基于开源硬件教学的小学生数据素养培养探究

2022-09-26郭蓉江苏省南京市姜家园小学

中国信息技术教育 2022年18期

郭蓉江苏省南京市姜家园小学

伴随大数据时代的来临，充斥着数据的环境逐步改变着每一个人的生活和思维方式，数据素养已成为这个时代不可或缺的基本素养。为了适应快速变化的数据时代，培养和发展数据素养成为人们必须思考的问题，也成为教育工作者在教学工作中需要直面的问题。

● 数据素养再解读

数据素养在不同领域中有不同的解读，国内教育界尚没有提出统一定义，鉴于学科和学段的特征，本文所涉及的范围是针对小学阶段信息素养视角下的数据素养的研究。国内外不同教育研究组织制订的信息素养评价标准中均包含理解、获取、分析和利用数据等数据能力指标，数据素养被认为是信息素养的重要组成部分，也被称为数据信息素养。《江苏省义务教育信息技术课程纲要》中将涉及信息基础的部分划分为信息的识别与获取、存储与管理、加工与表达、发布与交流，结合数据素养的概念，笔者认为，数据素养应当包含数据收集、数据处理以及数据运用三个方面。

小学阶段信息技术教学中培养信息素养需要把握：①信息技术的运用应当渗透每一个环节，将数据与技术有机整合；②从数据素养的组成来看，教学中不仅要关注切入点，还应整体统筹其他部分；③尽管数据素养是信息素养的重要组成部分，但其跨学科的特性也不可被忽略，其所涉及的“问题解决”范畴应被重视。

● 小学信息技术学科学生数据素养培养目标设定

笔者针对三至六年级学生数据素养的培养提出以下目标。

1.数据收集方面

①了解计算机中数据与信息的关系，能读懂数据存储空间，保证数据存储的安全性和后期提取的便捷性。②能够利用电子表格进行数据统计。③能借助一定的设备实现数据的监测。

2.数据处理方面

①能够利用电子表格实现简单的数据分析。②了解程序中批量处理数据的方法，能够借助程序对数据进行一定的处理。

3.数据运用方面

①能够借助电子表格实现数据的直观表达，并从数据统计结果中提炼自己的观点。②能结合开源硬件，通过配置环境与设置参数设计并实现简易的功能。

● 借助开源硬件发展小学生的数据素养

1.数据视域下的开源硬件教学

开源硬件已经走进全国高中新课标，在中小学的普及率也在不断提高，其开放性、可扩展性、跨平台性和兼容性的特点使其成为提升信息技术课堂教学效率的一项重要资源。在使用开源硬件的过程中，学生需要对项目进行设计，从而产生数据，并选择性地记录收集数据，对数据进行加工和运用，促进问题的解决。运用开源硬件进行项目教学不仅能让学生完整参与问题解决的整个过程，还能让其充分感知数据在问题解决过程中的重要性，从而进一步锻炼学生的信息收集与处理的意识、加工与运用的方法以及数据思维。

开源硬件涉及的数据素养主要体现在：①产生数据，设计和部署开源硬件环境；②收集数据，读取与记录数据；③分析数据，理解硬件工作原理和数据间的转换关系；④甄选数据，排除数据误差；⑤运用数据，制作数字化作品；⑥反思与改进数据，联系实际，提升创造力。

2.在开源硬件教学中培养学生的数据素养

以《打地鼠游戏——摇杆与数据》为例，本课参考苏科版《小学信息技术》五年级第17课《小猫抓鱼》的内容进行校本化修改。本课的目标是在运用和了解摇杆装置的原理和过程中，对数据进行采集、分析和运用，促进数字化作品的形成。

（1）数据收集更直接，学生态度更严谨

受限于课时和课堂时长，在信息技术作品的制作中，很多数据不是学生亲自获取的第一手数据——作品的初始数据往往源于教师。虽然教师直接提供数据可以提升课堂作品的完成率，但学生学习的过程不再完整。没有获取数据的直接经验会大大降低学生对学习工具的认识。数据的产生和获取是整个活动的起点，教师突兀地提供数据让学生无法理性地进入学习过程。

在本节课中，教师没有提供摇杆的测试范围，也没有直接让学生借助教师测量数据的程序呆板地读取数据，而是借助学生之前的学习经验——滑杆的学习基础，结合对摇杆外形的观察，推测摇杆可能产生的数据。在这一过程中，学生借助已有经验预估新知，是一种有据可依的具有逻辑性的推理。在确定摇杆取值范围可能和滑杆一样，都是在0～1023之间后（不同型号的开源硬件表达略有不同），教师再提出摇杆的方向问题，从而延伸到X、Y轴两个方向这一知识点。学生在有理有据的推测后通过实际操作验证数据，完成了从数据假设到验证数据的过程，促进了其严谨态度的形成。

（2）数据分析更透彻，学生理解更深层

在实际生活中产生的数据往往不是某个精准的值，而是某一个取值范围。对于小学生而言，理解数据的有效范围是一个难点，即使教师就这个问题进一步解释也不如学生直观地观察更有效。

本课使用的摇杆在完全静止的状态下也会由于变阻器的误差产生电流的不稳定或偏差，导致每个学生读到的摇杆静止值不同或只能观察到一个变化的值。很多学生面对读取不到准确值或这个值与教师和其他学生不一样而束手无策。教师在要求学生准确记录自己硬件设备静止时的数据的同时，帮助学生分析为什么会出现这样的误差，引导学生思考如何在制作作品的过程中合理规避这种误差。学生经过真实的数据记录和对比，在对数据取舍和后期运用时会产生更深层次的理解。

（3）数据运用更多样，学生制作更主动

教材在本课的教学中给定了选用的数值，从效果来看，这一数值从兼容性和稳定性上都比较符合最终的数字作品，但是学生并不能理解为什么要选用教材中的给定参数，对于批判性思维较强的学生而言，他们必然会思考是否一定要遵循教材的参数设置，是否可以尝试自己选取的数据。

无论是对不理解教材中数据选用的学生还是对质疑教材数据的学生而言，给予他们更多机会去测试不同数据的运行效果都可以大大提升他们的主动性。因此，笔者在直接运用数据之前，增加了数据再处理环节，鼓励学生大胆假设，预设什么样的值比较合适，对于部分思路比较保守的学生，笔者借助数轴标出取值范围，并提供了几种预设的数值，学生既可以按照自己的猜测进行调试，也可以参考教师给出的多个数据范围进行对比。

从学生的反馈来看，大部分学生可以根据自己测定的数值选取合适的数据范围作为参数，并且能够明确说出自己对数据的理解和这样设置的理由。相比于给定数据范围，学生对数据的敏感性大大提升，参与问题解决的主动性也大大增加。

（4）数据改进更发散，学生创新更自主

数据本身并不是静止的存在，其不断的变化会给问题解决带来不一样的结果。笔者在课堂教学中发现学生对数据的调试改变都集中在量变上，浅表的数据改变带来的仅仅是视觉上的刺激，只有真正达到质变的数据才有利于创新。