趙章靖

世界經(jīng)濟(jì)論壇最新發(fā)布的《未來(lái)工作報(bào)告》顯示：疫情的全球蔓延加劇了高信息技術(shù)含量工作的更新?lián)Q代，新技術(shù)應(yīng)用步伐在某些領(lǐng)域進(jìn)一步加速，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和電子商務(wù)的運(yùn)用仍然是商業(yè)領(lǐng)袖的高度優(yōu)先事項(xiàng)。與此同時(shí)，人們對(duì)數(shù)據(jù)加密、非人形機(jī)器人和人工智能的興趣也有了顯著提高。領(lǐng)英公司近年發(fā)布的職業(yè)報(bào)告顯示，“軟件應(yīng)用”已經(jīng)遍及所有與技術(shù)相關(guān)的職業(yè)領(lǐng)域。在位居前十的熱門(mén)職業(yè)種類(lèi)中，如數(shù)據(jù)分析師、軟件工程師、銀行投資分析師、平面設(shè)計(jì)員等職業(yè)，均需要從業(yè)者具備深厚的數(shù)據(jù)素養(yǎng)。新科技革命背景下，“提升勞動(dòng)者數(shù)據(jù)素養(yǎng)”已成為世界各國(guó)提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要方向。

當(dāng)前，美國(guó)聯(lián)邦政府和社會(huì)組織正縱深推進(jìn)人工智能教育，越發(fā)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)素養(yǎng)的重要性。早在2018年12月，美國(guó)聯(lián)邦政府在其發(fā)布的“北極星計(jì)劃”中，就著重強(qiáng)調(diào)發(fā)展師生的計(jì)算機(jī)技能和數(shù)據(jù)素養(yǎng)，聯(lián)邦政府各機(jī)構(gòu)在這方面的項(xiàng)目和投入也逐漸增多。此前，美國(guó)教育部組織召開(kāi)了以提升中小學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)為主題的研討會(huì)，面向全美召集了大學(xué)教授、中小學(xué)教師、非政府組織代表、政府官員和企業(yè)代表等，深度分享了各領(lǐng)域關(guān)于數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育的前沿探索。

數(shù)據(jù)素養(yǎng)戰(zhàn)略主要關(guān)注哪些內(nèi)容

全美數(shù)學(xué)教師理事會(huì)主席特蕾娜·維爾克森（Trena Wilkerson）認(rèn)為，當(dāng)前，借助數(shù)據(jù)素養(yǎng)促進(jìn)青少年對(duì)世界的認(rèn)識(shí)和理解，提升青少年分析和批判性思維能力，從而拓展其成長(zhǎng)與發(fā)展機(jī)會(huì)，是教育改革不可或缺的重要內(nèi)容。無(wú)論是在STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育）領(lǐng)域還是在非STEM領(lǐng)域，數(shù)據(jù)素養(yǎng)均是學(xué)生最為基本和關(guān)鍵的素養(yǎng)。

從學(xué)校日常教學(xué)來(lái)看，數(shù)據(jù)素養(yǎng)可以更好地幫助學(xué)習(xí)者在學(xué)科內(nèi)部、學(xué)科之間形成有機(jī)聯(lián)系，并深化背景理解。在學(xué)科教學(xué)上，主要依靠培養(yǎng)數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、定量分析以及現(xiàn)代傳媒等學(xué)科領(lǐng)域的技能素養(yǎng)，使學(xué)生習(xí)得嚴(yán)謹(jǐn)、明智決策所需的知識(shí)和技能，并應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的分析與解決。

近年來(lái)，美國(guó)著重通過(guò)借助社區(qū)力量并創(chuàng)建相關(guān)生態(tài)的方式以促進(jìn)STEM教育，對(duì)于發(fā)展學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)而言也是如此。特蕾娜呼吁，應(yīng)充分借助社區(qū)資源，充分發(fā)揮利益相關(guān)者，即包括父母或監(jiān)護(hù)人、社區(qū)、學(xué)校教師、教師培訓(xùn)方、企業(yè)、管理人員和校董會(huì)等在內(nèi)的多方面力量，共同促進(jìn)數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育;同時(shí)，注重K-12（學(xué)前教育至高中教育）乃至中學(xué)后教育的課程銜接以及加強(qiáng)課程和評(píng)估研發(fā)。就具體內(nèi)容而言，特蕾娜認(rèn)為，加強(qiáng)數(shù)學(xué)教育，發(fā)展統(tǒng)計(jì)思維進(jìn)而帶動(dòng)提升數(shù)據(jù)素養(yǎng)是當(dāng)務(wù)之急。

中學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)提升教育有哪些新動(dòng)態(tài)

加州大學(xué)伯克利分?！癤研究中心”（Center？X）的蘇延·瑪卡多（Suyen？Machado）篤信：“如果沒(méi)有強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)，特別是數(shù)據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)，我們的學(xué)生將無(wú)法為21世紀(jì)的職業(yè)做好準(zhǔn)備。因此，必須將計(jì)算機(jī)科學(xué)技能與相關(guān)學(xué)科相結(jié)合。”

近年來(lái)，瑪卡多正在推進(jìn)“高中生數(shù)據(jù)科學(xué)概論”（IDS）的教育與普及工作。該工作受美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)撥款支持，源于創(chuàng)建探索計(jì)算機(jī)科學(xué)的工作課程，其目標(biāo)主要是將計(jì)算思維和統(tǒng)計(jì)思維有機(jī)植入高中數(shù)學(xué)和科學(xué)課程。作為面向公立學(xué)校創(chuàng)建的首例數(shù)據(jù)科學(xué)課程，“高中生數(shù)據(jù)科學(xué)概論”教育鼓勵(lì)教師使用數(shù)據(jù)進(jìn)行批判性教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容主要包括通過(guò)“參與式感知”借助智能手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)工具收集數(shù)據(jù)以及學(xué)習(xí)R語(yǔ)言（一種開(kāi)源編程語(yǔ)言）。目前，“高中生數(shù)據(jù)科學(xué)概論”教育已在美國(guó)4個(gè)州的26個(gè)學(xué)區(qū)講授，近期主要集中于為教師提供技術(shù)和專(zhuān)業(yè)支持。

布朗大學(xué)教授伊曼紐爾·尚澤爾（Emmanuel Schanzer）分享了自2006年以來(lái)推廣實(shí)施的“數(shù)據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)課程”（Bootstrap Data Science）。作為以研究為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)科學(xué)課程模塊之一，數(shù)據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)課程主要關(guān)注統(tǒng)計(jì)學(xué)與計(jì)算機(jī)編程，該模塊涵蓋了函數(shù)、循環(huán)和迭代、數(shù)據(jù)可視化、線(xiàn)性回歸等專(zhuān)題內(nèi)容。通過(guò)該模塊學(xué)習(xí)，學(xué)生可以學(xué)會(huì)使用多種方法分析數(shù)據(jù)并撰寫(xiě)研究論文。社會(huì)研究、科學(xué)和商業(yè)課程教師可以利用該模塊幫助學(xué)生從數(shù)據(jù)中進(jìn)行推理，數(shù)學(xué)教師可以使用這個(gè)模塊來(lái)介紹統(tǒng)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)概念。

數(shù)據(jù)素養(yǎng)提升教育的突出實(shí)踐探索有哪些

斯坦福大學(xué)教育學(xué)院教授喬·博勒（Jo Boaler）系統(tǒng)介紹了名為“Youcubed”的美國(guó)公益性網(wǎng)站在促進(jìn)數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育中的探索模式及相應(yīng)進(jìn)展。該網(wǎng)站的主要目的在于，面向全球中小學(xué)師生分享數(shù)學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)所呈現(xiàn)出的創(chuàng)造性和創(chuàng)意之美。在過(guò)去五年，該網(wǎng)站訪(fǎng)問(wèn)量已逾5400萬(wàn)次，網(wǎng)站可供下載數(shù)百個(gè)免費(fèi)的數(shù)據(jù)課程和相應(yīng)的學(xué)習(xí)項(xiàng)目;近2/3的美國(guó)學(xué)校利用該網(wǎng)站資源開(kāi)展教學(xué)，訂閱用戶(hù)為14.5萬(wàn)，涵蓋了160多個(gè)國(guó)家。

面向數(shù)據(jù)素養(yǎng)的提升，“Youcubed”團(tuán)隊(duì)推出了在加州重構(gòu)高中數(shù)學(xué)課程體系的設(shè)想，主張以進(jìn)階提升學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)為主線(xiàn)，重新整合代數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、微積分基礎(chǔ)、線(xiàn)性代數(shù)、微積分與三角函數(shù)、數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)編程等分支學(xué)科，并與谷歌公司合作，開(kāi)發(fā)出一套縱貫K-12年級(jí)學(xué)段的“適應(yīng)性課程”（Youcubed？Adaptable？Curriculum）。課程研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員涵蓋了中小學(xué)教師、大學(xué)教授、亞馬遜數(shù)據(jù)分析師等多個(gè)行業(yè)，該套課程具有門(mén)檻低、應(yīng)用范圍廣、數(shù)據(jù)庫(kù)資料豐富以及適合個(gè)體化學(xué)習(xí)的靈活彈性空間等特征。“Youcubed”網(wǎng)站也為教師開(kāi)展數(shù)據(jù)科學(xué)教學(xué)提供了相應(yīng)的視頻案例，目前已有2萬(wàn)名教師選修該網(wǎng)站內(nèi)容。面向師生，該網(wǎng)站所提倡的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育始終貫穿這樣的問(wèn)題，比如你發(fā)現(xiàn)了什么、什么讓你好奇、在數(shù)據(jù)的可視化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象等，以此來(lái)鼓勵(lì)學(xué)生探索。所選案例多集中在日常生活領(lǐng)域，或者人類(lèi)所共同關(guān)注的話(huà)題，如全球變暖、籃球比賽球員位置、超市購(gòu)物等。

在數(shù)據(jù)素養(yǎng)教學(xué)中，“Youcubed”團(tuán)隊(duì)主張實(shí)施“大概念”教學(xué)，主張用“大概念”的習(xí)得和運(yùn)用取代既有的課程標(biāo)準(zhǔn)，這樣的理念與操作模式縱貫K-12全過(guò)程。“大概念”教學(xué)的基本實(shí)施流程為：提出問(wèn)題—收集數(shù)據(jù)—分析數(shù)據(jù)—運(yùn)用數(shù)據(jù)理解、交流并應(yīng)用于問(wèn)題解決。以高一年級(jí)教學(xué)為例，在提出問(wèn)題環(huán)節(jié)，需要引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題，生成觀念，并將其進(jìn)一步歸納為數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)問(wèn)題;接下來(lái)，對(duì)信息如圖像、聲音、數(shù)字、分類(lèi)等進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，并有意識(shí)地將收集數(shù)據(jù)信息作為問(wèn)題解決的基礎(chǔ);進(jìn)而，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試多種方法以運(yùn)用編碼數(shù)據(jù)去描述、分析變量，并運(yùn)用相關(guān)技術(shù)去開(kāi)發(fā)模型，以分析、解決問(wèn)題。最后，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論、形成報(bào)告、回答問(wèn)題，并與同伴交流、驗(yàn)證。

“Youcubed”團(tuán)隊(duì)擅長(zhǎng)聯(lián)絡(luò)谷歌等高科技公司與高校教授和中小學(xué)教師等組建團(tuán)隊(duì)，重新整合中小學(xué)所涉數(shù)學(xué)學(xué)科門(mén)類(lèi)來(lái)開(kāi)發(fā)課程，并主張“大概念”的教學(xué)方式，這對(duì)美國(guó)當(dāng)前的中小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)也是一種有益的補(bǔ)充。與傳統(tǒng)課堂按部就班的教學(xué)模式相比，這種基于“大概念”的課堂教學(xué)不設(shè)置太多的考試，所提供的學(xué)習(xí)資源具有趣味性和挑戰(zhàn)性，相關(guān)概念也更易于理解和操作，有助于鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)探究，進(jìn)行深度分析，并能很好地開(kāi)展團(tuán)隊(duì)協(xié)作。通過(guò)在這一課堂的學(xué)習(xí)，學(xué)生得以開(kāi)展深度思考，熟悉數(shù)據(jù)的收集和利用過(guò)程，進(jìn)一步提升了批判性思維能力。

近年來(lái)，美國(guó)聯(lián)邦政府也加強(qiáng)了數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育的支持力度。例如，美國(guó)國(guó)家航空航天局設(shè)立了“數(shù)據(jù)日”，面向中小學(xué)校開(kāi)展空間數(shù)據(jù)方面的科普教育;美國(guó)人口普查中心在中小學(xué)設(shè)立項(xiàng)目，為K-12教育階段的數(shù)學(xué)、歷史、社科、地理等提供必要的數(shù)據(jù)支持;美國(guó)教育部教育科學(xué)研究所特別開(kāi)設(shè)了“數(shù)據(jù)科學(xué)教育項(xiàng)目”等。此外，美國(guó)復(fù)蘇計(jì)劃ESSER基金、種子教師發(fā)展項(xiàng)目（SEED）、教育創(chuàng)新研究（EIR）、聯(lián)邦通信委員會(huì)升級(jí)教育寬帶（E-Rate）項(xiàng)目等，均設(shè)有數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育資助專(zhuān)題。

當(dāng)前，美國(guó)在人工智能教育領(lǐng)域呈現(xiàn)出中學(xué)數(shù)學(xué)教育和計(jì)算機(jī)科學(xué)教育整合發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)世界各國(guó)的人工智能教育都具有一定的借鑒意義。

（本文系中國(guó)教育科學(xué)研究院2019年度基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目“人工智能教育的國(guó)際比較與實(shí)施路徑研究”[GYH2019024]成果。）

（來(lái)源：中國(guó)教育報(bào)）