DIKW視野下的“數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析”教學

朱彩蘭

“數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析”屬于信息技術課程中“信息加工與表達”部分的教學內容，在初中、高中均有涉及。經(jīng)過多年的教學積淀，信息技術教師已然擁有一些有效的教學經(jīng)驗，但在普遍范圍內還存在一些理解不到位的現(xiàn)象，從課堂掃描中可管窺一斑。

問題：課堂中的各種理解不到位的現(xiàn)象

場景1：有教師在課堂上出示用左耳或右耳接聽電話的人數(shù)統(tǒng)計，要求學生計算相應的比例。這種數(shù)據(jù)于學生而言缺乏實際意義，統(tǒng)計的結果也不涉及相關處理問題，反映出教師對數(shù)據(jù)的理解不到位。

場景2：教學中，教師給出一些商品的單價，要求學生統(tǒng)計單價超過5元的商品。統(tǒng)計的緣由沒有給出，不過是單純的篩選技能訓練，沒有體現(xiàn)統(tǒng)計的必要性及其意義，反映出教師對統(tǒng)計概念的理解不到位。

場景3：教師提供多種飲料，如綠茶、紅茶、奶茶、可樂等，要求學生從中選擇自己最喜歡喝的三種，再根據(jù)全班的選擇情況整理數(shù)據(jù)，列出最受班級歡迎的三種飲料。最后，教師給出專家建議“健康的飲品包括水、純果汁、奶”，要求學生結合課堂統(tǒng)計的數(shù)據(jù)結果，在調查報告中表達自己對中學生選擇飲料問題的看法和觀點。由于此三種飲品沒有完全出現(xiàn)在此前供學生選擇的范圍內，自然沒有一個學生的選擇與專家建議的健康飲品吻合，于是，學生回答，“不管喝什么，只要健康就好”。數(shù)據(jù)統(tǒng)計的目的就是為分析、決策提供數(shù)據(jù)支持，而該場景中數(shù)據(jù)分析部分與前面的統(tǒng)計結果相互脫節(jié)、沒有關聯(lián)，或者聯(lián)系不夠緊密，反映出教師對分析的理解不到位。

上述場景反映出的根本問題是，教師對數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析的內涵或者核心指向理解不足?！皵?shù)據(jù)統(tǒng)計與分析”屬于“信息加工與表達”中表格信息加工與表達部分的教學內容，與數(shù)據(jù)管理部分的內容具有相似的核心指向，即關注“關系”的挖掘與表達，而關系是隱藏在數(shù)據(jù)之中的，需要通過相關的操作，如借助公式與函數(shù)的計算、排序、篩選等，將數(shù)據(jù)間的關系挖掘出來，可以借助圖表的形式進行直觀表達，即通過可視化方式清晰展示。

關于數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，信息技術課程教學綱要或者課程標準中都有針對性的要求，譬如，2012年中國教育技術協(xié)會信息技術教育專業(yè)委員會研制的《基礎教育信息技術課程標準2012版》中，初中學段在“模塊二：信息加工與表達”中對表格部分的要求如下。

1.能列舉1～2種常見表格編輯軟件，嘗試簡單編輯操作，理解二維表格的共同特征。

2.根據(jù)需求能在文檔中繪制或套用表格，并對其屬性能按要求進行調整和設置。

3.能應用電子表格進行簡單數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、處理，科學地借助折線圖、直方圖、餅圖等直觀表達數(shù)據(jù)。

4.從不同的角度和立場出發(fā)，通過對相同數(shù)據(jù)做不同的加工，表達不同的觀點，或對相同數(shù)據(jù)做不同的解讀，感悟信息加工和利用的選擇性、多元性和復雜性特征。

上述4條描述涉及表格中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、表達、分析，關注到數(shù)據(jù)間的關系挖掘。

“數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析”涉及對數(shù)據(jù)的加工、處理，從中獲取信息并加以解讀。因此，可以從DIKW金字塔模型獲得直接的借鑒。

解決之策：DIKW金字塔的啟示

DIKW金字塔是關于數(shù)據(jù)、信息、知識及智慧的體系，如圖1所示。

圖1 DIKW金字塔

數(shù)據(jù)（Data）：可以是數(shù)字、文字、圖像、聲音、符號等，屬于事實的記錄，表達的是沒有指定背景和意義的描述。

信息（Information）：是經(jīng)過相關處理的數(shù)據(jù)，強調的是數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的關系。

知識（Knowledge）：是有意義的信息，表現(xiàn)為信息和信息之間的關系。由信息到知識的轉變過程，是一個對信息判斷和確認的過程，需要結合經(jīng)驗、上下文聯(lián)系、詮釋和反省。

智慧（Wisdom）：是富有洞察力的知識，是運用知識分析和解決問題的能力，可以簡單歸納為正確判斷和決定的能力。

顯然，DIKW體系同樣關注關系的挖掘，即數(shù)據(jù)之間的關系、信息之間的關系，因而可以用來指導“數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析”部分的教學。

從問題解答的角度觀察，信息層回答的是“是何”的問題，知識層解決的是“如何”的問題，智慧層則涉及“為何”的問題。早期研究中有學者曾指出，信息技術中的技術包含三層內涵：（1）動手做的技術，即基本技能；（2）如何做的技術，即設計和規(guī)劃的技術；（3）為何做的技術，即技術的思想和價值。[1]三層內涵的觀點涉及技術是何、如何、為何的問題，與DIKW模型具有共通之處，這為DIKW模型在數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析中的應用提供了佐證。

從DIKW的視角來看，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析的過程也是追求實現(xiàn)“數(shù)據(jù)—信息—知識—智慧”持續(xù)變化的過程。即從數(shù)據(jù)開始，以形成智慧為最終目的。具體過程是：借助相關操作對數(shù)據(jù)進行處理、加工，明確數(shù)據(jù)之間的關系，提取出有意義的信息，進而將信息組織成知識，促進學生明確“如何去使用”，再進一步，當學生明確應該何時使用及為什么要使用時，便形成了智慧。據(jù)此，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析中的幾個關鍵詞，即數(shù)據(jù)、統(tǒng)計、分析，都需要有專門的指向，符合內在的規(guī)定性，且數(shù)據(jù)、統(tǒng)計、分析應當做到前面環(huán)節(jié)為后續(xù)環(huán)節(jié)奠定基礎，后續(xù)環(huán)節(jié)又必須在前面環(huán)節(jié)的基礎上展開。具體來說，數(shù)據(jù)需要為統(tǒng)計服務，統(tǒng)計是建立在數(shù)據(jù)提供的基礎上；統(tǒng)計的結果是為了進行分析，分析必須依賴于統(tǒng)計結果；分析的目的是為了提供決策的依據(jù)。這些關系必須在教學中予以體現(xiàn)，方能體現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析的要義。

實踐之道：基于DIKW的教學思路

從DIKW的視角，數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析教學需要經(jīng)過三個過程：“數(shù)據(jù)→信息”、“信息→知識”、“知識→智慧”。從關系發(fā)掘的角度，即隱性關系顯性化、顯性關系知識化、知識運用自動化，下文展開具體闡述。

1. 隱性關系顯性化

隱性關系顯性化，即從數(shù)據(jù)到信息的過程。數(shù)據(jù)可以是教師為學生提供的原始資料，或者是收集來自學生的資料。因為需要借此學習相關技能操作，如公式與函數(shù)的使用、排序、篩選、圖表表示等，因此數(shù)據(jù)主要是數(shù)字形式，如考試成績、購物費用等，根據(jù)需要也可以適當包含文字，如學生的血型、愛好等。

為了從數(shù)據(jù)中提取有意義的信息進而展開分析，數(shù)據(jù)需要符合一定的要求：其一，數(shù)據(jù)最好能夠貼近學生，具有真實性。小至與學生個體相關的數(shù)據(jù)，大至與學校、社區(qū)、城市、國家相關的數(shù)據(jù)。貼近學生生活經(jīng)驗或學習經(jīng)驗的真實數(shù)據(jù)才能激發(fā)學生的興趣，促進學生通過操作發(fā)掘數(shù)據(jù)之間的關系，形成有意義的信息。從教學實踐來看，課堂或者課前收集來自學生的鮮活數(shù)據(jù)相對容易調動學生的積極性。其二，數(shù)據(jù)需要具有潛在的意義，即有統(tǒng)計價值，場景1中接聽電話用左耳還是右耳的例子之所以失敗，就是因為數(shù)據(jù)不具有統(tǒng)計價值，從數(shù)據(jù)中無法提取出有意義的信息。其三，數(shù)據(jù)要具有統(tǒng)計的必要，即數(shù)據(jù)要達到足夠的量，少量數(shù)據(jù)往往無法體現(xiàn)出用計算機統(tǒng)計的優(yōu)勢。在數(shù)據(jù)量足夠的情況下，可以通過人工計算與計算機統(tǒng)計的對比凸顯計算機統(tǒng)計的優(yōu)勢和價值。

在數(shù)據(jù)有效的基礎上，統(tǒng)計承擔著從數(shù)據(jù)中提取信息的功能。為了保證將來從信息到知識的轉變，統(tǒng)計所得信息當存在分析的可能、必要及價值，否則統(tǒng)計本身就沒有意義。譬如，場景2中讓學生統(tǒng)計購買的商品中單價超過5元的商品，數(shù)據(jù)本身沒有問題，但這種統(tǒng)計的結果似乎沒有分析的意義及價值，因而統(tǒng)計本身就失去了意義。

從數(shù)據(jù)到信息的轉變需要學生借助一定的技術操作來實現(xiàn)，這個階段涉及的技術屬于動手做的技術，即技術的底層。例如，統(tǒng)計過程可能涉及計算、篩選、排序，統(tǒng)計結果的呈現(xiàn)涉及各種圖表的使用。

2. 顯性關系知識化

顯性關系知識化，是指由信息到知識的轉變。美國佛羅里達國際大學豪恩斯坦認為，信息是別人內化的知識，知識是自己內化的信息。[2]所以，如果信息是輸入，知識在某種意義上便是輸出。這意味著從信息到知識的轉變需要學生在認知層面形成理解。這一階段涉及的技術屬于無形的技術。

此階段是對數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果進行分析的過程。譬如，統(tǒng)計全班學生血型，根據(jù)四種血型的統(tǒng)計結果，引導學生明確血型的相關知識。又如，統(tǒng)計不同品牌貨物銷售情況，從不同角度（商場、品牌負責人、顧客）去分析，得出不同的結論。若收集的數(shù)據(jù)與學生個人或家庭相關，則分析的結果最好能夠凸顯因人而異，從而促進學生在體驗到分析意義的基礎上，樹立利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析為自己的學習、生活服務的意識。

譬如，《Excel中數(shù)據(jù)的處理》[3]中，教師要求學生將自己家庭衣、食、住、行、用等數(shù)據(jù)輸入到碳排放計算工作表中，完成相關計算，并根據(jù)數(shù)據(jù)回答問題：

1.我們家（ ）方面碳排放最高，（ ）方面碳排放最低。

2.我們家年人均碳排放（ ）kg，和全球人均目標碳足跡2000kg比較，我們家是（高碳/低碳）生活。

3.為了應對氣候變化，我們家應該從以下方面減少碳的排放。

每個學生獲取的數(shù)據(jù)不同，結論自然就不同。這種差異性體現(xiàn)了一種真實，也幫助學生理解統(tǒng)計與分析的實際意義。

分析在統(tǒng)計與決策之間發(fā)揮著承先啟后的作用，“承先”是指，分析必須依據(jù)統(tǒng)計所得結果來進行，體現(xiàn)兩者的緊密聯(lián)系，以保證分析的價值及統(tǒng)計的意義；“啟后”是指，分析需要為后面的選擇、決策提供依據(jù)與基礎，因此需要恰當設計分析的內容，以保證決策得以進行。

譬如，《Excel中數(shù)據(jù)的處理》中1、2兩個問題的分析必須建立在前面數(shù)據(jù)計算的基礎之上，3題的回答又依賴于1、2分析的結果，充分體現(xiàn)出統(tǒng)計分析為決策提供數(shù)據(jù)支持的功能，促進學生對數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析加深認識與理解。

3. 知識運用自動化

知識運用自動化，即從知識向智慧的轉變過程，是指在學生掌握知識之后，借助一定量的知識應用練習，熟悉了知識的應用環(huán)境及方法之后，在不需要專門選擇知識的情況下無意識地運用知識，達到自動化效果的過程。這一過程顯然不是一蹴而就的，需要經(jīng)歷幾個狀態(tài)：在知識應用練習之前，處于“無意識的不用”狀態(tài)；經(jīng)過知識應用訓練，基本掌握了知識應用場合及方法，但還不夠熟練，遇到問題時，需要有意識地思考選擇相應的知識，該階段可以稱為“有意識的應用”狀態(tài)；經(jīng)過足夠的知識應用練習之后，學生對知識的應用形成更深的感悟，可以在無意識中，即自動選擇某種知識應用于問題解決中，此時就進入了“無意識的應用”狀態(tài)，達到此狀態(tài)，即完成了由掌握知識到生成智慧的轉變。

具體到數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析的教學中，就是根據(jù)分析結果進行選擇或決策的過程。智慧指向正確判斷和決定的能力，因而在數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析后期，需要引導學生依據(jù)分析的結果進行選擇、決策。智慧傾向關心未來，含有暗示及滯后影響的意味，與此類似，課堂上的選擇抑或決策只能更多發(fā)生于認知層面，形成的是決策時的心理傾向，但追求的是持續(xù)影響學生并實現(xiàn)將來在現(xiàn)實情境中的外顯行為的變化。因而，知識運用自動化在一次課內未必能夠實現(xiàn)。

同數(shù)據(jù)分析類似，決策可以因人而異。譬如，《Excel中數(shù)據(jù)的處理》中的問題3。教學中需要引導學生根據(jù)實際做出符合需求的決策。譬如，《Excel綜合運用》[4]案例中，教師課前安排學生對自己居住小區(qū)的人居環(huán)境從自然、人文、社會、建筑和支持網(wǎng)絡幾個方面進行評價，課堂上則圍繞用Excel軟件對若干個小區(qū)的人居環(huán)境狀況作系統(tǒng)的分析，涉及Excel數(shù)據(jù)加工技術的綜合應用，如排序、篩選、分類匯總等，然后得出結論，哪個區(qū)的人居環(huán)境綜合比較好。最后環(huán)節(jié)是引導學生的實際應用：

是不是××區(qū)的人居環(huán)境比較好，我們都要住在那個區(qū)？在選購住所的時候，首先應該考慮自己的需求，根據(jù)實際需要確定自己的選擇。

（1）假如你是一名在南京一中讀高一的學生。

需考慮因素：你的父母希望你上學路途中花費的時間比較少，小區(qū)居民的整體文化素質比較高。

（2）假如你的爺爺奶奶退休了，考慮給他們選擇一處房屋。

需考慮因素：空氣新鮮，小區(qū)休閑設施齊全，鄰里關系和睦，靠近你家現(xiàn)在的住處，方便照顧老人。

該案例是在對真實數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計的基礎上，通過分析引導學生明確如何選擇、為什么要如此選擇，關注學生在掌握知識的前提下生成智慧。學會選擇，這就是智慧，影響著將來的選擇行為，即根據(jù)實際需求進行選擇，其實不僅是小區(qū)的選擇，也包括人生中的其他選擇。

知識運用自動化階段的教學要求：其一，必須為學生提供需要決策的情境，以促進學生在類似情境下的順利遷移。這一點需要在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的同時即提供給學生，以促進學生明確數(shù)據(jù)處理的根本目的。其二，決策需要根據(jù)分析的結果來進行，讓學生充分體會到分析的目的及價值，即為決策提供依據(jù)。

按照上述隱性關系顯性化—顯性關系知識化—知識運用自動化的思路，教學中引領學生經(jīng)歷數(shù)據(jù)的收集、整理—處理、加工—分析、表達—選擇、決策這一完整過程，促進學生對數(shù)據(jù)處理形成整體感知與理解。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析的完整過程是從數(shù)據(jù)收集與錄入開始，經(jīng)過表格規(guī)劃與修飾、數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計、圖表與分析等，因此，未必在一節(jié)課內完成，但整個部分的教學經(jīng)歷完整過程即可。也可以在綜合應用或者復習課上，帶領學生經(jīng)歷此完整過程，為了在一節(jié)課內實現(xiàn)，可以簡化部分細節(jié)，如使用半成品策略，以凸顯整個流程。

結束語

從DIKW金字塔模型的視角觀察“數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析”的教學，意義在于：明確數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析的教學不能止步于簡單的數(shù)據(jù)收集、整理、加工，其意義主要體現(xiàn)于在此基礎上的分析及進一步的決策。即教學中在由數(shù)據(jù)到信息的轉化基礎上，關注顯性關系的知識化并追求知識運用的自動化。

顯然，DIKW模型也適用于信息技術課程中的其他內容，譬如DIKW體系經(jīng)常應用于信息科學，因此可以應用于搜索技巧及數(shù)據(jù)挖掘。

注：本文為江蘇省教育科學“十二五”規(guī)劃課題“信息技術課程思想及其應用研究”（B-b/2013/01/039）的研究成果。

參考文獻

[1]李藝.高中課改實驗進行時[J].中小學信息技術教育，2005（1）.

[2]盛群力.21世紀教育目標新分類[M].杭州：浙江教育出版社，2008：67.

[3]張向紅.Excel中數(shù)據(jù)的處理.2010年全國初中信息技術優(yōu)質課大賽一等獎.

[4]余曉.Excel綜合應用.2010年南京市區(qū)高中信息技術優(yōu)質課參賽教案.

（作者單位：南京師范大學教育科學學院）