數據科學教育與信息技術教育

華東師范大學開放教育學院教授，曾任華東師范大學信息科學技術學院副院長、全國中小學計算機教育研究中心上海部主任等職，近期主要從事兒童編程教育、計算思維教育等方面的研究工作，已出版專著《計算思維教育》《中小學計算思維教育實踐》以及兒童編程系列讀本，發表論文數十篇。

《中國信息技術教育》：您認為當前是否有必要在中小學開展數據科學教育呢？

王榮良：傳統的學科如數學、統計學乃至20世紀才出現的計算機科學，都是承擔數據處理及工具研究的學科。進入21世紀，全球科技創新空前活躍，以大數據、物聯網為代表的新一代信息技術加速應用，推動自然科學和人文科學的交叉融合。數據科學的提出，連接了原本分離的學科、社會和用戶，運用數據分析技術從各個領域生產的數據中提取高價值數據，其未來的圖景是認知和決策自動化、社會技術生態融合、科技創新與數據驅動的“超智能社會”。2015年8月，國務院頒布的《促進大數據發展行動綱要》提出了將大數據上升為國家戰略，把大數據作為基礎性戰略資源，加快推動數據資源共享開放和開發應用，助力產業轉型升級和社會治理創新。在此背景下，教育部設立了“數據科學與大數據技術”專業，該專業以計算機科學、數學及統計學為支撐，以生物、醫學、管理學、環境科學等學科應用為拓展，主要研究數據采集整理、數據存儲與管理、數據分析等內容，從行業角度對含有高價值的海量數據集進行數據管理、分析、研發和應用。數據科學專業旨在培養基于計算機技術、數據分析技術、人工智能技術以及學科應用交叉的數據工作者。從新時代數據科學的重要性和基礎教育培養新時代建設者的職責出發，未來的社會建設者應該具備適應未來迅速發展的、數據驅動的數據經濟社會的能力。在中小學階段開展符合學生年齡和認知特征的數據科學教育是有必要的。

《中國信息技術教育》：如果在中小學開展數據科學教育，您覺得對學生會有哪些方面的價值？

王榮良：大學的數據科學相關專業是以培養基于計算機技術、數據分析技術以及多學科應用交叉的復合型人才為目標的。不同于大學的專業人才培養，中小學開展數據科學教育的主要價值是能夠讓學生真實感受數據的價值。如果說蒸汽機和電能成就了工業經濟，那么數據就是催生數字經濟和社會形態的新能源。中小學開展數據科學教育，不在于讓學生掌握高深的數據處理技能和工具，而是潛移默化地培養學生從數據的視角思考問題的習慣，以適應社會發展的需要。

中小學的數據科學教育不是簡單地將大學數據科學專業的教學內容下放到中小學，而是需要與基礎教育現有的課程如數學、信息技術課程中關于數據處理的教學內容進行充分的整合。數據科學教育的引入可以促進傳統學科相互融合，為傳統學科注入新時代的特征，同時形成新的教學形態，從而達到培養學生面向社會數據應用基礎性能力的目標。

《中國信息技術教育》：當前我國信息技術課程體系中是否涉及數據科學教育呢？

王榮良：數據科學涉及計算機科學技術、數學、統計學以及各種具體的應用學科，計算機科學技術以數據為處理對象，研究數據處理方法，制造數據處理工具。計算機科學技術也是信息技術課程重要的學習內容，因此，信息技術課程必定與數據科學教育的內容有重疊，信息技術課程中的計算機科學技術部分可以為數據教育的實施提供數據加工的思想方法和工具。計算機科學技術是互聯網發展的核心基礎，互聯網催生了大數據，大數據的有效應用和精準分析又使得人工智能成為熱點。計算機科學技術以“應用驅動創新”的發展規律實現了從“以計算為中心”向“以數據為中心”的轉變。

信息技術課程應該有自身存在和發展的定力，有相對穩定的課程目標，從而才能理性對待數據科學教育。信息技術課程沒有必要本著“什么流行學什么”的思維習慣將數據科學的內容全盤納入本課程之中，也沒有必要因課程中涉及數據科學教育而自喜，從而證明信息技術課程的存在價值?；A教育的基礎性要求信息技術課程的發展不能純粹以社會應用為導向，信息技術課程不會因為芯片危機而宣傳課程開設是為國家培養芯片人才，也不會因為課程中包含有部分數據科學教育內容而將課程目標理解為培養數據處理高端人才。

《中國信息技術教育》：您覺得我國的數據科學教育主要應該包括哪些內容呢？

王榮良：中小學數據科學教育可以包括數據、數據處理和數據倫理三部分。對數據的認識，并不是簡單地背誦數據的概念，區分數據與信息的異同，而是通過經歷數據處理過程，體驗數據的重要性，學會以數據的視角認識世界和事物，建立用數據表達客觀世界和改造客觀世界的意識。數據處理的重點不是新技術的學習，而是整合現有課程中的數據處理方法和工具對真實數據的加工處理，從而形成數據處理意識和數據處理綜合能力。數據倫理通過數據濫用、數據孤島、數據安全等問題的探討為學生建立正確的數據觀。

《中國信息技術教育》：您覺得開展數據科學教育應該如何處理好與其他信息技術課程內容之間的關系呢？如編程教育等。

王榮良：數據科學的多學科特征決定了數據科學教育在中小學實施的跨學科形態。因此，數據科學教育的部分學習內容可以由某些傳統課程如信息技術課程來承擔，而有些學習內容則應采用類似于STEM課程的實施形態。數據科學需要解決的可能是一個物理問題，也可能是一個社會問題，學習者需要數學基礎，也需要運用計算機技術設計問題解決方案并最終解決問題。

信息技術課程發展性特征的外在反映是課程內容的可塑性，課程的變化既要體現學生的發展需要，也要符合對應的學科邏輯。數據科學和計算機科學都是以有效的數據處理為目標，但兩者的視角和重點有所不同。以通過程序設計實現數據處理為例，計算機科學關注的是數據模型、數據結構、算法設計與程序實現，并期望形成解決這類問題的程序設計方法。而數據科學會將關注點向現實問題前移，關注的往往是如何用數據來表征現實問題，如何在海量數據中挖掘有價值的數據，如何用數據來管制問題。程序是數據處理的工具，在編程教育中，從計算機科學視角出發，強調的是算法和程序實現的方法，所列舉的待解決問題實例，也是為學習編程語言和算法實現服務的。如果從數據科學學科視角出發，編程教育實施的關注點是現實問題和數據以及技術的選擇，程序實現應該是已掌握的知識與技術，不是數據科學的重點。因此，信息技術課程中的編程教育，關注重點是問題與數據，還是算法與程序實現，將取決于信息技術課程的發展邏輯。

《中國信息技術教育》：您覺得當前在我國實施數據科學教育會面臨哪些困難呢？

王榮良：第一，缺乏站在基礎教育全局層面系統性地對數據科學教育內涵進行研究。當一個新學術概念或者熱衷發明的一些新名詞引入基礎教育領域，往往會引起流量式關注和自戀式鼓舞，但如果學生沒有發展全局觀和對應學科邏輯的思考，則會使教學實施流于表面形式而缺失實際教學效果。第二，缺乏數據科學與傳統課程的關系梳理。數學或信息技術課程提供的知識儲備和工具支撐，應用場景對應的學科知識背景是數據科學教育教學設計的基礎。第三，缺乏跨學科學習的生態環境。當今傳統課程與傳統教學方式仍是主流，跨學科教學還沒有成為教師教學的習慣而只是點綴。例如，項目式學習是數據科學教育的一種好形式，但受多種因素的影響，目前項目式學習在實施中常被轉換為情境創設而輕易地淹沒于傳統教學之中。

《中國信息技術教育》：為了更好地推進數據科學教育，您覺得應該做哪些工作呢？

王榮良：第一，對數據科學教育開展基礎性研究，包括教育價值與學生培養目標的確定、與信息技術等相關學科關系以及教學內容的分割、梳理不同學段學習者的認知基礎等。第二，學習平臺建設，數據科學教育教學涉及的學科面廣、數據量大，數據處理工具多樣化、學習方法項目化，需要有相應的數據資源和學習平臺支撐。第三，教學生態培育。通過教師培訓和教學實踐，關注能力培養和數據意識建立，形成基礎課程支撐的、跨學科教學實施的、與學生科技創新活動有機結合的新型教學生態環境。