基于開源硬件教學(xué)的小學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)探究

郭蓉 江蘇省南京市姜家園小學(xué)

伴隨大數(shù)據(jù)時代的來臨，充斥著數(shù)據(jù)的環(huán)境逐步改變著每一個人的生活和思維方式，數(shù)據(jù)素養(yǎng)已成為這個時代不可或缺的基本素養(yǎng)。為了適應(yīng)快速變化的數(shù)據(jù)時代，培養(yǎng)和發(fā)展數(shù)據(jù)素養(yǎng)成為人們必須思考的問題，也成為教育工作者在教學(xué)工作中需要直面的問題。

● 數(shù)據(jù)素養(yǎng)再解讀

數(shù)據(jù)素養(yǎng)在不同領(lǐng)域中有不同的解讀，國內(nèi)教育界尚沒有提出統(tǒng)一定義，鑒于學(xué)科和學(xué)段的特征，本文所涉及的范圍是針對小學(xué)階段信息素養(yǎng)視角下的數(shù)據(jù)素養(yǎng)的研究。國內(nèi)外不同教育研究組織制訂的信息素養(yǎng)評價標(biāo)準(zhǔn)中均包含理解、獲取、分析和利用數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)能力指標(biāo)，數(shù)據(jù)素養(yǎng)被認(rèn)為是信息素養(yǎng)的重要組成部分，也被稱為數(shù)據(jù)信息素養(yǎng)。《江蘇省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要》中將涉及信息基礎(chǔ)的部分劃分為信息的識別與獲取、存儲與管理、加工與表達(dá)、發(fā)布與交流，結(jié)合數(shù)據(jù)素養(yǎng)的概念，筆者認(rèn)為，數(shù)據(jù)素養(yǎng)應(yīng)當(dāng)包含數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)運(yùn)用三個方面。

小學(xué)階段信息技術(shù)教學(xué)中培養(yǎng)信息素養(yǎng)需要把握：①信息技術(shù)的運(yùn)用應(yīng)當(dāng)滲透每一個環(huán)節(jié)，將數(shù)據(jù)與技術(shù)有機(jī)整合；②從數(shù)據(jù)素養(yǎng)的組成來看，教學(xué)中不僅要關(guān)注切入點，還應(yīng)整體統(tǒng)籌其他部分；③盡管數(shù)據(jù)素養(yǎng)是信息素養(yǎng)的重要組成部分，但其跨學(xué)科的特性也不可被忽略，其所涉及的“問題解決”范疇?wèi)?yīng)被重視。

● 小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)定

筆者針對三至六年級學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的培養(yǎng)提出以下目標(biāo)。

1.數(shù)據(jù)收集方面

①了解計算機(jī)中數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系，能讀懂?dāng)?shù)據(jù)存儲空間，保證數(shù)據(jù)存儲的安全性和后期提取的便捷性。②能夠利用電子表格進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。③能借助一定的設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

2.數(shù)據(jù)處理方面

①能夠利用電子表格實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)分析。②了解程序中批量處理數(shù)據(jù)的方法，能夠借助程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理。

3.數(shù)據(jù)運(yùn)用方面

①能夠借助電子表格實現(xiàn)數(shù)據(jù)的直觀表達(dá)，并從數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果中提煉自己的觀點。②能結(jié)合開源硬件，通過配置環(huán)境與設(shè)置參數(shù)設(shè)計并實現(xiàn)簡易的功能。

● 借助開源硬件發(fā)展小學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)

1.數(shù)據(jù)視域下的開源硬件教學(xué)

開源硬件已經(jīng)走進(jìn)全國高中新課標(biāo)，在中小學(xué)的普及率也在不斷提高，其開放性、可擴(kuò)展性、跨平臺性和兼容性的特點使其成為提升信息技術(shù)課堂教學(xué)效率的一項重要資源。在使用開源硬件的過程中，學(xué)生需要對項目進(jìn)行設(shè)計，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并選擇性地記錄收集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和運(yùn)用，促進(jìn)問題的解決。運(yùn)用開源硬件進(jìn)行項目教學(xué)不僅能讓學(xué)生完整參與問題解決的整個過程，還能讓其充分感知數(shù)據(jù)在問題解決過程中的重要性，從而進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的信息收集與處理的意識、加工與運(yùn)用的方法以及數(shù)據(jù)思維。

開源硬件涉及的數(shù)據(jù)素養(yǎng)主要體現(xiàn)在：①產(chǎn)生數(shù)據(jù)，設(shè)計和部署開源硬件環(huán)境；②收集數(shù)據(jù)，讀取與記錄數(shù)據(jù)；③分析數(shù)據(jù)，理解硬件工作原理和數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；④甄選數(shù)據(jù)，排除數(shù)據(jù)誤差；⑤運(yùn)用數(shù)據(jù)，制作數(shù)字化作品；⑥反思與改進(jìn)數(shù)據(jù)，聯(lián)系實際，提升創(chuàng)造力。

2.在開源硬件教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)

以《打地鼠游戲——搖桿與數(shù)據(jù)》為例，本課參考蘇科版《小學(xué)信息技術(shù)》五年級第17課《小貓抓魚》的內(nèi)容進(jìn)行校本化修改。本課的目標(biāo)是在運(yùn)用和了解搖桿裝置的原理和過程中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和運(yùn)用，促進(jìn)數(shù)字化作品的形成。

（1）數(shù)據(jù)收集更直接，學(xué)生態(tài)度更嚴(yán)謹(jǐn)

受限于課時和課堂時長，在信息技術(shù)作品的制作中，很多數(shù)據(jù)不是學(xué)生親自獲取的第一手?jǐn)?shù)據(jù)——作品的初始數(shù)據(jù)往往源于教師。雖然教師直接提供數(shù)據(jù)可以提升課堂作品的完成率，但學(xué)生學(xué)習(xí)的過程不再完整。沒有獲取數(shù)據(jù)的直接經(jīng)驗會大大降低學(xué)生對學(xué)習(xí)工具的認(rèn)識。數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和獲取是整個活動的起點，教師突兀地提供數(shù)據(jù)讓學(xué)生無法理性地進(jìn)入學(xué)習(xí)過程。

在本節(jié)課中，教師沒有提供搖桿的測試范圍，也沒有直接讓學(xué)生借助教師測量數(shù)據(jù)的程序呆板地讀取數(shù)據(jù)，而是借助學(xué)生之前的學(xué)習(xí)經(jīng)驗——滑桿的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，結(jié)合對搖桿外形的觀察，推測搖桿可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在這一過程中，學(xué)生借助已有經(jīng)驗預(yù)估新知，是一種有據(jù)可依的具有邏輯性的推理。在確定搖桿取值范圍可能和滑桿一樣，都是在0～1023之間后（不同型號的開源硬件表達(dá)略有不同），教師再提出搖桿的方向問題，從而延伸到X、Y軸兩個方向這一知識點。學(xué)生在有理有據(jù)的推測后通過實際操作驗證數(shù)據(jù)，完成了從數(shù)據(jù)假設(shè)到驗證數(shù)據(jù)的過程，促進(jìn)了其嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的形成。

（2）數(shù)據(jù)分析更透徹，學(xué)生理解更深層

在實際生活中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)往往不是某個精準(zhǔn)的值，而是某一個取值范圍。對于小學(xué)生而言，理解數(shù)據(jù)的有效范圍是一個難點，即使教師就這個問題進(jìn)一步解釋也不如學(xué)生直觀地觀察更有效。

本課使用的搖桿在完全靜止的狀態(tài)下也會由于變阻器的誤差產(chǎn)生電流的不穩(wěn)定或偏差，導(dǎo)致每個學(xué)生讀到的搖桿靜止值不同或只能觀察到一個變化的值。很多學(xué)生面對讀取不到準(zhǔn)確值或這個值與教師和其他學(xué)生不一樣而束手無策。教師在要求學(xué)生準(zhǔn)確記錄自己硬件設(shè)備靜止時的數(shù)據(jù)的同時，幫助學(xué)生分析為什么會出現(xiàn)這樣的誤差，引導(dǎo)學(xué)生思考如何在制作作品的過程中合理規(guī)避這種誤差。學(xué)生經(jīng)過真實的數(shù)據(jù)記錄和對比，在對數(shù)據(jù)取舍和后期運(yùn)用時會產(chǎn)生更深層次的理解。

（3）數(shù)據(jù)運(yùn)用更多樣，學(xué)生制作更主動

教材在本課的教學(xué)中給定了選用的數(shù)值，從效果來看，這一數(shù)值從兼容性和穩(wěn)定性上都比較符合最終的數(shù)字作品，但是學(xué)生并不能理解為什么要選用教材中的給定參數(shù)，對于批判性思維較強(qiáng)的學(xué)生而言，他們必然會思考是否一定要遵循教材的參數(shù)設(shè)置，是否可以嘗試自己選取的數(shù)據(jù)。

無論是對不理解教材中數(shù)據(jù)選用的學(xué)生還是對質(zhì)疑教材數(shù)據(jù)的學(xué)生而言，給予他們更多機(jī)會去測試不同數(shù)據(jù)的運(yùn)行效果都可以大大提升他們的主動性。因此，筆者在直接運(yùn)用數(shù)據(jù)之前，增加了數(shù)據(jù)再處理環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生大膽假設(shè)，預(yù)設(shè)什么樣的值比較合適，對于部分思路比較保守的學(xué)生，筆者借助數(shù)軸標(biāo)出取值范圍，并提供了幾種預(yù)設(shè)的數(shù)值，學(xué)生既可以按照自己的猜測進(jìn)行調(diào)試，也可以參考教師給出的多個數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行對比。

從學(xué)生的反饋來看，大部分學(xué)生可以根據(jù)自己測定的數(shù)值選取合適的數(shù)據(jù)范圍作為參數(shù)，并且能夠明確說出自己對數(shù)據(jù)的理解和這樣設(shè)置的理由。相比于給定數(shù)據(jù)范圍，學(xué)生對數(shù)據(jù)的敏感性大大提升，參與問題解決的主動性也大大增加。

（4）數(shù)據(jù)改進(jìn)更發(fā)散，學(xué)生創(chuàng)新更自主

數(shù)據(jù)本身并不是靜止的存在，其不斷的變化會給問題解決帶來不一樣的結(jié)果。筆者在課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對數(shù)據(jù)的調(diào)試改變都集中在量變上，淺表的數(shù)據(jù)改變帶來的僅僅是視覺上的刺激，只有真正達(dá)到質(zhì)變的數(shù)據(jù)才有利于創(chuàng)新。

在幫助學(xué)生建立對應(yīng)的角色和搖桿的關(guān)系后，筆者沒有再嘗試讓學(xué)生修改數(shù)據(jù)，而是讓學(xué)生對比兩組程序，嘗試分析這種對數(shù)據(jù)復(fù)雜加工后的效果（如上圖）。

盡管能迅速理解這種處理方式的學(xué)生并不多，但是經(jīng)過教師的分析，學(xué)生開始提出各種各樣的設(shè)想。在此基礎(chǔ)上，筆者又進(jìn)一步引導(dǎo)，本課的例子所涉及的數(shù)據(jù)并不局限于搖桿，作品規(guī)則、角色效果都可以有更多的質(zhì)變，幫助作品實現(xiàn)更多已知線索之外的效果。

數(shù)據(jù)意識和數(shù)據(jù)技能如果被歸為線型知識的話，數(shù)據(jù)思維則是一種發(fā)散型知識，這種利用數(shù)據(jù)歸納問題、預(yù)測問題再解決問題的過程，是學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的最高要求。

● 結(jié)語

數(shù)據(jù)素養(yǎng)的培養(yǎng)絕非一朝一夕能夠?qū)崿F(xiàn)，甚至還涉及跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨學(xué)段等。數(shù)據(jù)素養(yǎng)對未來生活的重要性促使教師積極思考和實踐相關(guān)內(nèi)容。希望今后小學(xué)階段的信息技術(shù)教學(xué)工作者能夠借力技術(shù)手段，整合STEM理念，繼續(xù)深化這一方面的研究。