數(shù)據(jù)素養(yǎng)：信息技術(shù)教育擴(kuò)展新方向

南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城小學(xué)北校區(qū) 茅心溯

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)的觀念已經(jīng)深入人心，從日常生活中電商平臺(tái)的購(gòu)物推薦，再到科研人員的學(xué)術(shù)交流，社會(huì)已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。然而筆者從研究蘇科版信息技術(shù)的教材出發(fā)，結(jié)合自身的從教經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前，南京市的學(xué)生在信息技術(shù)課堂上都未接觸過(guò)指向“數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)”的具體課程，更別談對(duì)大數(shù)據(jù)背后的實(shí)際使用分析。究其原因，其一是信息技術(shù)教師還未認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)的意義；其二是現(xiàn)行的信息技術(shù)教材還沒(méi)有從培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的視角來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)。基于上述原因，筆者聯(lián)合一線(xiàn)信息技術(shù)骨干教師，設(shè)計(jì)了一節(jié)基于窮舉算法程序設(shè)計(jì)的大數(shù)據(jù)分析課程。

一、目標(biāo)設(shè)定

在此過(guò)程中，筆者選用了六年級(jí)五個(gè)班級(jí)作為教學(xué)對(duì)象，他們已經(jīng)有了物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備，并熟練掌握了編程（Scratch）軟件，尤其對(duì)教材未涉及的“鏈表”模塊有了初步的認(rèn)識(shí)。在本節(jié)課中，學(xué)生需要知道鏈表在大數(shù)據(jù)分析中的相關(guān)運(yùn)用，了解變量與鏈表結(jié)合的使用方法，能夠?qū)?shù)據(jù)模塊、控制模塊、數(shù)字和邏輯運(yùn)算模塊靈活運(yùn)用，初步形成數(shù)據(jù)素養(yǎng)，能夠根據(jù)作品的需求使用腳本模塊搭建出合適的程序，對(duì)于窮舉算法中的循環(huán)結(jié)構(gòu)有初步的了解，同時(shí)通過(guò)觀察、分析、根據(jù)流程圖編寫(xiě)出自己所需的程序。基于以上分析，“疫情中的大數(shù)據(jù)”一課的三維教學(xué)目標(biāo)可設(shè)計(jì)為：

（1）知識(shí)與技能：學(xué)會(huì)向鏈表中導(dǎo)入數(shù)據(jù)，理解鏈表在大數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用；知道將鏈表相關(guān)腳本與變量相關(guān)腳本進(jìn)行混合使用。

（2）過(guò)程與方法：通過(guò)分析生活中的大數(shù)據(jù)，認(rèn)識(shí)到大數(shù)據(jù)分析的必要性；了解窮舉算法的基本概念及其在大數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀：積極思考和主動(dòng)嘗試?yán)肧cratch軟件解決日常生活與學(xué)習(xí)中的實(shí)際問(wèn)題，初步形成數(shù)據(jù)素養(yǎng)。

（二）策略流程

前期物料準(zhǔn)備階段：用于反饋任務(wù)情況的五色標(biāo)簽紙；幫助學(xué)生感受電腦在數(shù)據(jù)分析中的優(yōu)勢(shì)的教學(xué)支架，即學(xué)習(xí)單、學(xué)件等半成品；關(guān)于“疫情中的大數(shù)據(jù)”的視頻及課件。

（三）教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)1：視頻鋪墊，談話(huà)導(dǎo)入——數(shù)據(jù)價(jià)值

教師播放關(guān)于“疫情中的大數(shù)據(jù)”的視頻，同時(shí)詢(xún)問(wèn)：哪一組數(shù)據(jù)給你留下了最深的印象？為什么？學(xué)生感受數(shù)據(jù)收集的價(jià)值，從而明白，哪有什么歲月靜好，不過(guò)是有人替我們負(fù)重前行；7個(gè)月完成了1.6億人次的核酸檢測(cè)，說(shuō)明疫情中的醫(yī)護(hù)人員非常辛苦。

學(xué)生體驗(yàn)核酸檢測(cè)結(jié)果篩查工作：①篩查10人數(shù)據(jù)：在同學(xué)們的桌面上有一組數(shù)據(jù)，0代表陰性，1代表陽(yáng)性，快速找出疑似患者，并將他們的編號(hào)填在學(xué)習(xí)單上。②篩查100人的數(shù)據(jù)，看看誰(shuí)的速度快。（學(xué)生手動(dòng)查找，教師電腦操作）學(xué)生通過(guò)對(duì)比分析得到：數(shù)據(jù)少時(shí)手動(dòng)篩查是可以的，但是大數(shù)據(jù)篩查時(shí)程序設(shè)計(jì)有明顯的優(yōu)勢(shì)。（播放視頻：《電腦在核酸檢測(cè)中的作用》）

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)視頻，讓學(xué)生感受數(shù)據(jù)的力量，尤其是在疫情面前，當(dāng)出示相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷會(huì)油然而生。學(xué)生換位思考，體驗(yàn)醫(yī)護(hù)人員的艱辛，同時(shí)初步感知計(jì)算機(jī)分析大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與價(jià)值，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

環(huán)節(jié)2：再看數(shù)據(jù)，梳理思路——數(shù)據(jù)篩查

學(xué)生回憶手動(dòng)篩查疑似新冠患者相關(guān)數(shù)據(jù)的步驟，用自然語(yǔ)言進(jìn)行表述：“先看編號(hào)1的核酸檢測(cè)結(jié)果，如果是1就將編號(hào)填寫(xiě)下來(lái)，如果是0就直接看編號(hào)2，以此類(lèi)推。”教師根據(jù)自然語(yǔ)言，在黑板上畫(huà)出流程圖，學(xué)生總結(jié)規(guī)律：編號(hào)依次增加后再篩查數(shù)據(jù)。教師揭示主題——用窮舉算法進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析時(shí)最重要的一點(diǎn)就是一個(gè)都不能少，并用板書(shū)出示副標(biāo)題——認(rèn)識(shí)窮舉算法，課件出示窮舉算法的概念。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)畫(huà)流程圖的方式，讓學(xué)生梳理上一環(huán)節(jié)的體驗(yàn)活動(dòng)過(guò)程，讓數(shù)據(jù)分析思維可見(jiàn)。學(xué)生了解電腦分析大數(shù)據(jù)背后所蘊(yùn)含的算法思維，更深刻地理解“窮舉算法”。

環(huán)節(jié)3：編寫(xiě)程序，頭腦風(fēng)暴——數(shù)據(jù)分析

教師下發(fā)導(dǎo)入數(shù)據(jù)后的文件，學(xué)生根據(jù)板書(shū)上流程圖的提示，到Scratch軟件中實(shí)現(xiàn)對(duì)1號(hào)被檢人員核酸檢測(cè)結(jié)果判斷的對(duì)應(yīng)程序：“綠旗被單擊”與開(kāi)始相對(duì)后：①添加判斷語(yǔ)句；②認(rèn)識(shí)item 1 of 鏈表的語(yǔ)句；③運(yùn)用“將thing加到鏈表的末尾”語(yǔ)句呈現(xiàn)篩選結(jié)果。學(xué)生操作，展示評(píng)價(jià)。

【設(shè)計(jì)意圖】結(jié)合流程圖，讓學(xué)生從互動(dòng)體驗(yàn)到程序設(shè)計(jì)，自然地進(jìn)入窮舉算法的學(xué)習(xí)。學(xué)生在情境中學(xué)習(xí)新知，樂(lè)于探索。

學(xué)生提出問(wèn)題：“被檢人員的編號(hào)會(huì)依次增加怎么辦？”學(xué)生和教師合作修改相應(yīng)的流程圖，根據(jù)流程圖請(qǐng)學(xué)生說(shuō)一說(shuō)程序設(shè)計(jì)思路：①新建一個(gè)變量，表示被檢人員編號(hào)；②該變量初始值設(shè)為0；③能夠通過(guò)數(shù)據(jù)模塊獲得編號(hào)依次加1。這里教師需要帶領(lǐng)學(xué)生辨析“將變量值增加1”應(yīng)該擺放的位置，適當(dāng)?shù)臅r(shí)候也可以將程序出示。

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生知道在程序設(shè)計(jì)中變量與鏈表常常聯(lián)合使用，提升發(fā)現(xiàn)規(guī)律、總結(jié)規(guī)律的能力；知道窮舉算法中循環(huán)是非常重要的，并學(xué)會(huì)使用“數(shù)字和邏輯運(yùn)算”模塊建立它們之間的關(guān)系。

最后教師設(shè)置了一個(gè)問(wèn)題：“當(dāng)被檢測(cè)人員的數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，該怎樣修改？”學(xué)生操作：①修改重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)人數(shù)與鏈表長(zhǎng)度的等值關(guān)系；②教師向?qū)W生發(fā)送數(shù)據(jù)量為千位或萬(wàn)位的數(shù)據(jù)樣本，學(xué)生重新導(dǎo)入數(shù)據(jù)后，測(cè)試程序設(shè)計(jì)分析大數(shù)據(jù)的速度，學(xué)有余力的學(xué)生通過(guò)觀看《超級(jí)計(jì)算機(jī)》視頻，感受超級(jí)計(jì)算機(jī)的大數(shù)據(jù)分析速度。

【設(shè)計(jì)意圖】結(jié)合流程圖，幫助學(xué)生梳理數(shù)據(jù)分析的步驟，完成循環(huán)判斷設(shè)計(jì)。最后讓學(xué)生知道計(jì)算機(jī)在分析數(shù)據(jù)時(shí)也有速度的差距，通過(guò)視頻了解目前中國(guó)與美國(guó)在超級(jí)計(jì)算方面的競(jìng)爭(zhēng)，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步科學(xué)探究的勇氣。

環(huán)節(jié)4：分享評(píng)價(jià)，分析改進(jìn)——數(shù)據(jù)應(yīng)用

在此階段教師帶著學(xué)生回憶：“你們還在哪里見(jiàn)過(guò)大數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用？”最后總結(jié)拓展：實(shí)際上在疫情發(fā)生時(shí)，大數(shù)據(jù)分析可不止體現(xiàn)在核酸檢測(cè)上。借助程序分析大數(shù)據(jù)的力量，我們可以構(gòu)建一個(gè)全方位的疫情防控網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)今后的相關(guān)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)疫情中的大數(shù)據(jù)應(yīng)用圖集，讓學(xué)生感受到大數(shù)據(jù)分析的強(qiáng)大以及算法的重要性，形成關(guān)注數(shù)據(jù)收集、勇于數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，種下持續(xù)探索信息技術(shù)世界的種子。

四、感悟思考

（一）數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育理念下的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

首先我們要先知道數(shù)據(jù)素養(yǎng)的定義目前尚無(wú)統(tǒng)一的界定，被引用較多的是以下兩個(gè)：2007年，Stevenson和Cara-vllo的：找到、評(píng)價(jià)和有效合理使用信息（包含數(shù)據(jù)資源）的能力；2011年，Hogenboom等的閱讀、解釋、分析、批判性思考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為證據(jù)的能力。無(wú)論是用上述定義的哪一種來(lái)指導(dǎo)小學(xué)生的信息技術(shù)課堂都不是那么貼切，但筆者認(rèn)為，整合以上概念，歸納以后可以從以下三個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)：①數(shù)據(jù)意識(shí)，即學(xué)生在數(shù)據(jù)的收集上要有一定的主觀能動(dòng)性及敏感度；②數(shù)據(jù)能力，即貫穿于數(shù)據(jù)生命周期的分析、利用、評(píng)價(jià)、復(fù)用、管理等一系列活動(dòng)所需要的技能；③數(shù)據(jù)倫理，即在大數(shù)據(jù)處理中涉及的所有道德、法律問(wèn)題，學(xué)生都要有分辨是非的能力，建立正確的價(jià)值觀念，合理合法地利用數(shù)據(jù)。那么，很明顯本節(jié)課在數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育理念的指導(dǎo)下，教師從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)幫助學(xué)生從“經(jīng)驗(yàn)主義”走向“數(shù)據(jù)主義”，將數(shù)據(jù)意識(shí)、數(shù)據(jù)能力和數(shù)據(jù)倫理都融合進(jìn)去，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維的深層次變革，是非常成功的一次嘗試。

（二）數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育理念下的課程站位

眾所周知，信息技術(shù)的學(xué)科核心素養(yǎng)包括“信息意識(shí)”“計(jì)算思維”“數(shù)字化學(xué)習(xí)”和“信息責(zé)任”四個(gè)方面，并未提及“數(shù)據(jù)素養(yǎng)”，如果將數(shù)據(jù)素養(yǎng)簡(jiǎn)單歸納到信息素養(yǎng)中其實(shí)是不合適的，因?yàn)閿?shù)據(jù)比信息的外延更大；但如果讓兩者并行，也不合適，因?yàn)閮烧咧g又有交集。鑒于此，學(xué)?？梢蚤_(kāi)設(shè)相關(guān)課程，筆者也將繼續(xù)在數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育理念的指導(dǎo)下，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生良好的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，讓大數(shù)據(jù)時(shí)代的信息素養(yǎng)教育外延擴(kuò)展到數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育。

（三）數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育理念下的社會(huì)意義

本節(jié)課筆者從幫助醫(yī)護(hù)人員減輕核酸檢測(cè)工作量開(kāi)始，到最后利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行人員流動(dòng)情況分析等，將數(shù)據(jù)分析的價(jià)值意義進(jìn)行了由點(diǎn)到面的擴(kuò)展。同時(shí)幫助學(xué)生建立了數(shù)據(jù)價(jià)值觀，直擊大數(shù)據(jù)背后隱藏的價(jià)值與影響力，利用大數(shù)據(jù)可以幫助國(guó)家提升競(jìng)爭(zhēng)力，改變社會(huì)管理的面貌，改善每個(gè)人的生活。