數(shù)據(jù)科學教育與信息技術(shù)教育

華東師范大學開放教育學院教授，曾任華東師范大學信息科學技術(shù)學院副院長、全國中小學計算機教育研究中心上海部主任等職，近期主要從事兒童編程教育、計算思維教育等方面的研究工作，已出版專著《計算思維教育》《中小學計算思維教育實踐》以及兒童編程系列讀本，發(fā)表論文數(shù)十篇。

《中國信息技術(shù)教育》：您認為當前是否有必要在中小學開展數(shù)據(jù)科學教育呢？

王榮良：傳統(tǒng)的學科如數(shù)學、統(tǒng)計學乃至20世紀才出現(xiàn)的計算機科學，都是承擔數(shù)據(jù)處理及工具研究的學科。進入21世紀，全球科技創(chuàng)新空前活躍，以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)加速應(yīng)用，推動自然科學和人文科學的交叉融合。數(shù)據(jù)科學的提出，連接了原本分離的學科、社會和用戶，運用數(shù)據(jù)分析技術(shù)從各個領(lǐng)域生產(chǎn)的數(shù)據(jù)中提取高價值數(shù)據(jù)，其未來的圖景是認知和決策自動化、社會技術(shù)生態(tài)融合、科技創(chuàng)新與數(shù)據(jù)驅(qū)動的“超智能社會”。2015年8月，國務(wù)院頒布的《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》提出了將大數(shù)據(jù)上升為國家戰(zhàn)略，把大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，加快推動數(shù)據(jù)資源共享開放和開發(fā)應(yīng)用，助力產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和社會治理創(chuàng)新。在此背景下，教育部設(shè)立了“數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)”專業(yè)，該專業(yè)以計算機科學、數(shù)學及統(tǒng)計學為支撐，以生物、醫(yī)學、管理學、環(huán)境科學等學科應(yīng)用為拓展，主要研究數(shù)據(jù)采集整理、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容，從行業(yè)角度對含有高價值的海量數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)管理、分析、研發(fā)和應(yīng)用。數(shù)據(jù)科學專業(yè)旨在培養(yǎng)基于計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)以及學科應(yīng)用交叉的數(shù)據(jù)工作者。從新時代數(shù)據(jù)科學的重要性和基礎(chǔ)教育培養(yǎng)新時代建設(shè)者的職責出發(fā)，未來的社會建設(shè)者應(yīng)該具備適應(yīng)未來迅速發(fā)展的、數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)經(jīng)濟社會的能力。在中小學階段開展符合學生年齡和認知特征的數(shù)據(jù)科學教育是有必要的。

《中國信息技術(shù)教育》：如果在中小學開展數(shù)據(jù)科學教育，您覺得對學生會有哪些方面的價值？

王榮良：大學的數(shù)據(jù)科學相關(guān)專業(yè)是以培養(yǎng)基于計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及多學科應(yīng)用交叉的復(fù)合型人才為目標的。不同于大學的專業(yè)人才培養(yǎng)，中小學開展數(shù)據(jù)科學教育的主要價值是能夠讓學生真實感受數(shù)據(jù)的價值。如果說蒸汽機和電能成就了工業(yè)經(jīng)濟，那么數(shù)據(jù)就是催生數(shù)字經(jīng)濟和社會形態(tài)的新能源。中小學開展數(shù)據(jù)科學教育，不在于讓學生掌握高深的數(shù)據(jù)處理技能和工具，而是潛移默化地培養(yǎng)學生從數(shù)據(jù)的視角思考問題的習慣，以適應(yīng)社會發(fā)展的需要。

中小學的數(shù)據(jù)科學教育不是簡單地將大學數(shù)據(jù)科學專業(yè)的教學內(nèi)容下放到中小學，而是需要與基礎(chǔ)教育現(xiàn)有的課程如數(shù)學、信息技術(shù)課程中關(guān)于數(shù)據(jù)處理的教學內(nèi)容進行充分的整合。數(shù)據(jù)科學教育的引入可以促進傳統(tǒng)學科相互融合，為傳統(tǒng)學科注入新時代的特征，同時形成新的教學形態(tài)，從而達到培養(yǎng)學生面向社會數(shù)據(jù)應(yīng)用基礎(chǔ)性能力的目標。

《中國信息技術(shù)教育》：當前我國信息技術(shù)課程體系中是否涉及數(shù)據(jù)科學教育呢？

王榮良：數(shù)據(jù)科學涉及計算機科學技術(shù)、數(shù)學、統(tǒng)計學以及各種具體的應(yīng)用學科，計算機科學技術(shù)以數(shù)據(jù)為處理對象，研究數(shù)據(jù)處理方法，制造數(shù)據(jù)處理工具。計算機科學技術(shù)也是信息技術(shù)課程重要的學習內(nèi)容，因此，信息技術(shù)課程必定與數(shù)據(jù)科學教育的內(nèi)容有重疊，信息技術(shù)課程中的計算機科學技術(shù)部分可以為數(shù)據(jù)教育的實施提供數(shù)據(jù)加工的思想方法和工具。計算機科學技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心基礎(chǔ)，互聯(lián)網(wǎng)催生了大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用和精準分析又使得人工智能成為熱點。計算機科學技術(shù)以“應(yīng)用驅(qū)動創(chuàng)新”的發(fā)展規(guī)律實現(xiàn)了從“以計算為中心”向“以數(shù)據(jù)為中心”的轉(zhuǎn)變。

信息技術(shù)課程應(yīng)該有自身存在和發(fā)展的定力，有相對穩(wěn)定的課程目標，從而才能理性對待數(shù)據(jù)科學教育。信息技術(shù)課程沒有必要本著“什么流行學什么”的思維習慣將數(shù)據(jù)科學的內(nèi)容全盤納入本課程之中，也沒有必要因課程中涉及數(shù)據(jù)科學教育而自喜，從而證明信息技術(shù)課程的存在價值?；A(chǔ)教育的基礎(chǔ)性要求信息技術(shù)課程的發(fā)展不能純粹以社會應(yīng)用為導(dǎo)向，信息技術(shù)課程不會因為芯片危機而宣傳課程開設(shè)是為國家培養(yǎng)芯片人才，也不會因為課程中包含有部分數(shù)據(jù)科學教育內(nèi)容而將課程目標理解為培養(yǎng)數(shù)據(jù)處理高端人才。

《中國信息技術(shù)教育》：您覺得我國的數(shù)據(jù)科學教育主要應(yīng)該包括哪些內(nèi)容呢？

王榮良：中小學數(shù)據(jù)科學教育可以包括數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)倫理三部分。對數(shù)據(jù)的認識，并不是簡單地背誦數(shù)據(jù)的概念，區(qū)分數(shù)據(jù)與信息的異同，而是通過經(jīng)歷數(shù)據(jù)處理過程，體驗數(shù)據(jù)的重要性，學會以數(shù)據(jù)的視角認識世界和事物，建立用數(shù)據(jù)表達客觀世界和改造客觀世界的意識。數(shù)據(jù)處理的重點不是新技術(shù)的學習，而是整合現(xiàn)有課程中的數(shù)據(jù)處理方法和工具對真實數(shù)據(jù)的加工處理，從而形成數(shù)據(jù)處理意識和數(shù)據(jù)處理綜合能力。數(shù)據(jù)倫理通過數(shù)據(jù)濫用、數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)安全等問題的探討為學生建立正確的數(shù)據(jù)觀。

《中國信息技術(shù)教育》：您覺得開展數(shù)據(jù)科學教育應(yīng)該如何處理好與其他信息技術(shù)課程內(nèi)容之間的關(guān)系呢？如編程教育等。

王榮良：數(shù)據(jù)科學的多學科特征決定了數(shù)據(jù)科學教育在中小學實施的跨學科形態(tài)。因此，數(shù)據(jù)科學教育的部分學習內(nèi)容可以由某些傳統(tǒng)課程如信息技術(shù)課程來承擔，而有些學習內(nèi)容則應(yīng)采用類似于STEM課程的實施形態(tài)。數(shù)據(jù)科學需要解決的可能是一個物理問題，也可能是一個社會問題，學習者需要數(shù)學基礎(chǔ)，也需要運用計算機技術(shù)設(shè)計問題解決方案并最終解決問題。

信息技術(shù)課程發(fā)展性特征的外在反映是課程內(nèi)容的可塑性，課程的變化既要體現(xiàn)學生的發(fā)展需要，也要符合對應(yīng)的學科邏輯。數(shù)據(jù)科學和計算機科學都是以有效的數(shù)據(jù)處理為目標，但兩者的視角和重點有所不同。以通過程序設(shè)計實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理為例，計算機科學關(guān)注的是數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計與程序?qū)崿F(xiàn)，并期望形成解決這類問題的程序設(shè)計方法。而數(shù)據(jù)科學會將關(guān)注點向現(xiàn)實問題前移，關(guān)注的往往是如何用數(shù)據(jù)來表征現(xiàn)實問題，如何在海量數(shù)據(jù)中挖掘有價值的數(shù)據(jù)，如何用數(shù)據(jù)來管制問題。程序是數(shù)據(jù)處理的工具，在編程教育中，從計算機科學視角出發(fā)，強調(diào)的是算法和程序?qū)崿F(xiàn)的方法，所列舉的待解決問題實例，也是為學習編程語言和算法實現(xiàn)服務(wù)的。如果從數(shù)據(jù)科學學科視角出發(fā)，編程教育實施的關(guān)注點是現(xiàn)實問題和數(shù)據(jù)以及技術(shù)的選擇，程序?qū)崿F(xiàn)應(yīng)該是已掌握的知識與技術(shù)，不是數(shù)據(jù)科學的重點。因此，信息技術(shù)課程中的編程教育，關(guān)注重點是問題與數(shù)據(jù)，還是算法與程序?qū)崿F(xiàn)，將取決于信息技術(shù)課程的發(fā)展邏輯。

《中國信息技術(shù)教育》：您覺得當前在我國實施數(shù)據(jù)科學教育會面臨哪些困難呢？

王榮良：第一，缺乏站在基礎(chǔ)教育全局層面系統(tǒng)性地對數(shù)據(jù)科學教育內(nèi)涵進行研究。當一個新學術(shù)概念或者熱衷發(fā)明的一些新名詞引入基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，往往會引起流量式關(guān)注和自戀式鼓舞，但如果學生沒有發(fā)展全局觀和對應(yīng)學科邏輯的思考，則會使教學實施流于表面形式而缺失實際教學效果。第二，缺乏數(shù)據(jù)科學與傳統(tǒng)課程的關(guān)系梳理。數(shù)學或信息技術(shù)課程提供的知識儲備和工具支撐，應(yīng)用場景對應(yīng)的學科知識背景是數(shù)據(jù)科學教育教學設(shè)計的基礎(chǔ)。第三，缺乏跨學科學習的生態(tài)環(huán)境。當今傳統(tǒng)課程與傳統(tǒng)教學方式仍是主流，跨學科教學還沒有成為教師教學的習慣而只是點綴。例如，項目式學習是數(shù)據(jù)科學教育的一種好形式，但受多種因素的影響，目前項目式學習在實施中常被轉(zhuǎn)換為情境創(chuàng)設(shè)而輕易地淹沒于傳統(tǒng)教學之中。

《中國信息技術(shù)教育》：為了更好地推進數(shù)據(jù)科學教育，您覺得應(yīng)該做哪些工作呢？

王榮良：第一，對數(shù)據(jù)科學教育開展基礎(chǔ)性研究，包括教育價值與學生培養(yǎng)目標的確定、與信息技術(shù)等相關(guān)學科關(guān)系以及教學內(nèi)容的分割、梳理不同學段學習者的認知基礎(chǔ)等。第二，學習平臺建設(shè)，數(shù)據(jù)科學教育教學涉及的學科面廣、數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)處理工具多樣化、學習方法項目化，需要有相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源和學習平臺支撐。第三，教學生態(tài)培育。通過教師培訓和教學實踐，關(guān)注能力培養(yǎng)和數(shù)據(jù)意識建立，形成基礎(chǔ)課程支撐的、跨學科教學實施的、與學生科技創(chuàng)新活動有機結(jié)合的新型教學生態(tài)環(huán)境。