李鋒　熊璋

摘要：新修訂的高中信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括必修、選修1和選修2共三個(gè)部分。“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊是高中信息技術(shù)必修課程中的第一個(gè)模塊，也是其它模塊的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。該模塊依據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)，結(jié)合學(xué)科特征設(shè)計(jì)了“數(shù)據(jù)與信息”“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”三部分內(nèi)容；建立“數(shù)據(jù)、信息、算法、程序”模塊核心概念體系；融入解決問(wèn)題的學(xué)科方法與技術(shù)工具；將學(xué)科核心素養(yǎng)“信息意識(shí)”“計(jì)算思維”“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”“信息社會(huì)責(zé)任”滲透其中。通過(guò)對(duì)該模塊中核心概念、學(xué)科方法、技術(shù)工具的學(xué)習(xí)將有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：模塊結(jié)構(gòu)；核心概念；學(xué)科方法與技術(shù)工具

信息技術(shù)的快速發(fā)展不僅改變了社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式，也加快了全球范圍內(nèi)的知識(shí)更新和技能創(chuàng)造，對(duì)中小學(xué)信息技術(shù)教育提出了新挑戰(zhàn)?！皵?shù)據(jù)與計(jì)算”模塊是針對(duì)數(shù)據(jù)及大數(shù)據(jù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響，依據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)，綜合學(xué)科特征，面向全體高中學(xué)生所設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性必修學(xué)習(xí)模塊。

一、課程模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在綜合分析學(xué)生認(rèn)知能力、社會(huì)發(fā)展需要和學(xué)科特征的基礎(chǔ)上，“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊按照“明晰核心概念-突出學(xué)科方法-關(guān)注工具應(yīng)用-促進(jìn)素養(yǎng)形成”的思路，從“數(shù)據(jù)與信息”“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”與“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”三方面設(shè)計(jì)模塊的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，其內(nèi)容結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（一）數(shù)據(jù)與信息

近十年來(lái)，移動(dòng)通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的快速發(fā)展加快了“技術(shù)更新”向“數(shù)據(jù)變革”的轉(zhuǎn)向。數(shù)據(jù)不僅是信息的載體，也是人們提取信息、做出決策的重要依據(jù)，并逐步成為社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)資源。人們合理選用技術(shù)工具處理數(shù)據(jù)，可以提高數(shù)據(jù)應(yīng)用效能，發(fā)現(xiàn)其中隱含的信息，精準(zhǔn)解決生活與學(xué)習(xí)中的問(wèn)題?！皵?shù)據(jù)與信息”這部分內(nèi)容遵循數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基本原理，依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，將“數(shù)據(jù)與信息的概念及特征”“數(shù)字、文本、聲音、圖像等數(shù)據(jù)編碼技術(shù)”“數(shù)字化學(xué)習(xí)工具應(yīng)用方法以及學(xué)習(xí)策略”等內(nèi)容融入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)之中。通過(guò)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生要能了解在數(shù)字化工具中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一般原理與方法，理解數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)的相互關(guān)系，合理選用數(shù)字化工具支持個(gè)人學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)，適應(yīng)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境。

（二）數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用

電子計(jì)算機(jī)發(fā)明之前，數(shù)據(jù)處理主是要通過(guò)人工進(jìn)行的，由于人工處理數(shù)據(jù)能力的不足，分散在大量數(shù)據(jù)集合中各種實(shí)質(zhì)關(guān)系就很難發(fā)現(xiàn)。例如，圖書館圖書流通記錄里隱含了大量讀者的閱讀習(xí)性，以人工方式就很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的信息，也就很難利用相關(guān)數(shù)據(jù)提供針對(duì)性的服務(wù)。上世紀(jì)80年代以來(lái)，電子計(jì)算機(jī)及其管理系統(tǒng)的發(fā)展使得獲取、分析用戶數(shù)據(jù)更加方便，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以快速、準(zhǔn)確地合并比較不同的數(shù)據(jù)集合，得到隱含于其中的信息。因此，隨著社會(huì)數(shù)據(jù)量和個(gè)人數(shù)據(jù)量的增大，利用技術(shù)工具有效處理數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)信息，逐步成為人們解決問(wèn)題的一種重要方式?！皵?shù)據(jù)處理與應(yīng)用”這部分內(nèi)容按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本原理，提煉數(shù)據(jù)處理的基本方法，聚焦技術(shù)工具在數(shù)據(jù)處理中的基本功能，注重學(xué)生數(shù)據(jù)安全意識(shí)的培養(yǎng)。學(xué)生學(xué)習(xí)后要能夠了解數(shù)據(jù)收集、分析及可視化表達(dá)數(shù)據(jù)的基本方法；根據(jù)任務(wù)需求，選用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)分析報(bào)告，認(rèn)識(shí)到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)的意義。針對(duì)具體問(wèn)題，利用信息技術(shù)有效處理數(shù)據(jù)，獲得有價(jià)值的信息，以此提高個(gè)人生活與學(xué)習(xí)質(zhì)量。

（三）算法與程序?qū)崿F(xiàn)

當(dāng)今，信息技術(shù)已經(jīng)滲透到人們生活與學(xué)習(xí)的方方面面，其廣泛應(yīng)用不僅改變著人們的生活與學(xué)習(xí)方式，也轉(zhuǎn)變著人們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與思維品質(zhì)。為更好地理解、適應(yīng)和創(chuàng)新人們賴以生存的數(shù)字化環(huán)境，信息技術(shù)教育就不應(yīng)簡(jiǎn)單地停留于技術(shù)操練或結(jié)構(gòu)良好的問(wèn)題解決上，同樣需要幫助學(xué)生理解信息的技術(shù)本質(zhì)特征，處理數(shù)字化環(huán)境下的復(fù)雜性問(wèn)題?！八惴ㄅc程序?qū)崿F(xiàn)”這部分內(nèi)容在強(qiáng)調(diào)了簡(jiǎn)單算法的學(xué)習(xí)，將計(jì)算思維的形式化（例如抽象出算法解決問(wèn)題的一般過(guò)程）、模型化（例如用結(jié)構(gòu)化程序表示算法）、自動(dòng)化（例如通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)算法）特征滲透至內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中。通過(guò)這部分內(nèi)容學(xué)習(xí)，學(xué)生要能概述算法的概念與特征，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡(jiǎn)單算法；掌握一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本知識(shí)，使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單算法。體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的基本流程，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法。當(dāng)然，高中學(xué)生學(xué)習(xí)“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”，并不是要求他們系統(tǒng)地掌握專業(yè)知識(shí)，更不是要把他們培養(yǎng)成編程專家，最主要的是希望學(xué)生在體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程中，能真切認(rèn)識(shí)到從“工業(yè)社會(huì)思考與解決問(wèn)題方式”到“信息社會(huì)思考與解決問(wèn)題方式”變革的內(nèi)在原因，理解當(dāng)今數(shù)字化世界的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，發(fā)展為合格的數(shù)字化公民。

二、課程模塊核心概念界定

美國(guó)認(rèn)知心理學(xué)家布魯納（Jerome Sevmour Bmner）在研究中發(fā)現(xiàn)“課堂學(xué)習(xí)主要是促進(jìn)學(xué)生掌握教材的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，學(xué)生若能理解其基本結(jié)構(gòu)，就不難思考出很多細(xì)節(jié)，所謂的這種基本結(jié)構(gòu)是由概念組成的”?？梢姡诵母拍铙w系的建立一定程度上決定著課程的關(guān)鍵內(nèi)容?！皵?shù)據(jù)與計(jì)算”課程模塊按照學(xué)科基本原理，以信息技術(shù)工具處理對(duì)象——“數(shù)據(jù)”為核心，從人們利用信息技術(shù)處理數(shù)據(jù)所獲得的“信息”、計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的“算法”以及實(shí)現(xiàn)算法的“程序”等內(nèi)容構(gòu)建本模塊的核心概念體系，將相關(guān)概念滲透到內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)之中，形成本模塊的概念結(jié)構(gòu)。本模塊的概念框架如圖2所示。

（一）數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是指所有能輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)的總稱。它是計(jì)算機(jī)程序加工的“原料”。信息技術(shù)的發(fā)展使得人們收集和處理數(shù)據(jù)的手段得以不斷加強(qiáng)，數(shù)據(jù)的內(nèi)涵也逐步得以豐富。在計(jì)算機(jī)發(fā)明前及初期，“數(shù)據(jù)”更多的是指“數(shù)字”和“數(shù)值”，即數(shù)值型數(shù)據(jù)。二十世紀(jì)八十年代計(jì)算機(jī)的發(fā)展，人們利用計(jì)算機(jī)處理“數(shù)據(jù)”的類型得以豐富，“數(shù)據(jù)”不再限于“數(shù)字”或“數(shù)值”，同時(shí)還包括了文本、聲音、圖形、圖片、視頻等非數(shù)值型數(shù)據(jù)。本世紀(jì)初，移動(dòng)通信、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)的革新，數(shù)據(jù)總量和處理速度得以迅猛發(fā)展?！皵?shù)據(jù)”不只是計(jì)算工具所處理的對(duì)象或信息的載體，也成為人們獲得信息、推動(dòng)信息社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)動(dòng)力來(lái)源。

在信息科技中，由于電子計(jì)算機(jī)主要能識(shí)別和處理的是由“0”和“1”符號(hào)串組成的代碼，因此從存儲(chǔ)原理來(lái)看，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)首先就需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，通過(guò)數(shù)據(jù)編碼轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和處理的“二進(jìn)制”代碼。其次，計(jì)算機(jī)運(yùn)行相關(guān)的軟件對(duì)編碼后的“數(shù)據(jù)”進(jìn)行處理，幫助人們更好地理解信息。近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各類數(shù)據(jù)處理軟件功能越來(lái)越成熟，種類也日趨多樣。例如，有針對(duì)“表格”進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的電子表格軟件、有對(duì)文本進(jìn)行分析的在線分析工具、也有基于語(yǔ)音分析的智能語(yǔ)音評(píng)測(cè)系統(tǒng)等等。

（二）信息

“信息”作為信息時(shí)代的一個(gè)日常用詞，人們對(duì)其廣泛、模糊地應(yīng)用，導(dǎo)致了內(nèi)涵的不確定性和定義的多樣性。梳理國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)“信息”的認(rèn)識(shí)，主要有三種觀點(diǎn)：其一，本體論觀點(diǎn)認(rèn)為信息是事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其變化方式的自我表述，強(qiáng)調(diào)的是信息的客觀存在；其二，語(yǔ)義學(xué)觀點(diǎn)，認(rèn)為信息反映出人們對(duì)事實(shí)的深入認(rèn)識(shí)，是能產(chǎn)生知識(shí)的東西，強(qiáng)調(diào)的是人對(duì)事物的認(rèn)知以及信息與知識(shí)的聯(lián)系；其三，信息系統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為當(dāng)有組織、有規(guī)律地把數(shù)據(jù)收集在一起就形成了信息。數(shù)據(jù)在其中起到了關(guān)鍵的作用，一方面它承載著信息，另一方面它也產(chǎn)生著信息。為了便捷地獲取和應(yīng)用信息，人們?cè)絹?lái)越多地通過(guò)計(jì)算機(jī)等數(shù)字化工具和二進(jìn)制編碼方法來(lái)表示和組織數(shù)據(jù)，以此傳播或獲取有價(jià)值的信息。

綜上，本體論觀點(diǎn)用哲學(xué)的視角來(lái)理解“信息”，依據(jù)此觀點(diǎn)其實(shí)很多學(xué)科（例如物理、化學(xué)）所探索的內(nèi)容都應(yīng)是“信息”，只是領(lǐng)域內(nèi)容不同而已，該觀點(diǎn)沒(méi)有聚焦信息技術(shù)學(xué)科特征；認(rèn)知論強(qiáng)調(diào)的“信息”是人對(duì)事物的認(rèn)知結(jié)果，關(guān)注的是認(rèn)知心理學(xué)研究的內(nèi)容，也不是信息技術(shù)教育的主要范疇；信息系統(tǒng)理論強(qiáng)調(diào)“數(shù)據(jù)”是信息的載體，同時(shí)也認(rèn)為對(duì)大數(shù)據(jù)的處理同樣可以產(chǎn)生信息，它在綜合本體論和認(rèn)知論的觀點(diǎn)上，突出信息技術(shù)學(xué)科方法和技術(shù)工具對(duì)發(fā)現(xiàn)有價(jià)值信息的作用。如今生活于信息社會(huì)，人們利用技術(shù)工具有效處理數(shù)據(jù)、獲取信息，對(duì)促進(jìn)個(gè)人和社會(huì)發(fā)展已越來(lái)越重要，因此這里的“信息”主要是指信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理后產(chǎn)生的信息。

（三）算法

美國(guó)著名計(jì)算機(jī)專家克努特（D·E·Knuth）認(rèn)為算法就是一個(gè)有窮規(guī)則的集合，其中規(guī)定了一個(gè)解決某一特定類型問(wèn)題的運(yùn)算序列。分析算法定義，我們可以把算法理解為若干基本操作及其規(guī)則作為元素的集合，即一個(gè)算法就是由若干基本操作按一定順序規(guī)則進(jìn)行操作的序列。為了保證計(jì)算機(jī)有序執(zhí)行指令，一個(gè)算法應(yīng)反映出五個(gè)基本特征：（1）指定輸入，明確輸入數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)的值以及數(shù)據(jù)將采用的形式；（2）指定輸出，是希望得到的結(jié)果；（3）確定性。算法必須要指定每一個(gè)步驟，為把輸入轉(zhuǎn)換為輸出，指定操作的順序；（4）有效性。可以有序地執(zhí)行過(guò)程；（5）有限性。執(zhí)行算法后，最終能產(chǎn)生結(jié)果。從結(jié)構(gòu)來(lái)看，通過(guò)順序執(zhí)行、條件分支和循環(huán)三種結(jié)構(gòu)方式可基本完成算法的流程，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題條理化和簡(jiǎn)單化。

事實(shí)上，除了將算法應(yīng)用于計(jì)算機(jī)的程序設(shè)計(jì)之中，為了提高工作效率和生活質(zhì)量，人們?cè)谌粘９ぷ髋c生活中也不自覺地使用著算法思想來(lái)解決問(wèn)題，例如，關(guān)于烹調(diào)算法（稱為食譜），操作某類機(jī)器的算法（操作流程）等等?？梢?，無(wú)論是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的算法，還是日常生活中人們應(yīng)用的算法，目前還都是由“人”根據(jù)需要開發(fā)出來(lái)、按照一定流程、有序完成任務(wù)的步驟。只不過(guò)它們所運(yùn)行的部件和應(yīng)用語(yǔ)言不同而已，前者更主要是在“電腦”中用機(jī)器語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的，后者則是在“人腦”中用人的自然語(yǔ)言進(jìn)行表述。通過(guò)算法學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅可以更好地理解計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程，準(zhǔn)確地判斷和解決計(jì)算機(jī)過(guò)程中的常見問(wèn)題，也可以將算法思想應(yīng)用于生活中，提高生活和學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

（四）程序

從計(jì)算機(jī)運(yùn)行來(lái)看，程序是一組操作的指令或語(yǔ)句的序列，是計(jì)算機(jī)執(zhí)行算法的操作步驟。當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行完一組正確操作指令后，就能完成預(yù)期的任務(wù)。一個(gè)程序就是一個(gè)算法的具體表現(xiàn)方式，它被定制成在特定情況下用特定語(yǔ)言，完成特定任務(wù)，使得計(jì)算機(jī)有序地執(zhí)行命令。在“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊，學(xué)習(xí)“程序”更主要的還是學(xué)生嘗試用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)表示簡(jiǎn)單的算法，在掌握程序設(shè)計(jì)方法的過(guò)程中，理解“算法與程序”在計(jì)算機(jī)運(yùn)行中的作用。由此可見，學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)“如果只學(xué)習(xí)技術(shù)工具的操作技巧，而不學(xué)習(xí)這種工具內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力（算法與程序），就如同他們學(xué)習(xí)科學(xué)而不做實(shí)驗(yàn)一樣是沒(méi)有真正意義的”。

“算法與程序”作為驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的內(nèi)在動(dòng)力，已有越來(lái)越多的國(guó)家將程序設(shè)計(jì)作為中小學(xué)信息技術(shù)教育的一項(xiàng)重要內(nèi)容。2014年，英國(guó)教育部頒發(fā)的“計(jì)算課程標(biāo)準(zhǔn)”要求英國(guó)學(xué)生在小學(xué)階段就需要學(xué)習(xí)算法與程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容。2016年，美國(guó)信息技術(shù)研究領(lǐng)域面向全體中小學(xué)生開展了“編程1小時(shí)”項(xiàng)目，旨在通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目提高學(xué)生數(shù)字化創(chuàng)新能力。事實(shí)上，當(dāng)“數(shù)字土著”真真切切地生活在數(shù)字化工具無(wú)處不在的環(huán)境中，他們不僅需要知道和操作技術(shù)工具的應(yīng)用步驟，同樣需要理性認(rèn)識(shí)數(shù)字化工具運(yùn)行的內(nèi)在驅(qū)力，創(chuàng)造性地應(yīng)用信息技術(shù)。程序作為信息技術(shù)的一項(xiàng)重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，一方面可以讓學(xué)生體驗(yàn)計(jì)算機(jī)等數(shù)字化工具的運(yùn)行原理，了解信息技術(shù)改變我們生活方式的內(nèi)在原因；另一方面也可通過(guò)程序設(shè)計(jì)將算法滲透到學(xué)習(xí)之中，作為解決問(wèn)題的一種路徑，發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維，提高他們數(shù)字化生存與創(chuàng)新力。

分析“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊的四個(gè)核心概念，“數(shù)據(jù)”作為信息的一種載體和重要來(lái)源，其本身并沒(méi)有什么特別含義，只有當(dāng)人們通過(guò)不同的組織方式或規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，數(shù)據(jù)才能起到傳輸或生成了信息的作用，反映出事物存在現(xiàn)實(shí)和內(nèi)在聯(lián)系。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，人們可依據(jù)信息技術(shù)學(xué)科方法，選用適當(dāng)?shù)男畔⒓夹g(shù)工具，快捷獲取和處理數(shù)據(jù)，形成解決問(wèn)題的決策信息。

三、學(xué)科方法與技術(shù)工具的體現(xiàn)

信息技術(shù)課程兼重理論性和實(shí)踐性，一方面它強(qiáng)調(diào)學(xué)生要了解信息技術(shù)的基本概念與原理，另一方面也注重培養(yǎng)學(xué)生利用本學(xué)科特有的方法與工具去解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。“數(shù)據(jù)與計(jì)算”課程模塊在明確核心概念后，也將學(xué)科方法和技術(shù)工具滲透至其中。例如，“數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用”的內(nèi)容設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)處理的方法和技術(shù)工具滲透到內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)之中，表現(xiàn)在數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化表達(dá)等方面，如圖3所示。

（一）數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)收集是指人們根據(jù)需要獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程。技術(shù)工具的發(fā)展使得數(shù)據(jù)收集方式日趨多樣，人們可以通過(guò)觀察、調(diào)研的方式獲取數(shù)據(jù)，也可以利用技術(shù)工具（例如傳感器）直接采集數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)包括網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的各種資源庫(kù)查找數(shù)據(jù)。確定數(shù)據(jù)收集方法后，明確所需要收集數(shù)據(jù)的類型、選用收集工具就直接影響著數(shù)據(jù)收集的效果。數(shù)據(jù)類型是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，即數(shù)據(jù)在加工計(jì)算中的特征。從計(jì)算方式來(lái)看，數(shù)據(jù)可分為數(shù)值型數(shù)據(jù)和非數(shù)值型數(shù)據(jù)。數(shù)值型數(shù)據(jù)是指有大小和正負(fù)之分的數(shù)據(jù)。例如，職工的年齡和工資都可進(jìn)行加、減等算術(shù)運(yùn)算。非數(shù)值型數(shù)據(jù)是指沒(méi)有數(shù)值大小之分，代表某種信息含義的數(shù)據(jù)，例如文字、聲音、圖像等。從數(shù)據(jù)收集工具來(lái)看，其中有便于遠(yuǎn)程調(diào)研的網(wǎng)絡(luò)調(diào)研工具，也有能將各種物理量的變化轉(zhuǎn)換成電流或電壓變化形式的傳感器，還可利用搜索引擎工具在網(wǎng)絡(luò)上快速獲取所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集完成后，為了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，還需要根據(jù)數(shù)據(jù)收集目的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，提高數(shù)據(jù)收集的一致性、完整性和準(zhǔn)確性。

（二）數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析是指用適當(dāng)?shù)姆治龇椒ㄅc工具，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，提取與發(fā)現(xiàn)其中有價(jià)值的信息，形成結(jié)論的過(guò)程。通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以描述事物現(xiàn)狀、發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在要素的相互關(guān)聯(lián)、對(duì)事物發(fā)展趨勢(shì)做出科學(xué)預(yù)測(cè)。從組織方式來(lái)看，可通過(guò)“結(jié)構(gòu)圖”的方式（例如E-R圖）抽象事物的屬性特征，表達(dá)屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立數(shù)據(jù)模型，降低數(shù)據(jù)間的冗余度，表述數(shù)據(jù)所承載的信息。例如，通過(guò)建立“學(xué)生”實(shí)體數(shù)據(jù)模型，表達(dá)實(shí)體基本屬性、明確數(shù)據(jù)項(xiàng)操作方式，采用數(shù)據(jù)約束保證數(shù)據(jù)有效性。從分析方法來(lái)看，常用的數(shù)據(jù)分析方法有對(duì)比分析、分組分析、交叉分析等，針對(duì)不同的分析目的和數(shù)據(jù)類型，可采用合適的分析方法分析數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)所承載的信息。例如，通過(guò)對(duì)比分析法可將兩個(gè)（類）或兩個(gè)（類）以上的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析它們的差異，揭示這些數(shù)據(jù)所代表的事物發(fā)展變化和規(guī)律性，對(duì)其發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)等。從分析工具來(lái)看，在信息技術(shù)層面有專業(yè)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析工具（例如數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、專用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等），也有便于用戶直接應(yīng)用的軟件工具（例如電子表格軟件、網(wǎng)絡(luò)文本分析軟件等）。

（三）數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化是指借助圖表、圖像形象地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，支持用戶直觀了解數(shù)據(jù)，分析蘊(yùn)含在數(shù)據(jù)背后的內(nèi)容，其目的在于“通過(guò)圖形化的手段清晰有效地傳達(dá)信息，幫助人們分析數(shù)據(jù)、探索原由、發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)信息的有效表達(dá)，數(shù)據(jù)可視化需要綜合考慮數(shù)據(jù)類型、信息表達(dá)意義、可視化工具等多方面的特征。從數(shù)據(jù)組織形式來(lái)看，數(shù)據(jù)可視化包括（但不限于）“分類數(shù)據(jù)可視化”“時(shí)序數(shù)據(jù)可視化”“空間數(shù)據(jù)可視化”等。從呈現(xiàn)方式來(lái)看，不同學(xué)者（或研究組織）對(duì)可視化呈現(xiàn)提出了各自的見解。美國(guó)加州硅谷數(shù)據(jù)科學(xué)研究學(xué)者朱莉婭（Julie Steele）等人認(rèn)為數(shù)據(jù)可視化效果要體現(xiàn)在4個(gè)要素上，即形式新穎、內(nèi)容充實(shí)、直觀高效和符合審美；英國(guó)發(fā)展研究所突出強(qiáng)調(diào)了數(shù)據(jù)可視化的6個(gè)方面，即：表達(dá)簡(jiǎn)約、內(nèi)容易讀、關(guān)系一致、色彩清晰、避免信息過(guò)載（例如避免使用3D形式）、文字表述有效等。分析數(shù)據(jù)可視化要點(diǎn)，其呈現(xiàn)方式主要表現(xiàn)為：（1）一致性?？梢暬磉_(dá)的信息與數(shù)據(jù)要保持一致，準(zhǔn)確反映數(shù)據(jù)之間的關(guān)系；（2）完整性，可視化圖形要素要完整，相關(guān)說(shuō)明應(yīng)齊全、規(guī)范；（3）直觀性，可視化圖形簡(jiǎn)潔、清晰、易讀，直觀表達(dá)出相關(guān)信息；（4）美觀性，圖形選擇符合數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式和色彩搭配層次分明。從工具選擇來(lái)看，常用的可視化工具有綜合性的數(shù)據(jù)軟件工具（例如ExCEL，SPSS等），也有專項(xiàng)在線可視化工具（例如，Gephi，visualize Free等）。依據(jù)數(shù)據(jù)分析需要，合理選用數(shù)據(jù)可視化方法與工具可將類型多樣、關(guān)系復(fù)雜的數(shù)據(jù)清晰直觀地呈現(xiàn)，快速尋求數(shù)據(jù)之間的信息，有效實(shí)現(xiàn)人人、人機(jī)之間的圖像信息交流。

此外，“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊中的“數(shù)據(jù)與信息”“算法與程序?qū)崿F(xiàn)”的內(nèi)容也都有針對(duì)性的設(shè)計(jì)了相應(yīng)的學(xué)科方法和技術(shù)工具，以此支持學(xué)生利用信息技術(shù)解決問(wèn)題和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

四、學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透與教學(xué)建議

信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)是在學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)總體要求下，綜合考察人與信息技術(shù)關(guān)系后確定的，它包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)核心要素?！皵?shù)據(jù)與計(jì)算”模塊依據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)，結(jié)合本模塊的學(xué)科特征描述內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，將核心素養(yǎng)滲透至其中。

（一）信息意識(shí)

信息意識(shí)是指?jìng)€(gè)體對(duì)信息的敏感度和對(duì)信息價(jià)值的判斷力，它會(huì)隨著學(xué)生對(duì)信息社會(huì)的融入緊密程度和認(rèn)識(shí)的深刻性而不斷發(fā)展。從認(rèn)知發(fā)展來(lái)看，高中學(xué)生能夠比較客觀的看待自我，能明確地表現(xiàn)自我，形成理智的自我意識(shí)。高中是學(xué)生信息意識(shí)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵期。針對(duì)學(xué)生在信息社會(huì)的發(fā)展需要，“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊設(shè)計(jì)了“在運(yùn)用數(shù)字化工具的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，理解數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)的相互關(guān)系，認(rèn)識(shí)到大數(shù)據(jù)對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憽钡膬?nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系，合理利用數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)收集與處理，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)、甄別和應(yīng)用信息，以此指導(dǎo)個(gè)人的學(xué)習(xí)和生活。在教學(xué)中，教師可從學(xué)生日常生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，讓學(xué)生感受生活與學(xué)習(xí)中“數(shù)據(jù)與信息”的事實(shí)，認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)與信息對(duì)社會(huì)發(fā)展和個(gè)人成長(zhǎng)的影響，體驗(yàn)利用數(shù)字化工具對(duì)數(shù)據(jù)處理和信息發(fā)現(xiàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)據(jù)改變?nèi)藗兩钸M(jìn)行深入地思考，發(fā)展學(xué)生的信息意識(shí)。

（二）計(jì)算思維

當(dāng)“程序驅(qū)動(dòng)”的數(shù)字化工具滲透到人們生活、學(xué)習(xí)和工作的方方面面，甚至成為人們身體的一部分時(shí)，人們不僅要需要具備操作這些技術(shù)工具的技能，同樣需要從深層次理解這些技術(shù)工具，知道它們的工作方法和應(yīng)用流程，處理好人與技術(shù)工具的關(guān)系，即發(fā)展{博思維。計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。從認(rèn)知發(fā)展來(lái)看，高中學(xué)生邏輯思維能力逐步趨于成熟，能夠?qū)ψ约旱乃枷胗^點(diǎn)進(jìn)行論證，能有條理地對(duì)各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)加以理論說(shuō)明，這也為學(xué)生計(jì)算思維的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了條件。針對(duì)學(xué)生認(rèn)知能力，按照計(jì)算思維的發(fā)展要求，本模塊謝十了“從生活實(shí)例出發(fā)，概述算法的概念與特征，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡(jiǎn)單算法”“掌握一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本知識(shí)，使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單算法”等內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)相應(yīng)目標(biāo)的達(dá)成，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展。

（三）數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新

信息社會(huì)中，現(xiàn)實(shí)空間與虛擬空間相互交織形成了一個(gè)全新的社會(huì)環(huán)境，它在改變?nèi)藗兩?、工作與學(xué)習(xí)的同時(shí)，也塑造出一種全新的生存與發(fā)展方式，數(shù)字化學(xué)習(xí)逐步成為終身學(xué)習(xí)的一種重要形式。為幫助學(xué)生拓展學(xué)生學(xué)習(xí)方式，便捷地獲取、分析數(shù)據(jù)，獲得有效信息，將其轉(zhuǎn)化為個(gè)人知識(shí)，促進(jìn)個(gè)人終身發(fā)展，該模塊通過(guò)設(shè)計(jì)“針對(duì)具體學(xué)習(xí)任務(wù)，體驗(yàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)過(guò)程，感受利用數(shù)字化工具和資源的優(yōu)勢(shì)”等內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，將“數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”學(xué)科核心素養(yǎng)滲透到課程模塊之中。教學(xué)過(guò)程中，教師可借助數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新活動(dòng)，掌握數(shù)字化學(xué)習(xí)策略，通過(guò)整合跨學(xué)科的學(xué)習(xí)任務(wù)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用數(shù)字化工具表達(dá)思想、建構(gòu)知識(shí)，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的習(xí)慣。

（四）信息社會(huì)責(zé)任

信息社會(huì)是通過(guò)創(chuàng)造、分配、使用、整合和處理信息進(jìn)行社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治和文化活動(dòng)的社會(huì)形態(tài)。其中的社會(huì)成員通過(guò)創(chuàng)新、高效使用信息技術(shù)為手段，以此獲得較高的個(gè)人或組織生存與發(fā)展優(yōu)勢(shì)。他們?cè)谙碛行畔⒓夹g(shù)帶來(lái)的充分便利時(shí)，也被賦予新的社會(huì)責(zé)任。高中信息技術(shù)課程既要加強(qiáng)基本信息技術(shù)知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生應(yīng)用學(xué)科方法與技術(shù)工具解決問(wèn)題的能力，同樣也要培養(yǎng)學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任。因此，“數(shù)據(jù)與計(jì)算”模塊還設(shè)計(jì)了“根據(jù)任務(wù)需求，選用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理軟件處理數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)分析報(bào)告，理解對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)的意義”等數(shù)據(jù)安全方面的要求。教學(xué)過(guò)程中，教師可根據(jù)實(shí)際情況組織學(xué)生參觀學(xué)校（或社會(huì)場(chǎng)所）的信息中心，觀察信息中心的組織和運(yùn)行模式，聽取專業(yè)人員介紹數(shù)據(jù)應(yīng)用與保護(hù)的方法，認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)安全的重要性，發(fā)展學(xué)生信息社會(huì)責(zé)任。

五、結(jié)語(yǔ)

信息技術(shù)與社會(huì)各領(lǐng)域的交互融合引發(fā)了數(shù)據(jù)量的迅猛增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和人們生活的影響日益凸顯?！皵?shù)據(jù)與計(jì)算”模塊依據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)，依據(jù)本學(xué)科的特征，構(gòu)建“數(shù)據(jù)、信息、算法、程序”等核心概念體系，融入了利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的學(xué)科方法與技術(shù)工具，發(fā)展學(xué)生利用信息技術(shù)解決問(wèn)題的能力，將學(xué)科核心素養(yǎng)素滲透其中，培養(yǎng)合格的數(shù)字化公民。