四年級“數據與編碼”教學指南設計思路解讀

摘要：四年級“數據與編碼”教學指南主要強調數據（包括大數據）在信息社會中的重要作用，闡明數據編碼讓信息得以有效利用的意義，培養學生利用信息科技解決問題的能力。本教學指南的內容體系從數據、編碼出發，圍繞數字化素養與技能的培養展開。教師在教學中既要注重緊扣數據、算法、網絡、信息處理、信息安全和人工智能六條邏輯主線，又要注重跨學科主題學習與數字化教學的落實。

關鍵詞：信息科技；教學指南；數字素養與技能；跨學科主題學習；數字化

自20世紀80年代以來，信息科技沿著以計算機為核心、以互聯網為核心、以數據為核心的發展脈絡，深刻影響著社會的經濟結構和生產方式[1]。與之相對應，數據在我國信息科技（信息技術）課程中的地位也得到不斷提升。早在教育部2003年頒布的《中小學信息技術課程指導綱要（試行）》中，數據就在初中階段以選修模塊“用計算機處理數據”的形式出現。在2016年教育部頒布的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》中，“數據與程序設計”成為“設計制作活動（信息技術）”的五大模塊之一。在初中階段，它將程序設計的思想與數據分析有效結合，讓學生了解到數據處理的社會實用性與現實意義[2]。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）不但第一次把數據與編碼并列作為四年級的課程內容，而且把數據作為六條邏輯主線之首，貫穿整個義教階段的課程設計。在這個背景下，編者編寫了《義務教育信息科技教學指南 數據與編碼 四年級全一冊》（以下簡稱“四年級教學指南”），以期更好地體現與落實課標的要求。

一、設計思路

（一）數字素養與技能的培養

四個核心素養的培養并非相互割裂，而是互相支持、互相滲透的。它們彼此不存在界限，也沒有必要人為設置界限，共同促進學生數字素養與技能的提升。因此，在課程設計過程中，我們需要將核心素養四個方面作為整體考慮，無法也無須做到在一個年級中面面俱到，而應結合課標的內容，強調各自獨具特色的側重點。

信息意識。四年級教學指南的設計緊扣課標要求，讓學生通過觀察身邊應用信息科技的典型實例，知道數據（包括大數據）是信息社會的新型生產要素。在教學過程中，教師要著重培養學生在學習和生活中獲取數據、分析數據，以及使用數據支撐自己觀點的敏感性和主動性。對于本年級的另一個重點-——編碼，教師要帶領學生認識到它在信息社會中的重要價值，讓他們初步建立唯一標識的意識。

計算思維。四年級的內容不像五年級及以后各年級那樣從算法角度培養學生的計算思維。事實上，編者也不鼓勵把算法或者程序驗證的思想安排在四年級講授。究其原因，一是課時不足，有效的教學難以開展；二是本年級的內容都來源于生活，學生只要了解信息科技應用實例背后蘊含的道理即可，不用深入理解晦澀難懂的原理。因此，編者建議從“形式化”入手培養學生的計算思維。通過編碼的唯一標識，學生能將現實世界中的人或物抽象成由數字、漢字、字母等符號構成的形式化表示，進而實現精準的數字化管理，為后續算法如何體現形式化的學習奠定基礎。同時，教師還要引導學生在感受身邊無處不在的數據時，通過獲取數據、分析數據，獲得解決問題的方案、證明自己的結論或給出自己的預測。

數字化學習與創新。教師要以學習活動的形式引導學生使用數字設備呈現收集的數據，啟發他們多角度思考，并借助思維導圖等表示數據之間的關系，以支撐自己的觀點。教師可通過設計自主實踐活動，讓學生體驗新方法、新思路給學習效率帶來的改變。對一些需要花費較多時間收集、整理數據的學習活動，教師可以以小組合作的形式開展，鍛煉學生的協作能力。

信息社會責任。信息科技一方面要強調科學屬性、技術發展。無論是信息意識，還是計算思維，或是數字化學習與rf1nlLdCeVi9FPFvwW2QrhfG949uZkKG6iA2rwybh6M=創新，它們都是從學科本質出發發展學生思維、培養學生能力的。另一方面，信息科技是伴隨信息社會發展而越來越成熟的學科，學生對其行為、決定及所要承擔的義務要有正確的認識。教師可以從學科角度出發，讓學生體驗社會中的不同編碼，進一步理解數據編碼是保持信息社會組織與秩序的科學基礎。教師要告訴學生在使用數據的過程中需遵守相關的法律法規，在學習、生活中了解常見的防護措施，有意識地保護數據。更重要的是，教師要讓學生在初步理解數據安全重要性的同時，認識到在關鍵系統中采用自主可控技術的必要性。

（二）對數據的界定

在課標中，前三個年級僅僅提及“信息”。從四年級開始，“數據”正式出現，并且和“信息”混用。從大數據的語境和數據科學的角度來看，數據不只是信息技術、工具所處理的對象，也不只是信息的載體，“數據就是信息”的觀點已經被越來越多的研究者接受[3]。因此，無論是課標，還是四年級教學指南，都沒有劃分二者的界限。教師也不宜讓學生分清二者的區別，只要根據情境選擇即可。

（三）對編碼的界定

在課標“數據與編碼”模塊中，“編碼”不僅僅指“編寫計算機代碼”，還可以理解為“按照約定進行的規范性描述”[4]。同時，教師要強調，編碼唯一性的前提是需要有邊界，以免給學生帶來理解困擾。例如，在第二單元介紹“理解公路標志牌上的編碼”時，教學指南設計了讓學生認識省道編碼怎么表達唯一性的活動，即省道由各省、自治區、直轄市自行編碼。多地均有編碼為S219的省道。為保證這個編碼的唯一性，人們通常會加上能代表所處地區的標識。只有分析清楚特定的情境，學生才能理解“數據編碼是保持信息社會組織與秩序的科學基礎”的內涵。

二、內容結構

（一）各單元設計理念

四年級教學指南共30課時，分為6個單元。表1簡單闡釋了各單元的邏輯關系。

（二）對人工智能內容的補充

課標“數據與編碼”模塊的內容要求中沒有刻意引入人工智能。但隨著生成式人工智能的面世與發展，不遠的將來，每個孩子都會擁有人工智能“發小”“閨蜜”。這類人工智能學伴將協助教師了解學生的學習生活，提供更為實時、客觀、準確的評價[5]。因此，四年級教學指南增加了關于人工智能與大數據的內容，目的是讓學生通過前面的學習，在體驗真實案例的過程中，了解大數據的“大”不僅是指數量的龐大，還指它有待人們去挖掘的巨大價值，而人工智能是挖掘其價值的一把鑰匙。例如，教師可以指導學生分析當數據由少變多時，購物、快遞、外賣等應用軟件的功能有哪些提升，從而體會數據給生活帶來的積極影響。再如，通過分析阿爾法圍棋不斷迭代更新的案例，學生可以明白在人工智能的應用中，對大數據的使用并不一定越多越好，數據的品質、算法的設計也是影響人工智能性能的重要因素。

生成式人工智能的內容在其他年級也有相應的增加，例如，三年級教學指南提及用生成式人工智能制作簡單作品。為了體現螺旋式上升的理念，教師在本單元中不但要講清楚數據與人工智能的關系，也應該提及人工智能的發展是一把雙刃劍，它既能幫助我們更好地學習與生活，也能影響我們的行為。因此，編者在四年級教學指南第六單元最后一課專門介紹了生成式人工智能在生成結果時可能出現的問題，設計了探究應對措施的活動，培養學生辨識數據真偽的意識和能力，引導他們正確認識技術應用，進而更好地融入信息社會。

三、教學建議

（一）落實六條邏輯主線

與核心素養類似，六條邏輯主線在課標各年級內容模塊中的比重也各不相同。在“數據與編碼”模塊中，除了數據、人工智能，以及前面提到的形式化對算法教學的鋪墊外，其余三點也應有機融入教學中。

一是網絡。數據（大數據）的生成與獲取，離不開網絡的發展；保護數據也需要了解如何正確使用網絡。數據編碼作為保持信息社會組織與秩序的科學基礎，也是網絡支撐信息社會與現實社會的前提。例如，居民身份證號碼可以將現實世界的人物與信息社會中的數字身份建立聯系，是實現數字化管理的重要前提。同時，居民身份證號碼在數字世界中的應用也極其廣泛。在不同的系統中，使用相同的唯一標識，我們可在不同的數據之間建立內在聯系。比較常見的實例是線上購物平臺會在使用者購物時要求驗證其身份信息。

二是信息處理。鑒于“數據就是信息”的觀點，在本教學指南中大家可以將“信息處理”理解為“數據處理”。但這里的“處理”，不是讓學生去了解操作軟件，而是了解使用數字化工具處理數據與人工處理數據的差異。例如，編者在第4課設計了比較人工錄入與數字化錄入7日氣溫數據的活動，讓學生切實體會使用數字化工具記錄數據具有整齊、清晰、便于保存與修改的優勢。在這里，操作不是關鍵，學生對這部分的掌握程度并不影響后續教學活動的開展?！皵祿c編碼”模塊的教學不宜追求操作技能的深度和廣度。可以說，隨著生成式人工智能的發展，偏重操作類的工具越來越智能化，學生無須學習使用步驟，就可以通過有效交互得到答案。因此，教師在教學時應該聚焦增強學生使用數字化工具的正確認識，本著“輕操作，重理念”的原則，體現信息意識的培養。同時，編碼也是對數據（信息）的處理方式。學生通過學習知道它為表示、存儲、傳輸和處理數據，提供了一種高效、可靠、安全的方式，是數據（信息）處理中不可或缺的一部分，對于推動信息科技的發展和應用具有重要意義。

三是信息安全。從三年級教學指南的設計開始，編者就非常重視邏輯主線下的內容遷移性。如三年級講信息來源的重要性，四年級講數據來源的可靠性，其本質都是從信息安全角度出發的設計?？紤]到社會現狀，關于安全設計的內容在四年級教學指南中體現在多個部分。在第3課“尋找可靠數據源”中，本教學指南從獲取有公信力的數據的角度出發，闡述人們對數據安全的需求越來越迫切，開宗明義闡明了安全對數據的重要意義，并指出，為保障數據安全，很多網站需要使用者注冊并驗證身份后才能查詢數據。這種設計與“網絡”這條邏輯主線相互印證，讓學生從不同角度思考數據、網絡使用的安全性。第5課從數據價值角度切入，強調數據基礎制度建設事關國家發展和安全大局，從而將數據安全的重要性提升到國家安全的高度，契合2020年教育部發布的《大中小學國家安全教育指導綱要》中的要求。后續單元分別從二維碼安全使用，數據安全對個人、商業、國家的影響，保護個人數據安全的方法，以及人工智能發展帶來的數據安全問題等方面做了全方位的引領，目的是讓學生從小樹立安全意識。同時，自主可控是信息安全中最重要的環節，也是最適宜放在信息科技學科中設計的內容。四年級教學指南把自主可控與數據安全結合起來，讓學生從應用角度切實認識到自主可控的重要性。

（二）開展跨學科主題學習

信息科技跨學科主題學習要充分體現綜合性和實踐性，教師要結合學段特征，融合課標不同學段的模塊內容，映射信息科技概念，通過真實情境化的實踐活動展開[6]。為了讓學生更有效地學習，教師在設計這部分內容時要盡量借助學生已經學過或接觸過的其他學科知識。例如，四年級教學指南第19課包括案例“氣象數據與國家安全”，教師可借助科學課“人類活動與環境”中“自然災害”的相關案例開展教學。學生已經在一、二年級時有了“人類生活與自然環境相關”的認識，加上生活中經常能看到各種自然災害的官方報道，經過教師的進一步引導，他們便能對極端氣象災害形成一定的理性認知，以此得出氣象數據關乎國家安全的結論。此外，教師可以在四年級教學指南的建議下因地制宜，選擇適合本地學生認知的案例進行二次開發。

（三）因地制宜地使用數字化工具和資源

對信息科技學科而言，數字化學習與創新本身是核心素養之一，在學科育人體系中占據重要地位。因此，教師應指導學生利用數字化技術查找學習資源，運用不同的平臺或工具創作與表達。平臺或工具的選擇性較多，選擇哪個平臺并沒有統一的要求，因此，四年級教學指南基本沒有對數字化工具提出具體要求。教師要因地制宜地帶領學生依據學習任務進行需求分析，運用合適的數字化學習資源完成學習任務、解決問題，培養學生對所學知識的綜合應用能力，更好地挖掘學生的潛能。但要注意到，為了確保教學順利開展，有些案例需要比較專業的數字化平臺或工具，為此，編者專為“數據與編碼”模塊開發了相關工具，如詞云圖生成工具，以便教師更好地開展教學。總之，在數字化教學過程中，教師要注重培養學生開放、合作、協商的精神，規范依靠數據表達觀點的行為，為他們在信息社會更好地發展打好基礎。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準：2017年版2020年修訂[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 林眾.全面提升學生信息素養：《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》“設計制作（信息技術）”主題解讀[J].人民教育，2018（Z1）：59-62.

[3][4][6]黃榮懷，熊璋.《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》解讀[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[5] 教育部信息科技課標組組長熊璋：每個孩子都將擁有自己的AI“閨蜜”“發小”[EB/OL].（2024-06-06）[2024-09-18].https：//news.k618.cn/dj/202406/t20240606_19766738.html.

（作者系人民教育出版社課程教材研究所信息科技課程教材研究開發中心主任、編審）

責任編輯：李媛