第二章知识与数字化学习第一节知识与智慧

第二章知识与数字化学习第一节知识与智慧在人类的生产、生活和研究活动中，人们会不断学习、总结、发现和认识自然、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2.1.1知识你真的了解“知识”吗？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。接下来一起做个实验，感受知识的获取吧！探究活动实验目标：运用Python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1.实验仪器：电压表、电流表、电池、开关、导线、滑动变阻器和10个不同阻值的电阻2.实验步骤：（1）收集实验数据①连接电路如图2-4所示。注意：连线时开关要断开；闭合开关前，滑动变阻器的滑片要滑到最大阻值处。②把电阻R1接入电路，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数U=3V，记录电流表示数I1③把电阻R1换成电阻R2（记下阻值），再次移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数U=3V，记录电流表示数I2以此类推，所得到的实验数据如下（2）运用Python工具处理数据，绘制图像①绘制散点图。将表2-2中的数据输入程序中，执行程序后得到如图2-5所示的电流I与电阻R关系数据散点图。importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltfromscipyimportoptimizex0=[5,10,15,20,25,30,35,40,45,50]#输入电阻的实验数据y0=[586,291,198,143,101,98,72,68,59,55]#输入电流的实验数据plt.title(test)plt.xlabel('R/Ω')plt.ylabel('I/mA')|plt.scatter(x0[:],y0[:],5,red,linewidth=3)#绘制散点图plt.show()②在“绘制散点图”程序中加上指令“plt.plot(x0,y0)”,执行程序后，得到如图2-6所示的电流I与电阻R关系数据曲线图importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltfromscipyimportoptimizex0=[5,10,15,20,25,30,35,40,45,50]#输入电阻的实验数据y0=[586,291,198,143,101,98,72,68,59,55]#输入电流的实验数据plt.title(test)plt.xlabel('R/Ω')plt.ylabel('I/mA')|plt.scatter(x0[:],y0[:],5,red,linewidth=3)#绘制散点图plt.plot(x0,y0)#绘制曲线图plt.show()③观察电流I与电阻R关系数据曲线图后，可以猜想电流I与电阻R的关系是反比例关系，于是按I=U/R的关系对数据做曲线拟合。importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltfromscipyimportoptimizex0=[5,10,15,20,25,30,35,40,45,50]#输入电阻的实验数据y0=[586,291,198,143,101,98,72,68,59,55]#输入电流的实验数据plt.title(test)plt.xlabel('R/Ω')plt.ylabel('I/mA')|plt.scatter(x0[:],y0[:],5,red,linewidth=3)#绘制散点图plt.plot(x0,y0)#绘制曲线图plt.plot(x0,y0,blue)#绘制曲线图U1=optimize.curve_fit(f_1,x0,y0)[0]x1=np.arange(5,50.01,0.01)y1=U1/x1plt.plot(x1,y1,orange)#拟合曲线图plt.show()print(U=,U1)经过推理和实验验证，电流I与电阻R反比例关系成立，即I=U/R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。2.1.2智慧日常生活中，调节台灯的亮度、电视机音量的大小，都要运用到欧姆定律探究与应用欧姆定律，解释了数据、信息、知识和智慧的相互关系：图（2-8）数据是现实世界客观事物的符号记录；信息是经过加工处理的、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、研究和分析结果，能够准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。讨论：举例说明信数据、信息、知识和智慧的相互关系