人工智能賦能小學“數據與編碼”教學實踐研究

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A論文編號：1674—2117（2025）19-0041-03

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標\"）將數據列為六條邏輯主線之首，貫穿整個義務教育階段的課程設計，并且第一次把“數據與編碼”作為獨立模塊設為第二學段的學習內容。但目前有關“數據與編碼”模塊的教學還存在不少問題：現有教學資源中的“數據”與“編碼”內容聯系不夠緊密；以具象思維為主的小學中段學生在學習“數據”的內蘊、“數字世界的編碼”等抽象內容時，極易使課堂陷人“教師難講清、學生難理解”的困境；學生的數字素養起點差異顯著，實施有效的差異化教學和個性化指導難度極大。對教師而言，創設貼近學生生活的真實教學情境需要投入大量時間精力。而運用生成式人工智能，則有望將課堂從以“知識傳授”為主轉向注重“思維啟迪”和“創新實踐”，為破解“數據與編碼”教學困境帶來機遇。

人工智能賦能的“數據與編碼”模塊教學框架構建

本研究構建了一個以信息科技核心素養為終極目標，旨在培養小學生數字化勝任力的“一頭兩翼三級進階”教學框架模型。“一頭”，是指將信息科技核心素養作為終極目標，一切教學活動均指向課標規定的四大核心素養。“兩翼”，是指數據體系與編碼體系。左翼數據體系：數據感知、數據理解、數據處理、數據應用；右翼編碼感知、編碼理解、編碼設計、編碼創造。其核心結構如下圖所示。本教學框架將“數據”與“編碼”既視為內容，也視為兩條相輔相成的能力發展線，二者并行且相互關聯。“數據與“編碼”既相對獨立，又相互支撐，在不同學習層級中緊密關聯、交織遞進，形成螺旋式上升的知識結構。“三級進階”是指教學實施的行動路徑，是從低階到高階、從認識到應用創新的螺旋上升過程。人工智能體系：編碼技術作為體系運行的賦能引擎貫穿始終，為整個教學過程提供全程支撐，使人機協同得到充分開展。

人工智能賦能的教學實踐

1.一頭兩翼：圍繞素養目標的課程設計

（1）信息意識

通過引導學生感受、理解身邊的數據和編碼，明確數據、編碼在信息社會中的重要作用和價值；通過在日常生活中獲取數據、分析數據，并使用數據支撐觀點的內容設計，培養學生對數據的敏感性以及利用數據解決問題的主動性。

（2）計算思維

計算思維的培養體現在兩個方面：一方面是根據需要將現實世界中的人或物抽象成由數字、漢字、字母等符號構成的編碼，通過編碼的唯一標示實現精準的數字化管理，這種“形式化”表示有助于學生計算思維的發展；另一方面是設計了引導學生通過獲取數據、處理分析數據，設計解決問題方案、用數據進行表達和支撐觀點的課程內容，為小學高學段從算法角度培養學生的計算思維奠定基礎。

（3）數字化學習與創新

在利用數據解決問題的過程中，讓學生利用數字設備獲取、記錄數據，并借助表格、圖表等呈現數據，展示數據之間的關系，發現數據規律或預測趨勢，體驗數字化學習與創新給學習效率帶來的改變。

（4）信息社會責任

引導學生在使用數據的過程中，認識威脅數據安全的因素，了解常見的防護措施，且需遵守相關法律法規，有意識地保護數據，同時認識到在關鍵系統中采用自主可控技術的必要性，增強其信息社會責任感。

2.三級進階：人工智能賦能教學的實施路徑

本文構建的“數據與編碼”模塊教學框架的核心聚焦信息科技核心素養的培養，構建“感知一理解一應用”三級進階的教學實施路徑。該路徑以人工智能支持的真實項目活動為驅動，將知識學習融入解決實際問題的全過程。

（1）感知層注重學生的具身體驗

在“數據與編碼”模塊教學中部分學習活動需借助數字化工具操作，但教師應避免將操作步驟講解作為主要教學內容，建議遵循“淡化操作，重視理念”的原則，注重由知識技能訓練向素養培養的方向轉變。例如，數據錄入操作并非重點，而是要讓學生體驗數字化工具處理數據的優勢，如整齊清晰、便于保存、易于修改和分享。教師可介紹人工智能在數據錄入中的應用，如圖像識別技術、語音識別技術，幫助學生體驗其高效性和準確性。另外，在教學活動中，教師可利用掃描工具的批量掃描功能，將紙質報名表、成績記錄單快速轉化為電子文本，或利用問卷星等工具提前收集數據，直接生成結構化表格，讓學生親身體驗人工智能高效收集數據的便捷性。

（2）理解層重在意義建構

編碼作為數據處理的重要環節，應注重其在表示、存儲、傳輸和處理數據中的高效性、可靠性和安全性，避免過度講解復雜的技術原理。四年級學生的思維發展處于從“具象”向“抽象”的過渡時期，對生活中的編碼易于理解，但數字世界中的編碼相對抽象，師生可借助人工智能，生成情境動畫、虛擬交互等教學資源，通過具象化活動學習抽象概念。例如，在圖像數字化編碼教學中，教師可使用生成式人工智能生成互動教學資源，學生通過資源交互了解圖像在編碼中被轉化成一串用“0”和“1”表示的數字信號，從而直觀感受數據編碼是將信息轉化為計算機能夠識別和處理的形式的過程，進一步理解編碼在數字世界中的重要作用。對于希望探究更為復雜的字符編碼的學生，可引導其通過生成式人工智能交互提問，獲取字符編碼的基本原理，還可嘗試獲取程序代碼開展字符編碼實驗，通過程序可以看到輸入漢字的編碼過程。

（3）應用層關注問題的解決

在“數據與編碼”模塊的教學中，應用層是連接知識理解與創新應用的關鍵橋梁。其核心目標在于引導學生將感知層和理解層所獲得的知識與技能，遷移到真實的或模擬的情境中，通過設計解決方案、完成具體項目任務來解決實際問題。在這一階段，要遵循“項目驅動，素養導向”的原則，將技術工具的使用深度融入問題解決的全過程，讓學生在應用中深化對數據與編碼價值的認識，并初步體驗其賦能創新的潛力。例如，教師可以設計一個“學校運動會數據分析師”的項目，要求學生以小組形式，完成蘊含應用思維的任務——定義問題與數據需求，如討論“優化項目設置”需要哪些數據支撐，引導他們從問題出發，逆向思考數據的需求。這一過程訓練了學生將現實問題轉化為數據問題的能力。

對于學有余力的小組，教師可以引入生成式人工智能，引導學生通過自然語言提問：“分析一下哪個比賽項目和最終獲得團體總分前三名相關性最高？”生成式人工智能可以快速運行相關性分析，并給出初步結論，這樣的方式可以讓學生認識到生成式人工智能的精準分析必須建立在前期高質量的數據及編碼基礎之上。

參考文獻：

[1中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]李維明.理解編碼意義，注重教學實施——“數據與編碼”模塊的教學[J.中國信息技術教育，2025（15）.24-26.e

本文系2024年度山東省教育教學研究一般課題“初中信息科技科學素養評價模型的構建與測評研究”（課題編號：2024JXY100）階段性研究成果之一。