四年級“數(shù)據(jù)與編碼”教學指南設計思路解讀

摘要：四年級“數(shù)據(jù)與編碼”教學指南主要強調(diào)數(shù)據(jù)（包括大數(shù)據(jù)）在信息社會中的重要作用，闡明數(shù)據(jù)編碼讓信息得以有效利用的意義，培養(yǎng)學生利用信息科技解決問題的能力。本教學指南的內(nèi)容體系從數(shù)據(jù)、編碼出發(fā)，圍繞數(shù)字化素養(yǎng)與技能的培養(yǎng)展開。教師在教學中既要注重緊扣數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡、信息處理、信息安全和人工智能六條邏輯主線，又要注重跨學科主題學習與數(shù)字化教學的落實。關鍵詞：信息科技；教學指南；數(shù)字素養(yǎng)與技能；跨學科主題學習；數(shù)字化自20世紀80年代以來，信息科技沿著以計算機為核心、以互聯(lián)網(wǎng)為核心、以數(shù)據(jù)為核心的發(fā)展脈絡，深刻影響著社會的經(jīng)濟結構和生產(chǎn)方式[1]。與之相對應，數(shù)據(jù)在我國信息科技（信息技術）課程中的地位也得到不斷提升。早在教育部2003年頒布的《中小學信息技術課程指導綱要（試行）》中，數(shù)據(jù)就在初中階段以選修模塊“用計算機處理數(shù)據(jù)”的形式出現(xiàn)。在2016年教育部頒布的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》中，“數(shù)據(jù)與程序設計”成為“設計制作活動（信息技術）”的五大模塊之一。在初中階段，它將程序設計的思想與數(shù)據(jù)分析有效結合，讓學生了解到數(shù)據(jù)處理的社會實用性與現(xiàn)實意義[2]?！读x務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）不但第一次把數(shù)據(jù)與編碼并列作為四年級的課程內(nèi)容，而且把數(shù)據(jù)作為六條邏輯主線之首，貫穿整個義教階段的課程設計。在這個背景下，編者編寫了《義務教育信息科技教學指南數(shù)據(jù)與編碼四年級全一冊》（以下簡稱“四年級教學指南”），以期更好地體現(xiàn)與落實課標的要求。一、設計思路（一）數(shù)字素養(yǎng)與技能的培養(yǎng)四個核心素養(yǎng)的培養(yǎng)并非相互割裂，而是互相支持、互相滲透的。它們彼此不存在界限，也沒有必要人為設置界限，共同促進學生數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。因此，在課程設計過程中，我們需要將核心素養(yǎng)四個方面作為整體考慮，無法也無須做到在一個年級中面面俱到，而應結合課標的內(nèi)容，強調(diào)各自獨具特色的側重點。信息意識。四年級教學指南的設計緊扣課標要求，讓學生通過觀察身邊應用信息科技的典型實例，知道數(shù)據(jù)（包括大數(shù)據(jù)）是信息社會的新型生產(chǎn)要素。在教學過程中，教師要著重培養(yǎng)學生在學習和生活中獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，以及使用數(shù)據(jù)支撐自己觀點的敏感性和主動性。對于本年級的另一個重點——編碼，教師要帶領學生認識到它在信息社會中的重要價值，讓他們初步建立唯一標識的意識。計算思維。四年級的內(nèi)容不像五年級及以后各年級那樣從算法角度培養(yǎng)學生的計算思維。事實上，編者也不鼓勵把算法或者程序驗證的思想安排在四年級講授。究其原因，一是課時不足，有效的教學難以開展；二是本年級的內(nèi)容都來源于生活，學生只要了解信息科技應用實例背后蘊含的道理即可，不用深入理解晦澀難懂的原理。因此，編者建議從“形式化”入手培養(yǎng)學生的計算思維。通過編碼的唯一標識，學生能將現(xiàn)實世界中的人或物抽象成由數(shù)字、漢字、字母等符號構成的形式化表示，進而實現(xiàn)精準的數(shù)字化管理，為后續(xù)算法如何體現(xiàn)形式化的學習奠定基礎。同時，教師還要引導學生在感受身邊無處不在的數(shù)據(jù)時，通過獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，獲得解決問題的方案、證明自己的結論或給出自己的預測。數(shù)字化學習與創(chuàng)新。教師要以學習活動的形式引導學生使用數(shù)字設備呈現(xiàn)收集的數(shù)據(jù)，啟發(fā)他們多角度思考，并借助思維導圖等表示數(shù)據(jù)之間的關系，以支撐自己的觀點。教師可通過設計自主實踐活動，讓學生體驗新方法、新思路給學習效率帶來的改變。對一些需要花費較多時間收集、整理數(shù)據(jù)的學習活動，教師可以以小組合作的形式開展，鍛煉學生的協(xié)作能力。信息社會責任。信息科技一方面要強調(diào)科學屬性、技術發(fā)展。無論是信息意識，還是計算思維，或是數(shù)字化學習與rf1nlLdCeVi9FPFvwW2QrhfG949uZkKG6iA2rwybh6M=創(chuàng)新，它們都是從學科本質(zhì)出發(fā)發(fā)展學生思維、培養(yǎng)學生能力的。另一方面，信息科技是伴隨信息社會發(fā)展而越來越成熟的學科，學生對其行為、決定及所要承擔的義務要有正確的認識。教師可以從學科角度出發(fā)，讓學生體驗社會中的不同編碼，進一步理解數(shù)據(jù)編碼是保持信息社會組織與秩序的科學基礎。教師要告訴學生在使用數(shù)據(jù)的過程中需遵守相關的法律法規(guī)，在學習、生活中了解常見的防護措施，有意識地保護數(shù)據(jù)。更重要的是，教師要讓學生在初步理解數(shù)據(jù)安全重要性的同時，認識到在關鍵系統(tǒng)中采用自主可控技術的必要性。（二）對數(shù)據(jù)的界定在課標中，前三個年級僅僅提及“信息”。從四年級開始，“數(shù)據(jù)”正式出現(xiàn)，并且和“信息”混用。從大數(shù)據(jù)的語境和數(shù)據(jù)科學的角度來看，數(shù)據(jù)不只是信息技術、工具所處理的對象，也不只是信息的載體，“數(shù)據(jù)就是信息”的觀點已經(jīng)被越來越多的研究者接受[3]。因此，無論是課標，還是四年級教學指南，都沒有劃分二者的界限。教師也不宜讓學生分清二者的區(qū)別，只要根據(jù)情境選擇即可。（三）對編碼的界定在課標“數(shù)據(jù)與編碼”模塊中，“編碼”不僅僅指“編寫計算機代碼”，還可以理解為“按照約定進行的規(guī)范性描述”[4]。同時，教師要強調(diào)，編碼唯一性的前提是需要有邊界，以免給學生帶來理解困擾。例如，在第二單元介紹“理解公路標志牌上的編碼”時，教學指南設計了讓學生認識省道編碼怎么表達唯一性的活動，即省道由各省、自治區(qū)、直轄市自行編碼。多地均有編碼為S219的省道。為保證這個編碼的唯一性，人們通常會加上能代表所處地區(qū)的標識。只有分析清楚特定的情境，學生才能理解“數(shù)據(jù)編碼是保持信息社會組織與秩序的科學基礎”的內(nèi)涵。二、內(nèi)容結構（一）各單元設計理念四年級教學指南共30課時，分為6個單元。表1簡單闡釋了各單元的邏輯關系。（二）對人工智能內(nèi)容的補充課標“數(shù)據(jù)與編碼”模塊的內(nèi)容要求中沒有刻意引入人工智能。但隨著生成式人工智能的面世與發(fā)展，不遠的將來，每個孩子都會擁有人工智能“發(fā)小”“閨蜜”。這類人工智能學伴將協(xié)助教師了解學生的學習生活，提供更為實時、客觀、準確的評價[5]。因此，四年級教學指南增加了關于人工智能與大數(shù)據(jù)的內(nèi)容，目的是讓學生通過前面的學習，在體驗真實案例的過程中，了解大數(shù)據(jù)的“大”不僅是指數(shù)量的龐大，還指它有待人們?nèi)ネ诰虻木薮髢r值，而人工智能是挖掘其價值的一把鑰匙。例如，教師可以指導學生分析當數(shù)據(jù)由少變多時，購物、快遞、外賣等應用軟件的功能有哪些提升，從而體會數(shù)據(jù)給生活帶來的積極影響。再如，通過分析阿爾法圍棋不斷迭代更新的案例，學生可以明白在人工智能的應用中，對大數(shù)據(jù)的使用并不一定越多越好，數(shù)據(jù)的品質(zhì)、算法的設計也是影響人工智能性能的重要因素。生成式人工智能的內(nèi)容在其他年級也有相應的增加，例如，三年級教學指南提及用生成式人工智能制作簡單作品。為了體現(xiàn)螺旋式上升的理念，教師在本單元中不但要講清楚數(shù)據(jù)與人工智能的關系，也應該提及人工智能的發(fā)展是一把雙刃劍，它既能幫助我們更好地學習與生活，也能影響我們的行為。因此，編者在四年級教學指南第六單元最后一課專門介紹了生成式人工智能在生成結果時可能出現(xiàn)的問題，設計了探究應對措施的活動，培養(yǎng)學生辨識數(shù)據(jù)真?zhèn)蔚囊庾R和能力，引導他們正確認識技術應用，進而更好地融入信息社會。三、教學建議（一）落實六條邏輯主線與核心素養(yǎng)類似，六條邏輯主線在課標各年級內(nèi)容模塊中的比重也各不相同。在“數(shù)據(jù)與編碼”模塊中，除了數(shù)據(jù)、人工智能，以及前面提到的形式化對算法教學的鋪墊外，其余三點也應有機融入教學中。一是網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)）的生成與獲取，離不開網(wǎng)絡的發(fā)展；保護數(shù)據(jù)也需要了解如何正確使用網(wǎng)絡。數(shù)據(jù)編碼作為保持信息社會組織與秩序的科學基礎，也是網(wǎng)絡支撐信息社會與現(xiàn)實社會的前提。例如，居民身份證號碼可以將現(xiàn)實世界的人物與信息社會中的數(shù)字身份建立聯(lián)系，是實現(xiàn)數(shù)字化管理的重要前提。同時，居民身份證號碼在數(shù)字世界中的應用也極其廣泛。在不同的系統(tǒng)中，使用相同的唯一標識，我們可在不同的數(shù)據(jù)之間建立內(nèi)在聯(lián)系。比較常見的實例是線上購物平臺會在使用者購物時要求驗證其身份信息。二是信息處理。鑒于“數(shù)據(jù)就是信息”的觀點，在本教學指南中大家可以將“信息處理”理解為“數(shù)據(jù)處理”。但這里的“處理”，不是讓學生去了解操作軟件，而是了解使用數(shù)字化工具處理數(shù)據(jù)與人工處理數(shù)據(jù)的差異。例如，編者在第4課設計了比較人工錄入與數(shù)字化錄入7日氣溫數(shù)據(jù)的活動，讓學生切實體會使用數(shù)字化工具記錄數(shù)據(jù)具有整齊、清晰、便于保存與修改的優(yōu)勢。在這里，操作不是關鍵，學生對這部分的掌握程度并不影響后續(xù)教學活動的開展?！皵?shù)據(jù)與編碼”模塊的教學不宜追求操作技能的深度和廣度?？梢哉f，隨著生成式人工智能的發(fā)展，偏重操作類的工具越來越智能化，學生無須學習使用步驟，就可以通過有效交互得到答案。因此，教師在教學時應該聚焦增強學生使用數(shù)字化工具的正確認識，本著“輕操作，重理念”的原則，體現(xiàn)信息意識的培養(yǎng)。同時，編碼也是對數(shù)據(jù)（信息）的處理方式。學生通過學習知道它為表示、存儲、傳輸和處理數(shù)據(jù)，提供了一種高效、可靠、安全的方式，是數(shù)據(jù)（信息）處理中不可或缺的一部分，對于推動信息科技的發(fā)展和應用具有重要意義。三是信息安全。從三年級教學指南的設計開始，編者就非常重視邏輯主線下的內(nèi)容遷移性。如三年級講信息來源的重要性，四年級講數(shù)據(jù)來源的可靠性，其本質(zhì)都是從信息安全角度出發(fā)的設計?？紤]到社會現(xiàn)狀，關于安全設計的內(nèi)容在四年級教學指南中體現(xiàn)在多個部分。在第3課“尋找可靠數(shù)據(jù)源”中，本教學指南從獲取有公信力的數(shù)據(jù)的角度出發(fā)，闡述人們對數(shù)據(jù)安全的需求越來越迫切，開宗明義闡明了安全對數(shù)據(jù)的重要意義，并指出，為保障數(shù)據(jù)安全，很多網(wǎng)站需要使用者注冊并驗證身份后才能查詢數(shù)據(jù)。這種設計與“網(wǎng)絡”這條邏輯主線相互印證，讓學生從不同角度思考數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡使用的安全性。第5課從數(shù)據(jù)價值角度切入，強調(diào)數(shù)據(jù)基礎制度建設事關國家發(fā)展和安全大局，從而將數(shù)據(jù)安全的重要性提升到國家安全的高度，契合2020年教育部發(fā)布的《大中小學國家安全教育指導綱要》中的要求。后續(xù)單元分別從二維碼安全使用，數(shù)據(jù)安全對個人、商業(yè)、國家的影響，保護個人數(shù)據(jù)安全的方法，以及人工智能發(fā)展帶來的數(shù)據(jù)安全問題等方面做了全方位的引領，目的是讓學生從小樹立安全意識。同時，自主可控是信息安全中最重要的環(huán)節(jié)，也是最適宜放在信息科技學科中設計的內(nèi)容。四年級教學指南把自主可控與數(shù)據(jù)安全結合起來，讓學生從應用角度切實認識到自主可控的重要性。（二）開展跨學科主題學習信息科技跨學科主題學習要充分體現(xiàn)綜合性和實踐性，教師要結合學段特征，融合課標不同學段的模塊內(nèi)容，映射信息科技概念，通過真實情境化的實踐活動展開[6]。為了讓學生更有效地學習，教師在設計這部分內(nèi)容時要盡量借助學生已經(jīng)學過或接觸過的其他學科知識。例如，四年級教學指南第19課包括案例“氣象數(shù)據(jù)與國家安全”，教師可借助科學課“人類活動與環(huán)境”中“自然災害”的相關案例開展教學。學生已經(jīng)在一、二年級時有了“人類生活與自然環(huán)境相關”的認識，加上生活中經(jīng)常能看到各種自然災害的官方報道，經(jīng)過教師的進一步引導，他們便能對極端氣象災害形成一定的理性認知，以此得出氣象數(shù)據(jù)關乎國家安全的結論。此外，教師可以在四年級教學指南的建議下因地制宜，選擇適合本地學生認知的案例進行二次開發(fā)。（三）因地制宜地使用數(shù)字化工具和資源對信息科技學科而言，數(shù)字化學習與創(chuàng)新本身是核心素養(yǎng)之一，在學科育人體系中占據(jù)重要地位。因此，教師應指導學生利用數(shù)字化技術查找學習資源，運用不同的平臺或工具創(chuàng)作與表達。平臺或工具的選擇性較多，選擇哪個平臺并沒有統(tǒng)一的要求，因此，四年級