信息科技課程中數(shù)字素養(yǎng)與技能的理解與培育

張宏杰 廣東省東莞市教育局教研室

黎榮輝 廣東省東莞市東莞中學(xué)初中部

●從信息素養(yǎng)走向數(shù)字素養(yǎng)與技能

2003年，教育部發(fā)布的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》指出普通高中信息技術(shù)課程的總目標(biāo)是提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，其中包括：對信息的獲取、加工、管理、表達(dá)與交流的能力；對信息及信息活動的過程、方法、結(jié)果進(jìn)行評價(jià)的能力；發(fā)表觀點(diǎn)、交流思想、開展合作并解決學(xué)習(xí)和生活中實(shí)際問題的能力；遵守相關(guān)的倫理道德與法律法規(guī)，形成與信息社會相適應(yīng)的價(jià)值觀和責(zé)任感。信息素養(yǎng)教育將“信息處理能力”與“讀、寫、算”作為同等重要的生存技能，強(qiáng)調(diào)了信息技術(shù)工具的掌握和信息處理方法。[1]

中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會印發(fā)的《提升全民數(shù)字素養(yǎng)與技能行動綱要2022-2035》指出，數(shù)字素養(yǎng)與技能是數(shù)字社會公民學(xué)習(xí)工作生活應(yīng)具備的數(shù)字獲取、制作、使用、評價(jià)、交互、分享、創(chuàng)新、安全保障、倫理道德等一系列素質(zhì)與能力的集合。[2]同時(shí)，有學(xué)者對照行動綱要中的數(shù)字素養(yǎng)框架，提出一個(gè)數(shù)字素養(yǎng)能力模型，即數(shù)字素養(yǎng)必備的五種能力：數(shù)字生存能力、數(shù)字安全能力、數(shù)字思維能力、數(shù)字生產(chǎn)能力、數(shù)字創(chuàng)新能力。[3]

由此可見，信息素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)的是獲取、評估、組織和利用信息的能力，包括信息資源利用、信息檢索和信息傳達(dá)等。數(shù)字素養(yǎng)則更加聚焦于數(shù)字環(huán)境下的能力，包括理解和應(yīng)用數(shù)字工具、技術(shù)和平臺，以及數(shù)字信息處理和數(shù)字安全等。因此，信息科技課程不應(yīng)局限于信息獲取、加工、管理、表達(dá)和交流等技術(shù)操作層面的訓(xùn)練，而應(yīng)按照學(xué)生在數(shù)字時(shí)代中生活、學(xué)習(xí)、創(chuàng)新以及未來工作需求，在基本原理、學(xué)科方法、解決問題過程、倫理道德等方面發(fā)展學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能。[4]從信息素養(yǎng)向數(shù)字素養(yǎng)與技能的轉(zhuǎn)變是為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，以適應(yīng)數(shù)字時(shí)代的需求；從信息素養(yǎng)轉(zhuǎn)向數(shù)字素養(yǎng)與技能是適應(yīng)信息科技發(fā)展和數(shù)字化社會需求的必然趨勢。

●在信息科技課堂教學(xué)中培養(yǎng)數(shù)字素養(yǎng)與技能

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）將學(xué)科的課程性質(zhì)描述為：信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實(shí)現(xiàn)。[5]而新課標(biāo)研制專家組組長熊璋教授撰文指出，信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，主要包括信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任。這四個(gè)維度有各自的特征，同時(shí)又互相支持、互相滲透，能夠共同促進(jìn)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。[6]因此，在課堂教學(xué)中，教師可以從科學(xué)原理、思維方法、信息處理、工程實(shí)現(xiàn)四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)數(shù)字素養(yǎng)與技能的培育。

1.體驗(yàn)信息處理的過程，提升數(shù)字處理能力，培育生存與安全能力

信息處理的過程，既有對信號的加工，也有對數(shù)據(jù)的加工。在信息科技課堂教學(xué)中，不僅要注重學(xué)科技術(shù)層面的信息處理過程，還要理解其中的計(jì)算思維和技術(shù)文化。

以“使用電子表格軟件處理視力調(diào)查數(shù)據(jù)”為例，其具體的教學(xué)步驟為：①設(shè)計(jì)問卷。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一份視力調(diào)查問卷，內(nèi)容包括學(xué)生姓名、年級等。②發(fā)放和回收問卷。學(xué)生在學(xué)?；虬嗉墐?nèi)發(fā)放問卷，并按時(shí)回收問卷。③數(shù)據(jù)錄入或?qū)С鰯?shù)據(jù)。學(xué)生將填寫完畢的問卷數(shù)據(jù)錄入電子表格軟件中，或者將問卷數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電子表格中。④分類和整理。學(xué)生根據(jù)問卷中的信息，將數(shù)據(jù)分類并整理成表格，使用排序和篩選功能將數(shù)據(jù)按照學(xué)生姓名、年級等分類。⑤比較和分析。使用電子表格軟件中的函數(shù)和公式來執(zhí)行比較、求和、平均值等計(jì)算操作，計(jì)算不同年級的視力平均值，比較男女學(xué)生的視力水平，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。⑥呈現(xiàn)和分享。使用圖表、圖像和數(shù)據(jù)報(bào)告等方式展示視力調(diào)查分析結(jié)果，并與同學(xué)和教師分享自己的分析方法和得出的結(jié)論。這個(gè)案例，不僅可以讓學(xué)生在信息處理的過程中深入體會相關(guān)的科學(xué)原理和思維方法，在技術(shù)應(yīng)用的過程中培養(yǎng)他們的計(jì)算思維和信息的數(shù)字化處理能力，還可以激發(fā)學(xué)生對數(shù)據(jù)分析的興趣和創(chuàng)造力，提升他們防范數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)的能力、數(shù)字處理能力和技術(shù)文化素養(yǎng)。

2.注重思維方法的培養(yǎng)，提升使用數(shù)字技術(shù)解決問題的能力，培育思維與創(chuàng)新能力

計(jì)算思維是個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在解決問題的過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動。具備計(jì)算思維的學(xué)生，其問題解決能力和創(chuàng)新創(chuàng)造力都很強(qiáng)，能對問題進(jìn)行抽象、分解、建模，并通過設(shè)計(jì)算法形成解決方案，同時(shí)可以遷移運(yùn)用于解決其他問題。

以“設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的交通信號燈的模擬程序”為例，具體的教學(xué)步驟為：①抽象。學(xué)生思考交通信號燈的基本現(xiàn)象和功能。②分解。在編程實(shí)踐（驗(yàn)證）的過程中，學(xué)生將整個(gè)過程分解為多個(gè)步驟，如紅燈亮與滅、綠燈亮與滅等。每個(gè)步驟可以看作是一個(gè)不同的代碼塊，需要按順序組合在一起來模擬交通信號燈的變化。③建模與算法設(shè)計(jì)。創(chuàng)建一個(gè)名為“交通信號燈”的背景，繪制紅、黃、綠三種顏色信號燈的圖案；在代碼區(qū)，使用“當(dāng)開始點(diǎn)擊時(shí)”塊來開始程序，使用“重復(fù)無限次”塊來創(chuàng)建一個(gè)循環(huán)；在循環(huán)中，使用“切換到背景[交通信號燈]”塊來切換到不同的燈色（紅、黃、綠），使用“等待[秒]”來控制每個(gè)燈亮的時(shí)間間隔。在編程實(shí)踐中，學(xué)生通過拖拽代碼塊的方式來組合邏輯，從而學(xué)習(xí)編程的基本原理。此外，也可以使用軟件編程模擬交通信號燈的設(shè)計(jì)過程，仿真實(shí)現(xiàn)信號燈運(yùn)行效果。在高年級可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)知識實(shí)現(xiàn)智能交通燈的設(shè)計(jì)，從而提高學(xué)生解決真實(shí)情境問題的能力。

3.借助工程實(shí)現(xiàn)的方式培育生產(chǎn)和創(chuàng)新能力

信息科技中的科學(xué)原理、思維方法和處理過程，最終需要通過工程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對人類社會的影響。在信息科技教學(xué)中，讓學(xué)生體驗(yàn)“工程實(shí)現(xiàn)”的意義在于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題、設(shè)計(jì)和實(shí)施完整解決方案的能力，同時(shí)讓他們理解科學(xué)原理、思維方法和處理過程如何應(yīng)用于真實(shí)場景，并通過工程實(shí)現(xiàn)對人類社會產(chǎn)生影響的過程，培養(yǎng)他們的數(shù)字創(chuàng)新能力。

以“設(shè)計(jì)一套植物生長光線輔助系統(tǒng)”為例，教師可以利用光線傳感器監(jiān)測光線的亮度強(qiáng)弱，利用控制器自動控制LED燈的開關(guān)，同時(shí)也可以通過物聯(lián)網(wǎng)平臺遠(yuǎn)程控制LED燈的開關(guān)。在課堂教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生按照以下步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)施：①定義問題。明確問題是什么，如怎樣在長期光線不足的室內(nèi)提供充足的光線促進(jìn)植物生長？②分析需求。分析問題所需的功能和要求，如系統(tǒng)需要根據(jù)光線強(qiáng)度自動控制LED燈的開關(guān)，同時(shí)還可以通過物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。③確定方案。根據(jù)需求分析確定所需的硬件和軟件。④設(shè)計(jì)電路。學(xué)生需要根據(jù)方案設(shè)計(jì)電路連接各個(gè)組件，要考慮如何將傳感器與主控板連接，以及如何將主控板與LED燈及其他部件連接。⑤編寫代碼。學(xué)生需要通過編寫代碼，并設(shè)計(jì)根據(jù)光線強(qiáng)度控制LED燈的開關(guān)程序。⑥運(yùn)行測試。調(diào)試運(yùn)行程序，確保系統(tǒng)能夠根據(jù)光線強(qiáng)度自動控制LED燈的開關(guān)，并通過物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，排除各種因素引起的故障，確保運(yùn)行穩(wěn)定順暢。⑦工程展示。學(xué)生通過解釋自己的設(shè)計(jì)思路、演示系統(tǒng)的功能來展示工程設(shè)計(jì)的成果，并提出新的問題，討論該系統(tǒng)對人類社會產(chǎn)生的影響。學(xué)生通過設(shè)計(jì)和實(shí)施一個(gè)真實(shí)的植物光照系統(tǒng)，親身感受從理論到實(shí)踐的完整過程，并體驗(yàn)到實(shí)踐創(chuàng)新的意義和應(yīng)用創(chuàng)造的快樂，在不斷迭代優(yōu)化作品的過程中提升分析問題、解決問題能力和數(shù)字化創(chuàng)新能力。

4.通過科學(xué)原理的探索，理解學(xué)科的核心概念和基礎(chǔ)原理，綜合培育數(shù)字素養(yǎng)

信息科技的科學(xué)原理集中體現(xiàn)在數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全和人工智能六條邏輯關(guān)聯(lián)的主線上。學(xué)習(xí)和理解本學(xué)科的邏輯主線及相關(guān)概念的意義在于幫助學(xué)生理解和掌握信息科技背后的科學(xué)原理和運(yùn)行機(jī)制，以及如何應(yīng)用這些原理來解決實(shí)際問題。學(xué)生不僅能夠運(yùn)用已有知識解決實(shí)際問題，還能將這些知識融合并創(chuàng)造新的價(jià)值，從而促進(jìn)數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。

例如，在數(shù)據(jù)與編碼模塊的學(xué)習(xí)中，通過深入理解編碼原理，學(xué)生能更好地理解不同編碼方案的科學(xué)原理。在信息安全主題的學(xué)習(xí)中，可以引導(dǎo)學(xué)生將數(shù)學(xué)知識與密碼學(xué)原理相融合，通過計(jì)算不同數(shù)位密碼組合的種類，讓學(xué)生深入了解密碼的長度以及不同組合方式對安全性的影響。這種基于科學(xué)原理的學(xué)習(xí)方法，能夠幫助學(xué)生建立對編碼和密碼學(xué)等概念的深刻理解；這種基于科學(xué)原理和實(shí)際應(yīng)用的案例教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力、創(chuàng)新思維以及數(shù)字生存與網(wǎng)絡(luò)安全能力。

●總結(jié)與展望

在信息科技課堂教學(xué)中，數(shù)字素養(yǎng)與技能的培養(yǎng)已經(jīng)成為數(shù)字時(shí)代育人的重要使命。通過掌握處理過程、培養(yǎng)計(jì)算思維、實(shí)施工程設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)科學(xué)原理，學(xué)生能提升自己的數(shù)字素養(yǎng)與技能，適應(yīng)當(dāng)下和未來的數(shù)字社會。未來，教師應(yīng)不斷提高自身的專業(yè)能力和教學(xué)方法，為學(xué)生提供更好的信息科技教育，以培養(yǎng)更多具備創(chuàng)新思維和解決問題能力的新一代數(shù)字公民。