基于開源硬件教學的小學生數據素養培養探究

郭蓉 江蘇省南京市姜家園小學

伴隨大數據時代的來臨，充斥著數據的環境逐步改變著每一個人的生活和思維方式，數據素養已成為這個時代不可或缺的基本素養。為了適應快速變化的數據時代，培養和發展數據素養成為人們必須思考的問題，也成為教育工作者在教學工作中需要直面的問題。

● 數據素養再解讀

數據素養在不同領域中有不同的解讀，國內教育界尚沒有提出統一定義，鑒于學科和學段的特征，本文所涉及的范圍是針對小學階段信息素養視角下的數據素養的研究。國內外不同教育研究組織制訂的信息素養評價標準中均包含理解、獲取、分析和利用數據等數據能力指標，數據素養被認為是信息素養的重要組成部分，也被稱為數據信息素養。《江蘇省義務教育信息技術課程綱要》中將涉及信息基礎的部分劃分為信息的識別與獲取、存儲與管理、加工與表達、發布與交流，結合數據素養的概念，筆者認為，數據素養應當包含數據收集、數據處理以及數據運用三個方面。

小學階段信息技術教學中培養信息素養需要把握：①信息技術的運用應當滲透每一個環節，將數據與技術有機整合；②從數據素養的組成來看，教學中不僅要關注切入點，還應整體統籌其他部分；③盡管數據素養是信息素養的重要組成部分，但其跨學科的特性也不可被忽略，其所涉及的“問題解決”范疇應被重視。

● 小學信息技術學科學生數據素養培養目標設定

筆者針對三至六年級學生數據素養的培養提出以下目標。

1.數據收集方面

①了解計算機中數據與信息的關系，能讀懂數據存儲空間，保證數據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行數據統計。③能借助一定的設備實現數據的監測。

2.數據處理方面

①能夠利用電子表格實現簡單的數據分析。②了解程序中批量處理數據的方法，能夠借助程序對數據進行一定的處理。

3.數據運用方面

①能夠借助電子表格實現數據的直觀表達，并從數據統計結果中提煉自己的觀點。②能結合開源硬件，通過配置環境與設置參數設計并實現簡易的功能。

● 借助開源硬件發展小學生的數據素養

1.數據視域下的開源硬件教學

開源硬件已經走進全國高中新課標，在中小學的普及率也在不斷提高，其開放性、可擴展性、跨平臺性和兼容性的特點使其成為提升信息技術課堂教學效率的一項重要資源。在使用開源硬件的過程中，學生需要對項目進行設計，從而產生數據，并選擇性地記錄收集數據，對數據進行加工和運用，促進問題的解決。運用開源硬件進行項目教學不僅能讓學生完整參與問題解決的整個過程，還能讓其充分感知數據在問題解決過程中的重要性，從而進一步鍛煉學生的信息收集與處理的意識、加工與運用的方法以及數據思維。

開源硬件涉及的數據素養主要體現在：①產生數據，設計和部署開源硬件環境；②收集數據，讀取與記錄數據；③分析數據，理解硬件工作原理和數據間的轉換關系；④甄選數據，排除數據誤差；⑤運用數據，制作數字化作品；⑥反思與改進數據，聯系實際，提升創造力。

2.在開源硬件教學中培養學生的數據素養

以《打地鼠游戲——搖桿與數據》為例，本課參考蘇科版《小學信息技術》五年級第17課《小貓抓魚》的內容進行校本化修改。本課的目標是在運用和了解搖桿裝置的原理和過程中，對數據進行采集、分析和運用，促進數字化作品的形成。

（1）數據收集更直接，學生態度更嚴謹

受限于課時和課堂時長，在信息技術作品的制作中，很多數據不是學生親自獲取的第一手數據——作品的初始數據往往源于教師。雖然教師直接提供數據可以提升課堂作品的完成率，但學生學習的過程不再完整。沒有獲取數據的直接經驗會大大降低學生對學習工具的認識。數據的產生和獲取是整個活動的起點，教師突兀地提供數據讓學生無法理性地進入學習過程。

在本節課中，教師沒有提供搖桿的測試范圍，也沒有直接讓學生借助教師測量數據的程序呆板地讀取數據，而是借助學生之前的學習經驗——滑桿的學習基礎，結合對搖桿外形的觀察，推測搖桿可能產生的數據。在這一過程中，學生借助已有經驗預估新知，是一種有據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。學生在有理有據的推測后通過實際操作驗證數據，完成了從數據假設到驗證數據的過程，促進了其嚴謹態度的形成。

（2）數據分析更透徹，學生理解更深層

在實際生活中產生的數據往往不是某個精準的值，而是某一個取值范圍。對于小學生而言，理解數據的有效范圍是一個難點，即使教師就這個問題進一步解釋也不如學生直觀地觀察更有效。

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

（3）數據運用更多樣，學生制作更主動

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

無論是對不理解教材中數據選用的學生還是對質疑教材數據的學生而言，給予他們更多機會去測試不同數據的運行效果都可以大大提升他們的主動性。因此，筆者在直接運用數據之前，增加了數據再處理環節，鼓勵學生大膽假設，預設什么樣的值比較合適，對于部分思路比較保守的學生，筆者借助數軸標出取值范圍，并提供了幾種預設的數值，學生既可以按照自己的猜測進行調試，也可以參考教師給出的多個數據范圍進行對比。

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

（4）數據改進更發散，學生創新更自主

數據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果。筆者在課堂教學中發現學生對數據的調試改變都集中在量變上，淺表的數據改變帶來的僅僅是視覺上的刺激，只有真正達到質變的數據才有利于創新。

在幫助學生建立對應的角色和搖桿的關系后，筆者沒有再嘗試讓學生修改數據，而是讓學生對比兩組程序，嘗試分析這種對數據復雜加工后的效果（如上圖）。

盡管能迅速理解這種處理方式的學生并不多，但是經過教師的分析，學生開始提出各種各樣的設想。在此基礎上，筆者又進一步引導，本課的例子所涉及的數據并不局限于搖桿，作品規則、角色效果都可以有更多的質變，幫助作品實現更多已知線索之外的效果。

數據意識和數據技能如果被歸為線型知識的話，數據思維則是一種發散型知識，這種利用數據歸納問題、預測問題再解決問題的過程，是學生數據素養的最高要求。

● 結語

數據素養的培養絕非一朝一夕能夠實現，甚至還涉及跨學科、跨領域、跨學段等。數據素養對未來生活的重要性促使教師積極思考和實踐相關內容。希望今后小學階段的信息技術教學工作者能夠借力技術手段，整合STEM理念，繼續深化這一方面的研究。