數(shù)據(jù)科學(xué)在信息技術(shù)教育中的體系梳理

王愛勝

現(xiàn)代化技術(shù)的數(shù)據(jù)科學(xué)是一門新興學(xué)科，包括研究如何利用數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)知識，并挖掘有價值的數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)產(chǎn)品等。在以往的信息技術(shù)教育中，數(shù)據(jù)科學(xué)并沒有得到明晰體現(xiàn)，而在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版，2020年修訂）》推出后，則有了大量的顯性表現(xiàn)。

數(shù)據(jù)科學(xué)在中小學(xué)信息技術(shù)教育中的內(nèi)容表現(xiàn)

數(shù)據(jù)科學(xué)在中小學(xué)信息技術(shù)教育中，一般有兩個層次的內(nèi)容表現(xiàn)：①為獲得能夠從數(shù)據(jù)中提取有用知識的一系列“應(yīng)用型”（也包含思維培養(yǎng)）的技能和技術(shù)而去學(xué)習(xí)有關(guān)的應(yīng)用軟件（計算器、電子表格、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)以及一些特殊的軟件）;②為獲得能夠從數(shù)據(jù)中提取有用知識的一系列“創(chuàng)新型”（也包含高階思維）的技能和技術(shù)（算法設(shè)計、程序設(shè)計、人工智能開發(fā)等）。

數(shù)據(jù)科學(xué)在高中信息技術(shù)教育中的模塊劃分

數(shù)據(jù)科學(xué)在高中信息技術(shù)教育中，顯性內(nèi)容主要劃分為五個模塊，分別概述如下。

在必修課程“模塊1：數(shù)據(jù)與計算”“模塊2：信息系統(tǒng)與社會”中，以數(shù)據(jù)、信息、知識為基礎(chǔ)，在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化表達(dá)、數(shù)據(jù)分析、算法與程序設(shè)計、大數(shù)據(jù)、人工智能的機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)、基于信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與傳輸以及信息安全（包含數(shù)據(jù)安全）等方面，都非常具體，以算法與程序設(shè)計為主進行數(shù)據(jù)計算與數(shù)據(jù)庫設(shè)計，并涉及應(yīng)用軟件與人工智能等多個領(lǐng)域。

在選擇性必修“模塊1：數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”中，以數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，通過排序、迭代、遞歸等高級算法編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)排序與查找等，通過數(shù)組、鏈表、隊列、棧、樹等進行編程現(xiàn)實。在“模塊3：數(shù)據(jù)管理與分析”中，通過數(shù)據(jù)管理與分析技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)應(yīng)用與設(shè)計，對數(shù)據(jù)特征、數(shù)據(jù)價值、數(shù)據(jù)管理思想與分析方法進行認(rèn)知。

數(shù)據(jù)科學(xué)在不同學(xué)段信息技術(shù)教育中的方向梳理

受高中信息技術(shù)課標(biāo)的影響，數(shù)據(jù)科學(xué)在基礎(chǔ)教育中必定會被強化，結(jié)合信息技術(shù)中的數(shù)據(jù)現(xiàn)象、原理、技術(shù)與表達(dá)，會體現(xiàn)科學(xué)層面的認(rèn)知與技術(shù)層面的操作。

高中課程的實施，目前在編程教育、大數(shù)據(jù)教育方面進展迅速，但是局限于表層化的內(nèi)容處理和單純的程序語言學(xué)習(xí)的現(xiàn)象還很普遍。未來的發(fā)展主要會有三個方向：第一，編程從基本算法的學(xué)習(xí)向數(shù)據(jù)科學(xué)發(fā)展，數(shù)學(xué)建模與算法優(yōu)化深入結(jié)合，因義教階段算法、數(shù)據(jù)初步學(xué)習(xí)會對高中教學(xué)形成沖擊，高中生教育不會再過度重復(fù)義教內(nèi)容學(xué)習(xí);第二，大數(shù)據(jù)向生活中問題的解決發(fā)展，利用數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新思維;第三，數(shù)據(jù)產(chǎn)品成為一般數(shù)字化作品的高階發(fā)展，以數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)編程、數(shù)據(jù)結(jié)論以及數(shù)據(jù)應(yīng)用等為特點的數(shù)據(jù)作品也許會成為學(xué)生更時尚高端的作品。

數(shù)據(jù)科學(xué)是信息技術(shù)、信息科學(xué)教育的一個領(lǐng)域，也并非全部，但是它更具基礎(chǔ)性，也是新興的發(fā)展方向之一，是信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任學(xué)科核心素養(yǎng)有效達(dá)成的重要內(nèi)容。