教學：數據科學在高中信息技術課程中的教學實施

劉晶

高中信息技術課程中有多個模塊涉及數據科學。由于選擇性必修模塊和選修模塊是必修模塊的延展與深化，以相當專業化的體系進行學生個性化的發展，在此暫不探討。下面針對數據科學在“必修1：數據與計算”和“必修2：信息系統與社會”兩個模塊展開教學梳理。

數據科學教學設計中的內容分類

針對數據科學的項目學習可以細化為多個環節來進行設計分類：數據獲取、數據存儲、數據管理……項目學習中往往涉及相關的多個環節，不同模塊中的針對性也不一樣，必修一模塊更側重數據處理，必修二模塊更側重數據管理，其他內容也相互補充，因此，教學內容應進行一定的側重選擇與處理。

數據科學的教學設計方法

1.把數據作為信息處理的基礎

數據是信息的符號表示;信息是數據的內涵，是對數據的語義解釋。數據是一切信息處理的基礎。例如，在“氣象生活指數的參考價值研究”項目中，查找氣象數據、計算氣象生活指數、調查分析感冒原因等活動要通過了解數據、信息、知識的相互關系來深化，并學會如何通過收集和分析數據作證研究結論，通過圖表可視化數據進行數據挖掘、表達信息等。

2.數據計算要注重數據的處理方式

數據處理的方式有很多，如基本的人工處理、工具化的表格處理以及采用編程的創新性處理等。例如，在“雞兔同籠問題”項目中，學生可以通過人工、表格、編程三種方式解決雞兔同籠問題的活動，了解、比較并選擇合適的數據計算方式。

人工處理過程：雞兔同籠問題的數學建模。

表格處理過程：利用成熟的應用軟件完成數據的計算。

編程處理過程：根據實際情況編寫程序實現數據的計算。

對比的標準有很多，要具體問題具體分析。人工方式成本低，電子表格方式操作方便，編程方式有針對性、計算效率高等。后兩種方式均屬于計算機處理方式，在較大的數據量、準確度要求、自動化處理等方面具有優勢。

3.數據處理需要掌握基本環節

對計算思維的培育充分體現在對數據處理過程的環節中。例如，在“班級運動隊組隊意向調查”項目中，學生通過對班級成員身高、體重指數、愛好的分析，掌握表格數據處理的基本方法和技巧，可以通過以下基本環節培育、發展計算思維。

數據的分類：能按照類別進行數據的匯總，如男生中喜歡各項運動的人數各有多少。

數據的輸入：能根據數據的特點采用快速有效的方式錄入數據，如相同的數據、等差數列數據等。

數據的排序與篩選：能根據特定條件查找數據，如全班女生的高低順序是怎樣的、全班男生的超標體重有哪些。

4.數據編碼原理需要結合實驗來探究

編碼的基本原理涉及的內容有：二進制及其轉換、ASCII碼、Unicode碼、數模轉換。

了解編碼原理，有利于深刻理解計算機處理數據的工作原理。例如，在“身邊的數據編碼”項目中，學生通過技術實驗探究證件數值、文本、圖像數據的編碼設計方法，了解數據編碼的基本原理和和方法;通過給音頻編碼和音頻技術實驗，體會數據編碼的過程。

5.數據結構與算法應通過算法推演與數據跟蹤等項目實施

零散的數據很難被有效利用，依據數據關系建立合適的數據結構才有利于操作和管理。主要涉及變量、列表、線性表、樹、圖。例如，在“網絡購物”項目中，學生通過了解訂單數據認識各種數據類型;通過推演訂單錄入模塊模擬隊列數據結構的入隊過程、模擬隊列數據結構的出隊過程;通過跟蹤快遞派送線路數據變化，認識樹結構;通過規劃最快取快遞路線認識圖結構，觀察數據的變化規律。這一系列的算法推演、數據跟蹤等策略項目，可以幫助學生了解數據的組織方法、數據間的關系以及典型數據結構特點，為利用數據做準備。

6.數據安全與信息系統安全需要結合學習

信息系統處理的是數據，數據安全是信息系統安全的根本，并已經越來越成為信息安全的核心內容，兩者需要結合學習。通過生活實例，提高對數據安全的意識與技能，對學生的信息意識、信息社會責任的培養非常重要。例如，在“神秘的密碼”項目中，學生通過測試個人密碼強度、設置安全密碼、揭密凱撒密碼等活動了解數據加密解密知識，樹立數據安全意識。又如，在“安全防護計算機系統”項目中，學生通過探討計算機病毒的危害、設置防火墻規則、設置個人信息系統安全保護等活動，掌握常用的信息系統安全技術。

7.大數據的教學側重大數據量的樣本設計

在大數據教學中，要注意大數據量的樣本設計。例如，在“智能公交”項目中，學生通過分析公交高峰期了解數據分析的常見方法，感受數據分析的一般過程;通過“我在哪里”“公交車距離我多遠”等活動體驗大數據給生活帶來的便利。

8.信息系統中的數據管理加強對數據關系的認知

理解、運用數據關系是數據庫的關鍵因素。數據庫中的多個數據表通過相同字段建立表間關系，實現數據查詢。例如，在“創建圖書管理數據庫”項目中，學生通過創建圖書借閱表，了解數據庫管理系統中的各種數據類型，通過查詢某同學借閱信息了解數據表的表間關系。

數據錄入：數據管理信息系統可以實現用戶與系統的交互，并將錄入數據寫入后臺數據庫。例如，在“圖書數據錄入”項目中，學生通過添加圖書錄入的表單元素、添加圖書錄入提示、連接圖書數據庫、插入圖書數據等活動，理解信息系統中數據訪問的過程，建立信息系統應用程序與數據庫的連接，并將用戶輸入的信息插入到數據庫中。

數據處理：數據管理信息系統可以根據功能要求進行數據的處理。例如，在“借閱圖書功能設計”項目中，學生通過用戶登錄功能設計、圖書查詢功能設計、圖書預約功能設計等活動，了解信息系統收集用戶數據，根據用戶輸入實施數據處理的過程。

數據輸出：數據管理信息系統可以根據查詢，反饋數據庫實時數據。例如，在“圖書館信息系統的數據輸出設計”項目中，學生通過制作最受歡迎的圖書排行榜、優化借閱管理系統的輸出等活動，體驗數據的分類查詢結果輸出，理解適當的數據輸出樣式對增強信息表達的重要作用。

數據作為信息技術學科的大概念，與其他大概念如算法、信息系統、信息社會密切相關。在高中信息技術課程體系中隨處可見數據的身影，教師只有掌握了更全面、深入的數據科學知識，才能在新教材的實施中得心應手。