四年級“數(shù)據(jù)與編碼”教學(xué)指南設(shè)計思路解讀

摘要：四年級“數(shù)據(jù)與編碼”教學(xué)指南主要強(qiáng)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(xué)生利用信息科技解決問題的能力。本教學(xué)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(xué)中既要注重緊扣數(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主線，又要注重跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)與數(shù)字化教學(xué)的落實(shí)。關(guān)鍵詞：信息科技；教學(xué)指南；數(shù)字素養(yǎng)與技能；跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)；數(shù)字化自20世紀(jì)80年代以來，信息科技沿著以計算機(jī)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(luò)，深刻影響著社會的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式[1]。與之相對應(yīng)，數(shù)據(jù)在我國信息科技（信息技術(shù)）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(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要（試行）》中，數(shù)據(jù)就在初中階段以選修模塊“用計算機(jī)處理數(shù)據(jù)”的形式出現(xiàn)。在2016年教育部頒布的《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動課程指導(dǎo)綱要》中，“數(shù)據(jù)與程序設(shè)計”成為“設(shè)計制作活動（信息技術(shù)）”的五大模塊之一。在初中階段，它將程序設(shè)計的思想與數(shù)據(jù)分析有效結(jié)合，讓學(xué)生了解到數(shù)據(jù)處理的社會實(shí)用性與現(xiàn)實(shí)意義[2]?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）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(shè)計。在這個背景下，編者編寫了《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南數(shù)據(jù)與編碼四年級全一冊》（以下簡稱“四年級教學(xué)指南”），以期更好地體現(xiàn)與落實(shí)課標(biāo)的要求。一、設(shè)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(shè)置界限，共同促進(jìn)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。因此，在課程設(shè)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(yīng)結(jié)合課標(biāo)的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)各自獨(dú)具特色的側(cè)重點(diǎn)。信息意識。四年級教學(xué)指南的設(shè)計緊扣課標(biāo)要求，讓學(xué)生通過觀察身邊應(yīng)用信息科技的典型實(shí)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(xué)過程中，教師要著重培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)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(diǎn)的敏感性和主動性。對于本年級的另一個重點(diǎn)——編碼，教師要帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識到它在信息社會中的重要價值，讓他們初步建立唯一標(biāo)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(xué)生的計算思維。事實(shí)上，編者也不鼓勵把算法或者程序驗(yàn)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(xué)難以開展；二是本年級的內(nèi)容都來源于生活，學(xué)生只要了解信息科技應(yīng)用實(shí)例背后蘊(yùn)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(xué)生的計算思維。通過編碼的唯一標(biāo)識，學(xué)生能將現(xiàn)實(shí)世界中的人或物抽象成由數(shù)字、漢字、字母等符號構(gòu)成的形式化表示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的數(shù)字化管理，為后續(xù)算法如何體現(xiàn)形式化的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。同時，教師還要引導(dǎo)學(xué)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(jié)論或給出自己的預(yù)測。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。教師要以學(xué)習(xí)活動的形式引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)字設(shè)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(dǎo)圖等表示數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，以支撐自己的觀點(diǎn)。教師可通過設(shè)計自主實(shí)踐活動，讓學(xué)生體驗(yàn)新方法、新思路給學(xué)習(xí)效率帶來的改變。對一些需要花費(fèi)較多時間收集、整理數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)活動，教師可以以小組合作的形式開展，鍛煉學(xué)生的協(xié)作能力。信息社會責(zé)任。信息科技一方面要強(qiáng)調(diào)科學(xué)屬性、技術(shù)發(fā)展。無論是信息意識，還是計算思維，或是數(shù)字化學(xué)習(xí)與rf1nlLdCeVi9FPFvwW2QrhfG949uZkKG6iA2rwybh6M=創(chuàng)新，它們都是從學(xué)科本質(zhì)出發(fā)發(fā)展學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)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(xué)科，學(xué)生對其行為、決定及所要承擔(dān)的義務(wù)要有正確的認(rèn)識。教師可以從學(xué)科角度出發(fā)，讓學(xué)生體驗(yàn)社會中的不同編碼，進(jìn)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(xué)基礎(chǔ)。教師要告訴學(xué)生在使用數(shù)據(jù)的過程中需遵守相關(guān)的法律法規(guī)，在學(xué)習(xí)、生活中了解常見的防護(hù)措施，有意識地保護(hù)數(shù)據(jù)。更重要的是，教師要讓學(xué)生在初步理解數(shù)據(jù)安全重要性的同時，認(rèn)識到在關(guān)鍵系統(tǒng)中采用自主可控技術(shù)的必要性。（二）對數(shù)據(jù)的界定在課標(biāo)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(xué)的角度來看，數(shù)據(jù)不只是信息技術(shù)、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(diǎn)已經(jīng)被越來越多的研究者接受[3]。因此，無論是課標(biāo)，還是四年級教學(xué)指南，都沒有劃分二者的界限。教師也不宜讓學(xué)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(biāo)“數(shù)據(jù)與編碼”模塊中，“編碼”不僅僅指“編寫計算機(jī)代碼”，還可以理解為“按照約定進(jìn)行的規(guī)范性描述”[4]。同時，教師要強(qiáng)調(diào)，編碼唯一性的前提是需要有邊界，以免給學(xué)生帶來理解困擾。例如，在第二單元介紹“理解公路標(biāo)志牌上的編碼”時，教學(xué)指南設(shè)計了讓學(xué)生認(rèn)識省道編碼怎么表達(dá)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(biāo)識。只有分析清楚特定的情境，學(xué)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(xué)基礎(chǔ)”的內(nèi)涵。二、內(nèi)容結(jié)構(gòu)（一）各單元設(shè)計理念四年級教學(xué)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(guān)系。（二）對人工智能內(nèi)容的補(bǔ)充課標(biāo)“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(yuǎn)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(xué)伴將協(xié)助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，提供更為實(shí)時、客觀、準(zhǔn)確的評價[5]。因此，四年級教學(xué)指南增加了關(guān)于人工智能與大數(shù)據(jù)的內(nèi)容，目的是讓學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，在體驗(yàn)真實(shí)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(dǎo)學(xué)生分析當(dāng)數(shù)據(jù)由少變多時，購物、快遞、外賣等應(yīng)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(xué)生可以明白在人工智能的應(yīng)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(shè)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(yīng)的增加，例如，三年級教學(xué)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(guān)系，也應(yīng)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(xué)習(xí)與生活，也能影響我們的行為。因此，編者在四年級教學(xué)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(jié)果時可能出現(xiàn)的問題，設(shè)計了探究應(yīng)對措施的活動，培養(yǎng)學(xué)生辨識數(shù)據(jù)真?zhèn)蔚囊庾R和能力，引導(dǎo)他們正確認(rèn)識技術(shù)應(yīng)用，進(jìn)而更好地融入信息社會。三、教學(xué)建議（一）落實(shí)六條邏輯主線與核心素養(yǎng)類似，六條邏輯主線在課標(biāo)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(xué)的鋪墊外，其余三點(diǎn)也應(yīng)有機(jī)融入教學(xué)中。一是網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)）的生成與獲取，離不開網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展；保護(hù)數(shù)據(jù)也需要了解如何正確使用網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)編碼作為保持信息社會組織與秩序的科學(xué)基礎(chǔ)，也是網(wǎng)絡(luò)支撐信息社會與現(xiàn)實(shí)社會的前提。例如，居民身份證號碼可以將現(xiàn)實(shí)世界的人物與信息社會中的數(shù)字身份建立聯(lián)系，是實(shí)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(yīng)用也極其廣泛。在不同的系統(tǒng)中，使用相同的唯一標(biāo)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(shí)例是線上購物平臺會在使用者購物時要求驗(yàn)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(diǎn)，在本教學(xué)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(xué)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(shè)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(xué)生切實(shí)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(guān)鍵，學(xué)生對這部分的掌握程度并不影響后續(xù)教學(xué)活動的開展。“數(shù)據(jù)與編碼”模塊的教學(xué)不宜追求操作技能的深度和廣度。可以說，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(xué)生無須學(xué)習(xí)使用步驟，就可以通過有效交互得到答案。因此，教師在教學(xué)時應(yīng)該聚焦增強(qiáng)學(xué)生使用數(shù)字化工具的正確認(rèn)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(xué)生通過學(xué)習(xí)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(yīng)用具有重要意義。三是信息安全。從三年級教學(xué)指南的設(shè)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(shè)計。考慮到社會現(xiàn)狀，關(guān)于安全設(shè)計的內(nèi)容在四年級教學(xué)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(xué)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(yàn)證身份后才能查詢數(shù)據(jù)。這種設(shè)計與“網(wǎng)絡(luò)”這條邏輯主線相互印證，讓學(xué)生從不同角度思考數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)使用的安全性。第5課從數(shù)據(jù)價值角度切入，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)制度建設(shè)事關(guān)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(xué)國家安全教育指導(dǎo)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(hù)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(lǐng)，目的是讓學(xué)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(xué)科中設(shè)計的內(nèi)容。四年級教學(xué)指南把自主可控與數(shù)據(jù)安全結(jié)合起來，讓學(xué)生從應(yīng)用角度切實(shí)認(rèn)識到自主可控的重要性。（二）開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)要充分體現(xiàn)綜合性和實(shí)踐性，教師要結(jié)合學(xué)段特征，融合課標(biāo)不同學(xué)段的模塊內(nèi)容，映射信息科技概念，通過真實(shí)情境化的實(shí)踐活動展開[6]。為了讓學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)，教師在設(shè)計這部分內(nèi)容時要盡量借助學(xué)生已經(jīng)學(xué)過或接觸過的其他學(xué)科知識。例如，四年級教學(xué)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(xué)課“人類活動與環(huán)境”中“自然災(zāi)害”的相關(guān)案例開展教學(xué)。學(xué)生已經(jīng)在一、二年級時有了“人類生活與自然環(huán)境相關(guān)”的認(rèn)識，加上生活中經(jīng)常能看到各種自然災(zāi)害的官方報道，經(jīng)過教師的進(jìn)一步引導(dǎo)，他們便能對極端氣象災(zāi)害形成一定的理性認(rèn)知，以此得出氣象數(shù)據(jù)關(guān)乎國家安全的結(jié)論。此外，教師可以在四年級教學(xué)指南的建議下因地制宜，選擇適合本地學(xué)生認(rèn)知的案例進(jìn)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(xué)科而言，數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新本身是核心素養(yǎng)之一，在學(xué)科育人體系中占據(jù)重要地位。因此，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化技術(shù)查找學(xué)習(xí)資源，運(yùn)用不同的平臺或工具創(chuàng)作與表達(dá)。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