中小學數據素養教育研究和實踐現狀述評

張艷南

(北京郵電大學網絡教育學院，北京，100876)

一、引言

隨著互聯網的迅速發展以及各種智能設備的普及，數據成為可被記錄和分析的對象，快速產生的海量數據使我們進入大數據時代。大數據時代意味著更多數據可以被利用，被創造出更大的價值，讓身處其中的人更加深刻地體會到大數據帶來的便利。在大數據剛出現時，美國政府就宣布啟動“大數據研究和開發計劃”，把大數據視為“未來的新石油”[1]。2015年，我國在《促進大數據發展行動綱要》中提出“用數據說話，用數據決策，用數據管理，用數據創新”的決策管理機制[2]，從中我們可以看出，數據對一個國家發展的重要性，對社會、企業和個人發展的必要性。

數據素養教育最早可以追溯到美國國家科學基金會資助的“使用數據項目”，該項目主要目的是幫助教師利用數據改進學科教學。[3]隨后，數據素養教育逐漸被關注，早期的研究主要集中在圖書館領域，用于培養館員和科研人員的數據素養，后來擴展到教師和大學生群體，但很少涉及中小學教育。Bowler等人認為，目前學生可能無法分辨出數據是否被濫用，他們對數據的理解相當有限，而產生這種現象的主要原因是早期教育缺乏對學生進行數據素養的培養。[4]由此可以看出，在中小學開展數據素養教育非常有必要。

二、文獻研究

本研究采用文獻分析法對學生數據素養相關文獻進行整理和統計。首先，筆者在中國知網(CNKI)上以“數據素養”“數據素養教育 ”和“學生數據素養”為關鍵詞對國內核心期刊和 CSSCI 中的文獻進行檢索，截至2021年3月底，得到153篇相關文獻。這些文獻大多數是針對圖書館、檔案學等專業的研究，主要研究數據素養的概念、現狀、評價和模型等理論內容。其中，關于數據素養教育研究的文獻多聚焦于分析國外數據素養教育的實踐、策略、途徑等。筆者通過查閱中國知網的文獻內容發現在教育領域中研究數據素養的文獻較少，共有35篇。且研究教師數據素養的文獻占大多數(17篇，占49%)，其次是大學生數據素養教育(16篇，占46%)，中小學數據素養教育的研究和實踐(2篇，占6%)涉及較少。

筆者在國外文獻數據庫(谷歌學術、ERIC和SSCI檢索庫等)中，以“data literacy”“data capability”“data-based education”“student’s data literacy” 為關鍵詞，以“滾雪球”的方式檢索出35篇相關文獻。

筆者對檢索到的35篇文獻進行分析，發現國外中小學數據素養教育的研究主要分為理論研究和實踐研究兩方面。學生數據素養的理論研究(7篇，占比 20%)主要包括學生數據素養的定義、作用、現狀，以及學生數據素養的構成、培養理念等內容。例如，Schultheis等人討論了科學教育中進行數據交互的重要性，提出用構建策略改進課堂中的數據交互。[5]學生數據素養的實踐研究(28篇，占比80%)主要探究不同教學方法或方式對培養學生數據素養的影響，以及如何優化學生數據素養的教學策略等問題。例如，Vahey等人通過設計跨學科的數據思維項目來證明該方法有潛力提高學生的數據素養。[6]

通過分析文獻可知，有關中小學數據素養教育的研究國外已經有了較多的研究成果，也開展了各種實踐活動。與之相比，我國關于中小學數據素養教育的研究尚處于起步階段。鑒于此，本文將主要關注國外中小學數據素養教育的研究，針對國外學生數據素養教育的內容進行詳細討論，分析和總結學生數據素養的定義和內容、實踐研究和典型案例，為后期我國開展相應研究提供參考依據。

三、學生數據素養的概念和內容

(一)學生數據素養

目前，學界關于數據素養的概念還未形成統一的界定。國外學者對于學生數據素養的定義主要從能力和賦權兩方面進行闡述。[7]從能力方面來看，最早可以追溯到2004年，Schield認為，學生的數據素養包括訪問、評估、操作、總結和呈現數據的能力。[8]Mandinach等人認為，數據素養是多方面綜合的結果，既包括使用數據技巧，也包括發現問題和解釋數據的能力。[9]從數據素養的定義來看，大多數學者認為具有數據素養的人能夠使用數據解決數據問題。從賦權方面來看，部分學者將數據素養定義為通過數據參與社會活動的愿望和能力。[10]而我國學者討論數據素養的定義通常從層次水平入手。黃如花、孟祥保等人認為，數據素養包括數據意識、數據能力和數據倫理三個方面。[11-12]

從上述關于數據素養的定義，結合中小學學生的能力和特點，筆者認為學生數據素養是一種基于多個方面知識綜合運用數據的能力。它既包括學生利用數據知識解決實際問題的能力，也包括通過數據發現問題從而增強自身數據意識和數據倫理的能力。

(二)學生數據素養教育的內容

明確數據素養教育的內容和目標是培養學生數據素養的前提。短期來看，學生數據素養的培養有利于學生解決實際生活中的問題，提高學生利用數據分辨是非的能力。長期來看，學生數據素養的培養有利于提高學生的核心素養、批判思維和創造力，是學生應對未來挑戰的重要能力之一。關于學生數據素養的內容，不少學者提出了自己的見解。Prado等人提出，數據素養的內容主要包括理解數據，查找或獲取數據，閱讀、解釋和評估數據，管理數據以及使用數據。[13]澳大利亞統計局將數據素養的內容歸納為四方面能力，分別為發掘和運用數據的能力，理解數據概念的能力，分析、解釋和評估數據的能力，利用數據溝通交流的能力。[14]賈璞等人認為，中學生數據素養的內容由知識、技能、思維、態度和倫理等要素組成，并將這些要素整合為數據知識、數據技能和數據思維三大維度，提出從這三大維度來培養中學生的數據素養。[15]

根據以上文獻研究及課程的實踐，筆者將學生數據素養教育的內容劃分為數據知識、數據獲取、數據整理、數據分析、數據可視化和數據使用六個維度，具體內容如表1所示。

表1 學生數據素養教育維度和具體內容

四、國外學生數據素養教學和研究實踐情況

通過梳理學生數據素養教育應用的研究，筆者發現國外數據素養教育應用研究主要聚焦于數據素養培養策略和數據素養教育的教學模式兩個方面。

(一)數據素養培養策略研究

數據素養培養策略主要以提高學生的數據素養，促使學生達成教學目標為目的。國外不同的學者在制訂培養策略方面有所不同，具體的培養策略如表2所示。這些培養策略的制訂主要側重三個層面：教學方法層面、工具運用層面和關注數據層面。在教學方法層面，通過項目學習或是以問題為主導的方式培養學生的數據素養。項目學習的方式可以讓學生體驗獲取數據、整理數據和分析數據的全過程。而以問題為主導的方式可以讓教師能夠利用問題提高學生的興趣，在使用數據解決問題時能夠讓學生更加深入地體驗數據的作用并加以使用。在工具運用層面，部分學者在培養學生數據素養時運用了Scratch Community Blocks系統、Fitbit活動跟蹤器等工具。教師利用Scratch Community Blocks系統進行項目演示時，學生可以通過教師展示的一系列案例參與到利用數據的環節中。[16]在關注數據層面，數據的選擇很重要，多位學者表示利用真實的數據更能吸引學生的興趣。教師在開展數據素養教育時需要根據學生的學段進行真實數據的選擇。

表2 國外數據素養培養策略分析

(二)數據素養的教學模式研究

為了培養學生的數據素養，國外不少學者結合不同學段的學生開展了數據素養教育教學模式的探索，構建了一些面向數據素養培養的教學模式。例如，Swan改進了“基于PBL(Problem-Based Learning)學習”的教學模式，提出適合學生數據素養培養的“基于PFL(Preparation for Future Learning)學習”教學模式。[17]“基于PFL學習”又稱“為未來學習做準備”教學模式。該教學模式認為，在教學學習開始前，探索一些特定的問題有利于后續知識的學習。Wolff和Stornaiuolo利用真實的數據解決實際的問題，這種真實性學習實際模式也是數據素養常見的培養模式。[18，21]Dasgupta利用Scratch Community Blocks系統使學生能夠以編程的方式來訪問、分析和可視化相關的Scratch數據。[19]這種基于原創系統的數據素養教學模式也為數據素養教育提供了一種新的教學形式。

五、國外學生數據素養教育的典型實踐案例

(一)數據思維項目

數據思維項目是由肯特州立大學教育技術研究中心與FSRI組織 (Formerly Stanford Research Institute)合作，在美國國家科學基金會資助下開展的為期兩年的通過跨學科的方式培養數據素養的項目。[17]研究團隊將數據思維項目開發成四個模塊的內容，并運用“基于PFL學習”教學模式將數據素養融入多種學科。該項目在俄亥俄州兩所學校進行準實驗研究，針對七年級學生開展了持續2周的關于世界水主題的課程探究，分別為四個模塊配備不同的教師進行實踐。在世界水主題探究活動中，教師在社會單元模塊介紹了底格里斯河和幼發拉底河流域存在的問題，提供了世界水的相關數據，啟發學生思考底格里斯河和幼發拉底河流域是否存在水資源分配不公平的問題。在數學單元模塊，教師講授了從簡單問題到復雜問題的比例推理內容，讓學生學會用簡易的符號解釋和展示推理過程，從而證明提出的假設。在科學單元模塊，教師讓學生利用數據論證觀點，尋求解決方案，從而解決底格里斯河和幼發拉底河流域存在的問題。在語言藝術模塊，教師讓學生闡述問題解決的結果。項目實施結果證明，“基于PFL學習”教學模式融入多種學科進行數據素養培養的有效性。

(二)City Digits項目

City Digits項目是紐約市立大學布魯克林學院和麻省理工學院公民數據設計實驗室合作開發的綜合課程資源和網絡工具項目，該項目用來支持高中生的數學學習。[10]開發者們在City Digits項目中設計的課程主題與社會正義有關。Local Lotto是其中的一個模塊，該模塊設計的目的是利用彩票調查培養學生的數據素養。該模塊主要使用交互式網絡工具指導學生在真實的世界里進行數據收集、組織和可視化操作，通過定量和定性調查相結合的方法，對彩票情況進行更細致的分析。交互式地圖工具的使用有助于揭示地理和社會問題之間的關系。City Digits項目的實踐不僅為數據素養的培養提供了一個新的視角，而且將數據與社會問題緊密地聯系起來，為學生提供了一個參與和解決社會問題的途徑。

六、評述

本研究通過分析國外學生數據素養教育的現狀，得出學生數據素養的定義及培養的內容，在討論學生數據素養教育的教學策略和模式的基礎上，介紹了數據思維項目和City Digits項目的典型實踐案例。在此過程中，筆者發現當前國外在培養學生數據素養方面還存在著諸多不足，針對問題提出了如下建議，以期給相關研究者提供一些參考和借鑒。

(一)存在的問題

1.數據素養教育知識體系不完善

本研究對國外學生數據素養教育進行分析和總結發現，大多數數據素養教育都與基礎課程相結合，沒有構建獨立的知識體系，難以開設獨立的課程，導致數據素養教育處于碎片化狀態，無法有效地進行特定的培養。

2.培養數據素養的學習工具不足

有的學者運用一些創新的學習工具實施課程，培養學生的數據素養，有的學者利用傳統的Excel軟件對學生進行數據素養的培養。數據素養教育隨著時代變化而不斷更新，傳統的學習工具漸漸不能滿足現代數據素養培養需求，但創新的學習工具可以提高學生學習興趣，而且可以使學生接觸到更多的先進技術，滿足現代數據素養培養需要，因此，數據素養培養工具的更新與創新也是未來研究的一個方向。

3.缺乏評價數據素養教育的工具

由上述分析可知，前人的研究較少涉及數據素養和數據素養教育方面的評價研究。學生的數據素養是否有所提升需要相應的工具進行衡量，同時數據素養教育的質量也需要有相應的工具進行評判。

(二)建議

第一，構建和完善數據素養教育的知識體系。培養學生的數據素養需要結合學生的特點，分段構建相應的知識體系。構建和完善數據素養教育的知識體系是培養數據素養較為關鍵的一步，也是基礎的一步。

第二，創新可培養學生數據素養的學習工具。具備數據素養是新時代對每一個公民的新要求，教師在培養學生數據素養時需要適應時代發展，不斷更新學習工具。因此，如何創新可培養學生數據素養的學習工具是研究數據素養教育的一個重要課題。

第三，完善數據素養的評價體系。建立和完善數據素養評價體系是判斷學生數據素養培養效果的必要條件，學生數據素養評價工具的創建需要國內外諸多學者的共同努力。

七、結語

本研究通過文獻研究和案例分析，總結了學生數據素養的概念、內容、教學和實踐情況等，介紹了學生數據素養教育的典型案例，發現了培養學生數據素養現存的問題。目前，學生數據素養教育已引起國內外學者的關注，但其發展還處于初級階段，后期還需要加強學生數據素養的理論和實踐研究，需要創新教學模式和學習工具、建立相應的評價體系以促進學生數據素養的培養。