完整接口和特性，可以通過串口及網絡進行訪問。
（2）功能描述
拖拽布局
可以從設備欄中拖拽任意設備到虛擬實驗臺，在實驗臺上可以任意擺放。也可以做上下左右對齊，提供電源線、信號線的連接虛擬連接。
快捷保存
可以將相應的布局保存為實驗文件，在下次使用的時候可以隨時導入。
設備和屬性列表
展示實驗中用到的所有設備以及所有設備的屬性信息
數據面板
查看上層應用與虛擬設備的交互
可以與實際實驗設備數據互通
虛擬設備可通過Socket通信方式與PAD鏈接，從而與實物硬件節點相連，與實物硬件達到數據同步效果，從而獲取真實數據。
