中小学数据素养教育研究和实践现状述评

张艳南

(北京邮电大学网络教育学院，北京，100876)

一、引言

随着互联网的迅速发展以及各种智能设备的普及，数据成为可被记录和分析的对象，快速产生的海量数据使我们进入大数据时代。大数据时代意味着更多数据可以被利用，被创造出更大的价值，让身处其中的人更加深刻地体会到大数据带来的便利。在大数据刚出现时，美国政府就宣布启动“大数据研究和开发计划”，把大数据视为“未来的新石油”[1]。2015年，我国在《促进大数据发展行动纲要》中提出“用数据说话，用数据决策，用数据管理，用数据创新”的决策管理机制[2]，从中我们可以看出，数据对一个国家发展的重要性，对社会、企业和个人发展的必要性。

数据素养教育最早可以追溯到美国国家科学基金会资助的“使用数据项目”，该项目主要目的是帮助教师利用数据改进学科教学。[3]随后，数据素养教育逐渐被关注，早期的研究主要集中在图书馆领域，用于培养馆员和科研人员的数据素养，后来扩展到教师和大学生群体，但很少涉及中小学教育。Bowler等人认为，目前学生可能无法分辨出数据是否被滥用，他们对数据的理解相当有限，而产生这种现象的主要原因是早期教育缺乏对学生进行数据素养的培养。[4]由此可以看出，在中小学开展数据素养教育非常有必要。

二、文献研究

本研究采用文献分析法对学生数据素养相关文献进行整理和统计。首先，笔者在中国知网(CNKI)上以“数据素养”“数据素养教育 ”和“学生数据素养”为关键词对国内核心期刊和 CSSCI 中的文献进行检索，截至2021年3月底，得到153篇相关文献。这些文献大多数是针对图书馆、档案学等专业的研究，主要研究数据素养的概念、现状、评价和模型等理论内容。其中，关于数据素养教育研究的文献多聚焦于分析国外数据素养教育的实践、策略、途径等。笔者通过查阅中国知网的文献内容发现在教育领域中研究数据素养的文献较少，共有35篇。且研究教师数据素养的文献占大多数(17篇，占49%)，其次是大学生数据素养教育(16篇，占46%)，中小学数据素养教育的研究和实践(2篇，占6%)涉及较少。

笔者在国外文献数据库(谷歌学术、ERIC和SSCI检索库等)中，以“data literacy”“data capability”“data-based education”“student’s data literacy” 为关键词，以“滚雪球”的方式检索出35篇相关文献。

笔者对检索到的35篇文献进行分析，发现国外中小学数据素养教育的研究主要分为理论研究和实践研究两方面。学生数据素养的理论研究(7篇，占比 20%)主要包括学生数据素养的定义、作用、现状，以及学生数据素养的构成、培养理念等内容。例如，Schultheis等人讨论了科学教育中进行数据交互的重要性，提出用构建策略改进课堂中的数据交互。[5]学生数据素养的实践研究(28篇，占比80%)主要探究不同教学方法或方式对培养学生数据素养的影响，以及如何优化学生数据素养的教学策略等问题。例如，Vahey等人通过设计跨学科的数据思维项目来证明该方法有潜力提高学生的数据素养。[6]

通过分析文献可知，有关中小学数据素养教育的研究国外已经有了较多的研究成果，也开展了各种实践活动。与之相比，我国关于中小学数据素养教育的研究尚处于起步阶段。鉴于此，本文将主要关注国外中小学数据素养教育的研究，针对国外学生数据素养教育的内容进行详细讨论，分析和总结学生数据素养的定义和内容、实践研究和典型案例，为后期我国开展相应研究提供参考依据。

三、学生数据素养的概念和内容

(一)学生数据素养

目前，学界关于数据素养的概念还未形成统一的界定。国外学者对于学生数据素养的定义主要从能力和赋权两方面进行阐述。[7]从能力方面来看，最早可以追溯到2004年，Schield认为，学生的数据素养包括访问、评估、操作、总结和呈现数据的能力。[8]Mandinach等人认为，数据素养是多方面综合的结果，既包括使用数据技巧，也包括发现问题和解释数据的能力。[9]从数据素养的定义来看，大多数学者认为具有数据素养的人能够使用数据解决数据问题。从赋权方面来看，部分学者将数据素养定义为通过数据参与社会活动的愿望和能力。[10]而我国学者讨论数据素养的定义通常从层次水平入手。黄如花、孟祥保等人认为，数据素养包括数据意识、数据能力和数据伦理三个方面。[11-12]

从上述关于数据素养的定义，结合中小学学生的能力和特点，笔者认为学生数据素养是一种基于多个方面知识综合运用数据的能力。它既包括学生利用数据知识解决实际问题的能力，也包括通过数据发现问题从而增强自身数据意识和数据伦理的能力。

(二)学生数据素养教育的内容

明确数据素养教育的内容和目标是培养学生数据素养的前提。短期来看，学生数据素养的培养有利于学生解决实际生活中的问题，提高学生利用数据分辨是非的能力。长期来看，学生数据素养的培养有利于提高学生的核心素养、批判思维和创造力，是学生应对未来挑战的重要能力之一。关于学生数据素养的内容，不少学者提出了自己的见解。Prado等人提出，数据素养的内容主要包括理解数据，查找或获取数据，阅读、解释和评估数据，管理数据以及使用数据。[13]澳大利亚统计局将数据素养的内容归纳为四方面能力，分别为发掘和运用数据的能力，理解数据概念的能力，分析、解释和评估数据的能力，利用数据沟通交流的能力。[14]贾璞等人认为，中学生数据素养的内容由知识、技能、思维、态度和伦理等要素组成，并将这些要素整合为数据知识、数据技能和数据思维三大维度，提出从这三大维度来培养中学生的数据素养。[15]

根据以上文献研究及课程的实践，笔者将学生数据素养教育的内容划分为数据知识、数据获取、数据整理、数据分析、数据可视化和数据使用六个维度，具体内容如表1所示。

表1 学生数据素养教育维度和具体内容

四、国外学生数据素养教学和研究实践情况

通过梳理学生数据素养教育应用的研究，笔者发现国外数据素养教育应用研究主要聚焦于数据素养培养策略和数据素养教育的教学模式两个方面。

(一)数据素养培养策略研究

数据素养培养策略主要以提高学生的数据素养，促使学生达成教学目标为目的。国外不同的学者在制订培养策略方面有所不同，具体的培养策略如表2所示。这些培养策略的制订主要侧重三个层面：教学方法层面、工具运用层面和关注数据层面。在教学方法层面，通过项目学习或是以问题为主导的方式培养学生的数据素养。项目学习的方式可以让学生体验获取数据、整理数据和分析数据的全过程。而以问题为主导的方式可以让教师能够利用问题提高学生的兴趣，在使用数据解决问题时能够让学生更加深入地体验数据的作用并加以使用。在工具运用层面，部分学者在培养学生数据素养时运用了Scratch Community Blocks系统、Fitbit活动跟踪器等工具。教师利用Scratch Community Blocks系统进行项目演示时，学生可以通过教师展示的一系列案例参与到利用数据的环节中。[16]在关注数据层面，数据的选择很重要，多位学者表示利用真实的数据更能吸引学生的兴趣。教师在开展数据素养教育时需要根据学生的学段进行真实数据的选择。

表2 国外数据素养培养策略分析

(二)数据素养的教学模式研究

为了培养学生的数据素养，国外不少学者结合不同学段的学生开展了数据素养教育教学模式的探索，构建了一些面向数据素养培养的教学模式。例如，Swan改进了“基于PBL(Problem-Based Learning)学习”的教学模式，提出适合学生数据素养培养的“基于PFL(Preparation for Future Learning)学习”教学模式。[17]“基于PFL学习”又称“为未来学习做准备”教学模式。该教学模式认为，在教学学习开始前，探索一些特定的问题有利于后续知识的学习。Wolff和Stornaiuolo利用真实的数据解决实际的问题，这种真实性学习实际模式也是数据素养常见的培养模式。[18，21]Dasgupta利用Scratch Community Blocks系统使学生能够以编程的方式来访问、分析和可视化相关的Scratch数据。[19]这种基于原创系统的数据素养教学模式也为数据素养教育提供了一种新的教学形式。

五、国外学生数据素养教育的典型实践案例

(一)数据思维项目

数据思维项目是由肯特州立大学教育技术研究中心与FSRI组织 (Formerly Stanford Research Institute)合作，在美国国家科学基金会资助下开展的为期两年的通过跨学科的方式培养数据素养的项目。[17]研究团队将数据思维项目开发成四个模块的内容，并运用“基于PFL学习”教学模式将数据素养融入多种学科。该项目在俄亥俄州两所学校进行准实验研究，针对七年级学生开展了持续2周的关于世界水主题的课程探究，分别为四个模块配备不同的教师进行实践。在世界水主题探究活动中，教师在社会单元模块介绍了底格里斯河和幼发拉底河流域存在的问题，提供了世界水的相关数据，启发学生思考底格里斯河和幼发拉底河流域是否存在水资源分配不公平的问题。在数学单元模块，教师讲授了从简单问题到复杂问题的比例推理内容，让学生学会用简易的符号解释和展示推理过程，从而证明提出的假设。在科学单元模块，教师让学生利用数据论证观点，寻求解决方案，从而解决底格里斯河和幼发拉底河流域存在的问题。在语言艺术模块，教师让学生阐述问题解决的结果。项目实施结果证明，“基于PFL学习”教学模式融入多种学科进行数据素养培养的有效性。

(二)City Digits项目

City Digits项目是纽约市立大学布鲁克林学院和麻省理工学院公民数据设计实验室合作开发的综合课程资源和网络工具项目，该项目用来支持高中生的数学学习。[10]开发者们在City Digits项目中设计的课程主题与社会正义有关。Local Lotto是其中的一个模块，该模块设计的目的是利用彩票调查培养学生的数据素养。该模块主要使用交互式网络工具指导学生在真实的世界里进行数据收集、组织和可视化操作，通过定量和定性调查相结合的方法，对彩票情况进行更细致的分析。交互式地图工具的使用有助于揭示地理和社会问题之间的关系。City Digits项目的实践不仅为数据素养的培养提供了一个新的视角，而且将数据与社会问题紧密地联系起来，为学生提供了一个参与和解决社会问题的途径。

六、评述

本研究通过分析国外学生数据素养教育的现状，得出学生数据素养的定义及培养的内容，在讨论学生数据素养教育的教学策略和模式的基础上，介绍了数据思维项目和City Digits项目的典型实践案例。在此过程中，笔者发现当前国外在培养学生数据素养方面还存在着诸多不足，针对问题提出了如下建议，以期给相关研究者提供一些参考和借鉴。

(一)存在的问题

1.数据素养教育知识体系不完善

本研究对国外学生数据素养教育进行分析和总结发现，大多数数据素养教育都与基础课程相结合，没有构建独立的知识体系，难以开设独立的课程，导致数据素养教育处于碎片化状态，无法有效地进行特定的培养。

2.培养数据素养的学习工具不足

有的学者运用一些创新的学习工具实施课程，培养学生的数据素养，有的学者利用传统的Excel软件对学生进行数据素养的培养。数据素养教育随着时代变化而不断更新，传统的学习工具渐渐不能满足现代数据素养培养需求，但创新的学习工具可以提高学生学习兴趣，而且可以使学生接触到更多的先进技术，满足现代数据素养培养需要，因此，数据素养培养工具的更新与创新也是未来研究的一个方向。

3.缺乏评价数据素养教育的工具

由上述分析可知，前人的研究较少涉及数据素养和数据素养教育方面的评价研究。学生的数据素养是否有所提升需要相应的工具进行衡量，同时数据素养教育的质量也需要有相应的工具进行评判。

(二)建议

第一，构建和完善数据素养教育的知识体系。培养学生的数据素养需要结合学生的特点，分段构建相应的知识体系。构建和完善数据素养教育的知识体系是培养数据素养较为关键的一步，也是基础的一步。

第二，创新可培养学生数据素养的学习工具。具备数据素养是新时代对每一个公民的新要求，教师在培养学生数据素养时需要适应时代发展，不断更新学习工具。因此，如何创新可培养学生数据素养的学习工具是研究数据素养教育的一个重要课题。

第三，完善数据素养的评价体系。建立和完善数据素养评价体系是判断学生数据素养培养效果的必要条件，学生数据素养评价工具的创建需要国内外诸多学者的共同努力。

七、结语

本研究通过文献研究和案例分析，总结了学生数据素养的概念、内容、教学和实践情况等，介绍了学生数据素养教育的典型案例，发现了培养学生数据素养现存的问题。目前，学生数据素养教育已引起国内外学者的关注，但其发展还处于初级阶段，后期还需要加强学生数据素养的理论和实践研究，需要创新教学模式和学习工具、建立相应的评价体系以促进学生数据素养的培养。