數據蘊含價值，結構促升效率

李維明

主持人語：自2019年9月采用新課標新教材開展教學以來，北京、天津、山東、海南、遼寧等5個省（市）大多完成了必修模塊的教學，部分省（市）還進行了學業水平合格考試，取得了良好的成效。今年，教育部又組織專家對課標進行了修訂，頒布了最新版的《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020修訂）》，更加明晰了學科核心素養的內涵和內容模塊的結構，增強了教學應用的方向感。當下，新課標新教材的教學實踐已經進入到選擇性必修模塊教學的新階段，怎么選擇、怎么教學是必須面臨的重要問題。為配合即將到來的選擇性必修課程的教學，本期將開啟“普通高中信息技術新課程實施”之選擇性必修模塊的教學等系列專題的研討，以饗讀者。同時，也希望廣大信息技術教師、教研人員積極參與，獻計獻策，共同促進學科新課標新課程的順利實施、健康發展。歡迎大家不吝賜稿（358211798@qq.com）。

教育部頒布的《普通高中課程方案（2017年版2020年修訂）》（簡稱《方案》）與以往不同的是“將課程類別調整為必修課程、選擇性必修課程和選修課程，在保證共同基礎的前提下，為不同發展方向的學生提供有選擇的課程”。這里首次提出了“選擇性必修課程”的概念：“選擇性必修課程，由國家根據學生個性發展和升學考試需要設置。參加普通高等學校招生全國統一考試的學生，必須在本類課程規定范圍內選擇相關科目修習;其他學生結合興趣愛好，也必須選擇部分科目內容修習，以滿足畢業學分的要求。”而在《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020修訂）》（簡稱《標準》）中，“選擇性必修課程”分為“模塊1：數據與數據結構”“模塊2：網絡基礎”“模塊3：數據管理與分析”“模塊4：人工智能初步”“模塊5：三維設計與創意”“模塊6：開源硬件項目設計”這六個模塊。其中，“數據與數據結構”“網絡基礎”“數據管理與分析”三個模塊是為學生升學需要而設計的課程，三個模塊的內容相互并列;“人工智能初步”“三維設計與創意”“開源硬件項目設計”三個模塊是為學生個性化發展而設計的課程，學生可根據自身的發展需要進行選學。至于各高中學校怎么安排課程，學生怎么進行選擇，這是需要各地根據教學的需求、教師的配置情況以及學校的硬件基礎進行設計，盡可能地滿足學生高校升學及興趣發展的要求。

“數據與數據結構”是“選擇性必修課程”的第一個模塊，開展教學之前首先應該理清其內容結構;然后，在此基礎上思考運用什么樣的策略開展教學;再則，需要考慮如何進行教學效果的評價。

● 模塊內容結構

《標準》“選擇性必修模塊1：數據與數據結構”共包括“數據及其價值”“數據結構”及“數據結構應用”等三部分內容。其內容結構如右圖所示。

與必修學習的“數據與計算”模塊類似，在“數據與數據結構”模塊內容中，“數據”仍然是最重要的內容。對數據及其價值的認識，雖然在必修模塊中已經涉及，但對其價值的認識還可深入。例如，數據的一般定義為“對客觀事物的符號記錄”，那么它的價值體現在什么地方呢？目前的觀點是數據可作為新的原材料、新的生產資料和新的基礎設施，所以蘊含著極大的社會價值和經濟價值，這就是右圖《標準》中的1.1和1.2所表達的數據價值的內含。

在認識了數據蘊含的巨大價值之后，還需要了解數據間的相互關系，這就是“理解數據結構的概念”，了解數據結構，并“認識數據結構在解決問題過程中的重要作用”。數據結構是數據元素以及數據元素之間關系的集合，合理地應用數據結構，可以提高計算機程序的運行效率和存儲效率。由于數據類型、相互關系及存儲處理方式的多樣性，數據結構的表現形式也多種多樣，包括圖中《標準》1.5中提到的“串”“隊列”“棧”之類的“線性表”以及圖中《標準》1.4中提到的“數組”的概念和基本操作，也包括圖中《標準》1.6中提到的抽象數據的“樹”“二叉樹”的概念和基本操作等。

數據結構與數據關系密切，在問題解決層面更與算法緊密相聯，“算法+數據結構=程序”也許就是這種關聯最形象的表達。為了理解這種關系，《標準》用比較簡單的“數據的排序和查找”等應用問題的解決，讓學生“體驗迭代和遞歸的方法，理解算法與數據結構的關系”。從數據到數據結構，再到應用，本模塊內容脈絡清晰，層次分明，教學時一定要注重結構，心中有“數”。

● 模塊教學策略

《標準》“教學提示”建議：“算法與數據結構是問題求解中相輔相成、不可分割的兩個方面。”所以，教學時就要抓住“問題求解”這個關鍵，兼顧“算法”“數據結構”這兩個方面，設計程序，實現求解。

比如，人員電話號碼登記與查找的問題，如果采用自然登記的順序結構組織數據，登記時很簡單，來一個人就記錄一個人的信息，查找的算法也很簡單，從頭到尾依次查對就行。這種方法在人數較少時可行，在人數眾多的情況下，依次查對的效率就極低了。改變這種狀況的方法之一就是改變數據的結構——將順序登記的名單按姓氏分類登記，查找時也就根據姓氏分類查找，效率就會大大地提高。由此可以看出，解決實際問題時，數據結構對算法、結果都會產生較大的影響，教學中必須讓學生意識到這一點，從而認識到數據結構在問題解決中的重要地位。

至于模塊教學的具體途徑，《標準》中多次出現“通過列舉實例”“結合生活實際”“通過案例分析”等類似的表述，說明了在教學過程中運用實例、結合實際的重要性。具體來說，“在本模塊教學中，可以通過設計范例，引導學生理解數據結構、抽象數據類型等基本概念”。為此，《標準》中給出了“車庫單行車道出口受阻”的案例，讓學生了解“棧”的概念;給出了“圍棋棋盤”的實例，讓學生了解“利用二維數組描述圍棋棋盤”的方法。類似的案例在新課標教材中還有很多，其目的都是通過實例引入數據結構的概念，通過項目的學習，讓學生自己尋找需要解決的問題，設計相關的項目主題，開展項目學習，這就是本模塊教學的基本策略。

● 學業評價建議

關于選擇性必修課程的學業評價，《標準》指出：“選擇性必修中的‘數據與數據結構‘網絡基礎‘數據管理與分析是本學科學業水平等級性考試的依據。學生修完這三個模塊后，可參加高中信息技術學業水平等級性考試。”這里要求的是“修完這三個模塊”，才可以參加學業水平等級性考試。那么，在修習了第一個模塊“數據與數據結構”之后，還不具備參加學業水平等級性考試的條件。這時也有必要進行一次檢測，也就是進行一次單元（模塊）測試，便于總結梳理，發現問題，夯實學業，提升素養。

《標準》要求：“學業水平等級性考試主要用于學生升學，即為高校入學提供依據。學業水平等級性考試應具有較高的信度、效度，必要的區分度和適當的難度。學業水平等級性考試在考查知識與技能的同時，還要注重考查能力，把對能力的考核放在首要位置。”如何考查能力？可通過學生對真實情境的問題解決的項目活動來進行考查。項目情境要來源于學生的學習和生活，要從問題解決的過程與方法層面設計評價方案。信息技術在社會生活中的應用非常廣泛，情境的設計與選擇一方面要盡可能符合本學科的學業要求，另一方面也要拓寬思路，在社會、人文、科學等領域選擇具有一定開放性和復雜性的情境來進行考核。

至于考核的形式，“盡量采用能測試學生問題解決和實踐能力的形式，如紙筆測試與上機測試相結合的方式”。正如之前在必修課程教學策略中討論的一樣，紙筆考試和上機測試各有優劣，二者結合可以相得益彰。無論選用什么形式，修習完“數據與數據結構”模塊后，其單元測試都應該按照《標準》中“學業水平等級考試”的要求來設計實施，以便衡量是否完成模塊內容學習、達到相應的學業質量標準，是否可以取得本模塊修習的2個學分等。

“數據與數據結構”模塊的教學，是選擇性必修整個教學活動的開端，每位信息技術教師、教研工作者一定要高度重視。在教學前要科學地制訂教學計劃，確定教學策略，確立教學方向;教學中要根據實際情況，智慧地調整教學內容，以幫助學生完成修習目標，提升核心素養;模塊教學完成后，還須合理設計檢測方式和檢測內容，以評估教學目標達成情況，為進一步教學奠定基礎。只要重視教學的每一個環節，大家的努力一定能獲得豐厚的回報。