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数据素养:美国人工智能教育战略新动向

来源:《中国教育报》发布时间:2022-04-08 16:45浏览量:字体:

世界经济论坛最新发布的《未来工作报告》显示:疫情的全球蔓延加剧了高信息技术含量工作的更新换代,新技术应用步伐在某些领域进一步加速,云计算、大数据和电子商务的运用仍然是商业领袖的高度优先事项。与此同时,人们对数据加密、非人形机器人和人工智能的兴趣也有了显著提高。领英公司近年发布的职业报告显示,“软件应用”已经遍及所有与技术相关的职业领域。在位居前十的热门职业种类中,如数据分析师、软件工程师、银行投资分析师、平面设计员等职业,均需要从业者具备深厚的数据素养。新科技革命背景下,“提升劳动者数据素养”已成为世界各国提高国家竞争力的重要方向。

当前,美国联邦政府和社会组织正纵深推进人工智能教育,越发强调数据素养的重要性。早在2018年12月,美国联邦政府在其发布的“北极星计划”中,就着重强调发展师生的计算机技能和数据素养,联邦政府各机构在这方面的项目和投入也逐渐增多。此前,美国教育部组织召开了以提升中小学生数据素养为主题的研讨会,面向全美召集了大学教授、中小学教师、非政府组织代表、政府官员和企业代表等,深度分享了各领域关于数据素养教育的前沿探索。

数据素养战略主要关注哪些内容

全美数学教师理事会主席特蕾娜·维尔克森(TrenaWilkerson)认为,当前,借助数据素养促进青少年对世界的认识和理解,提升青少年分析和批判性思维能力,从而拓展其成长与发展机会,是教育改革不可或缺的重要内容。无论是在STEM(科学、技术、工程和数学教育)领域还是在非STEM领域,数据素养均是学生最为基本和关键的素养。

从学校日常教学来看,数据素养可以更好地帮助学习者在学科内部、学科之间形成有机联系,并深化背景理解。在学科教学上,主要依靠培养数学、统计、定量分析以及现代传媒等学科领域的技能素养,使学生习得严谨、明智决策所需的知识和技能,并应用于现实问题的分析与解决。

近年来,美国着重通过借助社区力量并创建相关生态的方式以促进STEM教育,对于发展学生数据素养而言也是如此。特蕾娜呼吁,应充分借助社区资源,充分发挥利益相关者,即包括父母或监护人、社区、学校教师、教师培训方、企业、管理人员和校董会等在内的多方面力量,共同促进数据素养教育;同时,注重K-12(学前教育至高中教育)乃至中学后教育的课程衔接以及加强课程和评估研发。就具体内容而言,特蕾娜认为,加强数学教育,发展统计思维进而带动提升数据素养是当务之急。

中学生数据素养提升教育有哪些新动态

加州大学伯克利分校“X研究中心”(CenterX)的苏延·玛卡多(SuyenMachado)笃信:“如果没有强大的计算机科学基础,特别是数据科学基础,我们的学生将无法为21世纪的职业做好准备。因此,必须将计算机科学技能与相关学科相结合。”

近年来,玛卡多正在推进“高中生数据科学概论”(IDS)的教育与普及工作。该工作受美国国家科学基金会拨款支持,源于创建探索计算机科学的工作课程,其目标主要是将计算思维和统计思维有机植入高中数学和科学课程。作为面向公立学校创建的首例数据科学课程,“高中生数据科学概论”教育鼓励教师使用数据进行批判性教学,学生的学习内容主要包括通过“参与式感知”借助智能手机和网络工具收集数据以及学习R语言(一种开源编程语言)。目前,“高中生数据科学概论”教育已在美国4个州的26个学区讲授,近期主要集中于为教师提供技术和专业支持。

布朗大学教授伊曼纽尔·尚泽尔(EmmanuelSchanzer)分享了自2006年以来推广实施的“数据科学基础课程”(BootstrapDataScience)。作为以研究为基础的计算机科学课程模块之一,数据科学基础课程主要关注统计学与计算机编程,该模块涵盖了函数、循环和迭代、数据可视化、线性回归等专题内容。通过该模块学习,学生可以学会使用多种方法分析数据并撰写研究论文。社会研究、科学和商业课程教师可以利用该模块帮助学生从数据中进行推理,数学教师可以使用这个模块来介绍统计学的基础概念。

数据素养提升教育的突出实践探索有哪些

斯坦福大学教育学院教授乔·博勒(JoBoaler)系统介绍了名为“Youcubed”的美国公益性网站在促进数据素养教育中的探索模式及相应进展。该网站的主要目的在于,面向全球中小学师生分享数学和数据科学所呈现出的创造性和创意之美。在过去五年,该网站访问量已逾5400万次,网站可供下载数百个免费的数据课程和相应的学习项目;近2/3的美国学校利用该网站资源开展教学,订阅用户为14.5万,涵盖了160多个国家。

面向数据素养的提升,“Youcubed”团队推出了在加州重构高中数学课程体系的设想,主张以进阶提升学生的数据素养为主线,重新整合代数学、统计学、微积分基础、线性代数、微积分与三角函数、数学建模和计算机编程等分支学科,并与谷歌公司合作,开发出一套纵贯K-12年级学段的“适应性课程”(YoucubedAdaptableCurriculum)。课程研发团队成员涵盖了中小学教师、大学教授、亚马逊数据分析师等多个行业,该套课程具有门槛低、应用范围广、数据库资料丰富以及适合个体化学习的灵活弹性空间等特征。“Youcubed”网站也为教师开展数据科学教学提供了相应的视频案例,目前已有2万名教师选修该网站内容。面向师生,该网站所提倡的数据素养教育始终贯穿这样的问题,比如你发现了什么、什么让你好奇、在数据的可视化过程中会出现什么现象等,以此来鼓励学生探索。所选案例多集中在日常生活领域,或者人类所共同关注的话题,如全球变暖、篮球比赛球员位置、超市购物等。

在数据素养教学中,“Youcubed”团队主张实施“大概念”教学,主张用“大概念”的习得和运用取代既有的课程标准,这样的理念与操作模式纵贯K-12全过程。“大概念”教学的基本实施流程为:提出问题—收集数据—分析数据—运用数据理解、交流并应用于问题解决。以高一年级教学为例,在提出问题环节,需要引导学生提出问题,生成观念,并将其进一步归纳为数学统计问题;接下来,对信息如图像、声音、数字、分类等进行数据编码,并有意识地将收集数据信息作为问题解决的基础;进而,鼓励学生尝试多种方法以运用编码数据去描述、分析变量,并运用相关技术去开发模型,以分析、解决问题。最后,引导学生得出结论、形成报告、回答问题,并与同伴交流、验证。

“Youcubed”团队擅长联络谷歌等高科技公司与高校教授和中小学教师等组建团队,重新整合中小学所涉数学学科门类来开发课程,并主张“大概念”的教学方式,这对美国当前的中小学数学教学也是一种有益的补充。与传统课堂按部就班的教学模式相比,这种基于“大概念”的课堂教学不设置太多的考试,所提供的学习资源具有趣味性和挑战性,相关概念也更易于理解和操作,有助于鼓励学生主动探究,进行深度分析,并能很好地开展团队协作。通过在这一课堂的学习,学生得以开展深度思考,熟悉数据的收集和利用过程,进一步提升了批判性思维能力。

近年来,美国联邦政府也加强了数据素养教育的支持力度。例如,美国国家航空航天局设立了“数据日”,面向中小学校开展空间数据方面的科普教育;美国人口普查中心在中小学设立项目,为K-12教育阶段的数学、历史、社科、地理等提供必要的数据支持;美国教育部教育科学研究所特别开设了“数据科学教育项目”等。此外,美国复苏计划ESSER基金、种子教师发展项目(SEED)、教育创新研究(EIR)、联邦通信委员会升级教育宽带(E-Rate)项目等,均设有数据素养教育资助专题。

当前,美国在人工智能教育领域呈现出中学数学教育和计算机科学教育整合发展的趋势,对世界各国的人工智能教育都具有一定的借鉴意义。

(作者单位系中国教育科学研究院,本文系中国教育科学研究院2019年度基本科研业务费专项资金项目“人工智能教育的国际比较与实施路径研究”[GYH2019024]成果)

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