四年级“数据与编码”教学指南设计思路解读

摘要：四年级“数据与编码”教学指南主要强调数据（包括大数据）在信息社会中的重要作用，阐明数据编码让信息得以有效利用的意义，培养学生利用信息科技解决问题的能力。本教学指南的内容体系从数据、编码出发，围绕数字化素养与技能的培养展开。教师在教学中既要注重紧扣数据、算法、网络、信息处理、信息安全和人工智能六条逻辑主线，又要注重跨学科主题学习与数字化教学的落实。关键词：信息科技；教学指南；数字素养与技能；跨学科主题学习；数字化自20世纪80年代以来，信息科技沿着以计算机为核心、以互联网为核心、以数据为核心的发展脉络，深刻影响着社会的经济结构和生产方式[1]。与之相对应，数据在我国信息科技（信息技术）课程中的地位也得到不断提升。早在教育部2003年颁布的《中小学信息技术课程指导纲要（试行）》中，数据就在初中阶段以选修模块“用计算机处理数据”的形式出现。在2016年教育部颁布的《中小学综合实践活动课程指导纲要》中，“数据与程序设计”成为“设计制作活动（信息技术）”的五大模块之一。在初中阶段，它将程序设计的思想与数据分析有效结合，让学生了解到数据处理的社会实用性与现实意义[2]。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）不但第一次把数据与编码并列作为四年级的课程内容，而且把数据作为六条逻辑主线之首，贯穿整个义教阶段的课程设计。在这个背景下，编者编写了《义务教育信息科技教学指南数据与编码四年级全一册》（以下简称“四年级教学指南”），以期更好地体现与落实课标的要求。一、设计思路（一）数字素养与技能的培养四个核心素养的培养并非相互割裂，而是互相支持、互相渗透的。它们彼此不存在界限，也没有必要人为设置界限，共同促进学生数字素养与技能的提升。因此，在课程设计过程中，我们需要将核心素养四个方面作为整体考虑，无法也无须做到在一个年级中面面俱到，而应结合课标的内容，强调各自独具特色的侧重点。信息意识。四年级教学指南的设计紧扣课标要求，让学生通过观察身边应用信息科技的典型实例，知道数据（包括大数据）是信息社会的新型生产要素。在教学过程中，教师要着重培养学生在学习和生活中获取数据、分析数据，以及使用数据支撑自己观点的敏感性和主动性。对于本年级的另一个重点——编码，教师要带领学生认识到它在信息社会中的重要价值，让他们初步建立唯一标识的意识。计算思维。四年级的内容不像五年级及以后各年级那样从算法角度培养学生的计算思维。事实上，编者也不鼓励把算法或者程序验证的思想安排在四年级讲授。究其原因，一是课时不足，有效的教学难以开展；二是本年级的内容都来源于生活，学生只要了解信息科技应用实例背后蕴含的道理即可，不用深入理解晦涩难懂的原理。因此，编者建议从“形式化”入手培养学生的计算思维。通过编码的唯一标识，学生能将现实世界中的人或物抽象成由数字、汉字、字母等符号构成的形式化表示，进而实现精准的数字化管理，为后续算法如何体现形式化的学习奠定基础。同时，教师还要引导学生在感受身边无处不在的数据时，通过获取数据、分析数据，获得解决问题的方案、证明自己的结论或给出自己的预测。数字化学习与创新。教师要以学习活动的形式引导学生使用数字设备呈现收集的数据，启发他们多角度思考，并借助思维导图等表示数据之间的关系，以支撑自己的观点。教师可通过设计自主实践活动，让学生体验新方法、新思路给学习效率带来的改变。对一些需要花费较多时间收集、整理数据的学习活动，教师可以以小组合作的形式开展，锻炼学生的协作能力。信息社会责任。信息科技一方面要强调科学属性、技术发展。无论是信息意识，还是计算思维，或是数字化学习与rf1nlLdCeVi9FPFvwW2QrhfG949uZkKG6iA2rwybh6M=创新，它们都是从学科本质出发发展学生思维、培养学生能力的。另一方面，信息科技是伴随信息社会发展而越来越成熟的学科，学生对其行为、决定及所要承担的义务要有正确的认识。教师可以从学科角度出发，让学生体验社会中的不同编码，进一步理解数据编码是保持信息社会组织与秩序的科学基础。教师要告诉学生在使用数据的过程中需遵守相关的法律法规，在学习、生活中了解常见的防护措施，有意识地保护数据。更重要的是，教师要让学生在初步理解数据安全重要性的同时，认识到在关键系统中采用自主可控技术的必要性。（二）对数据的界定在课标中，前三个年级仅仅提及“信息”。从四年级开始，“数据”正式出现，并且和“信息”混用。从大数据的语境和数据科学的角度来看，数据不只是信息技术、工具所处理的对象，也不只是信息的载体，“数据就是信息”的观点已经被越来越多的研究者接受[3]。因此，无论是课标，还是四年级教学指南，都没有划分二者的界限。教师也不宜让学生分清二者的区别，只要根据情境选择即可。（三）对编码的界定在课标“数据与编码”模块中，“编码”不仅仅指“编写计算机代码”，还可以理解为“按照约定进行的规范性描述”[4]。同时，教师要强调，编码唯一性的前提是需要有边界，以免给学生带来理解困扰。例如，在第二单元介绍“理解公路标志牌上的编码”时，教学指南设计了让学生认识省道编码怎么表达唯一性的活动，即省道由各省、自治区、直辖市自行编码。多地均有编码为S219的省道。为保证这个编码的唯一性，人们通常会加上能代表所处地区的标识。只有分析清楚特定的情境，学生才能理解“数据编码是保持信息社会组织与秩序的科学基础”的内涵。二、内容结构（一）各单元设计理念四年级教学指南共30课时，分为6个单元。表1简单阐释了各单元的逻辑关系。（二）对人工智能内容的补充课标“数据与编码”模块的内容要求中没有刻意引入人工智能。但随着生成式人工智能的面世与发展，不远的将来，每个孩子都会拥有人工智能“发小”“闺蜜”。这类人工智能学伴将协助教师了解学生的学习生活，提供更为实时、客观、准确的评价[5]。因此，四年级教学指南增加了关于人工智能与大数据的内容，目的是让学生通过前面的学习，在体验真实案例的过程中，了解大数据的“大”不仅是指数量的庞大，还指它有待人们去挖掘的巨大价值，而人工智能是挖掘其价值的一把钥匙。例如，教师可以指导学生分析当数据由少变多时，购物、快递、外卖等应用软件的功能有哪些提升，从而体会数据给生活带来的积极影响。再如，通过分析阿尔法围棋不断迭代更新的案例，学生可以明白在人工智能的应用中，对大数据的使用并不一定越多越好，数据的品质、算法的设计也是影响人工智能性能的重要因素。生成式人工智能的内容在其他年级也有相应的增加，例如，三年级教学指南提及用生成式人工智能制作简单作品。为了体现螺旋式上升的理念，教师在本单元中不但要讲清楚数据与人工智能的关系，也应该提及人工智能的发展是一把双刃剑，它既能帮助我们更好地学习与生活，也能影响我们的行为。因此，编者在四年级教学指南第六单元最后一课专门介绍了生成式人工智能在生成结果时可能出现的问题，设计了探究应对措施的活动，培养学生辨识数据真伪的意识和能力，引导他们正确认识技术应用，进而更好地融入信息社会。三、教学建议（一）落实六条逻辑主线与核心素养类似，六条逻辑主线在课标各年级内容模块中的比重也各不相同。在“数据与编码”模块中，除了数据、人工智能，以及前面提到的形式化对算法教学的铺垫外，其余三点也应有机融入教学中。一是网络。数据（大数据）的生成与获取，离不开网络的发展；保护数据也需要了解如何正确使用网络。数据编码作为保持信息社会组织与秩序的科学基础，也是网络支撑信息社会与现实社会的前提。例如，居民身份证号码可以将现实世界的人物与信息社会中的数字身份建立联系，是实现数字化管理的重要前提。同时，居民身份证号码在数字世界中的应用也极其广泛。在不同的系统中，使用相同的唯一标识，我们可在不同的数据之间建立内在联系。比较常见的实例是线上购物平台会在使用者购物时要求验证其身份信息。二是信息处理。鉴于“数据就是信息”的观点，在本教学指南中大家可以将“信息处理”理解为“数据处理”。但这里的“处理”，不是让学生去了解操作软件，而是了解使用数字化工具处理数据与人工处理数据的差异。例如，编者在第4课设计了比较人工录入与数字化录入7日气温数据的活动，让学生切实体会使用数字化工具记录数据具有整齐、清晰、便于保存与修改的优势。在这里，操作不是关键，学生对这部分的掌握程度并不影响后续教学活动的开展。“数据与编码”模块的教学不宜追求操作技能的深度和广度。可以说，随着生成式人工智能的发展，偏重操作类的工具越来越智能化，学生无须学习使用步骤，就可以通过有效交互得到答案。因此，教师在教学时应该聚焦增强学生使用数字化工具的正确认识，本着“轻操作，重理念”的原则，体现信息意识的培养。同时，编码也是对数据（信息）的处理方式。学生通过学习知道它为表示、存储、传输和处理数据，提供了一种高效、可靠、安全的方式，是数据（信息）处理中不可或缺的一部分，对于推动信息科技的发展和应用具有重要意义。三是信息安全。从三年级教学指南的设计开始，编者就非常重视逻辑主线下的内容迁移性。如三年级讲信息来源的重要性，四年级讲数据来源的可靠性，其本质都是从信息安全角度出发的设计。考虑到社会现状，关于安全设计的内容在四年级教学指南中体现在多个部分。在第3课“寻找可靠数据源”中，本教学指南从获取有公信力的数据的角度出发，阐述人们对数据安全的需求越来越迫切，开宗明义阐明了安全对数据的重要意义，并指出，为保障数据安全，很多网站需要使用者注册并验证身份后才能查询数据。这种设计与“网络”这条逻辑主线相互印证，让学生从不同角度思考数据、网络使用的安全性。第5课从数据价值角度切入，强调数据基础制度建设事关国家发展和安全大局，从而将数据安全的重要性提升到国家安全的高度，契合2020年教育部发布的《大中小学国家安全教育指导纲要》中的要求。后续单元分别从二维码安全使用，数据安全对个人、商业、国家的影响，保护个人数据安全的方法，以及人工智能发展带来的数据安全问题等方面做了全方位的引领，目的是让学生从小树立安全意识。同时，自主可控是信息安全中最重要的环节，也是最适宜放在信息科技学科中设计的内容。四年级教学指南把自主可控与数据安全结合起来，让学生从应用角度切实认识到自主可控的重要性。（二）开展跨学科主题学习信息科技跨学科主题学习要充分体现综合性和实践性，教师要结合学段特征，融合课标不同学段的模块内容，映射信息科技概念，通过真实情境化的实践活动展开[6]。为了让学生更有效地学习，教师在设计这部分内容时要尽量借助学生已经学过或接触过的其他学科知识。例如，四年级教学指南第19课包括案例“气象数据与国家安全”，教师可借助科学课“人类活动与环境”中“自然灾害”的相关案例开展教学。学生已经在一、二年级时有了“人类生活与自然环境相关”的认识，加上生活中经常能看到各种自然灾害的官方报道，经过教师的进一步引导，他们便能对极端气象灾害形成一定的理性认知，以此得出气象数据关乎国家安全的结论。此外，教师可以在四年级教学指南的建议下因地制宜，选择适合本地学生认知的案例进行二次开发。（三）因地制宜地使用数字化工具和资源对信息科技学科而言，数字化学习与创新本身是核心素养之一，在学科育人体系中占据重要地位。因此，教师应指导学生利用数字化技术查找学习资源，运用不同的平台或工具创作与表达。平台或工具的选择性较多，选择哪个平台并没有统一的要求，因此，四年级