数据蕴含价值，结构促升效率
李维明
主持人语：自2019年9月采用新课标新教材开展教学以来，北京、天津、山东、海南、辽宁等5个省（市）大多完成了必修模块的教学，部分省（市）还进行了学业水平合格考试，取得了良好的成效。今年，教育部又组织专家对课标进行了修订，颁布了最新版的《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020修订）》，更加明晰了学科核心素养的内涵和内容模块的结构，增强了教学应用的方向感。当下，新课标新教材的教学实践已经进入到选择性必修模块教学的新阶段，怎么选择、怎么教学是必须面临的重要问题。为配合即将到来的选择性必修课程的教学，本期将开启“普通高中信息技术新课程实施”之选择性必修模块的教学等系列专题的研讨，以飨读者。同时，也希望广大信息技术教师、教研人员积极参与，献计献策，共同促进学科新课标新课程的顺利实施、健康发展。欢迎大家不吝赐稿（358211798@qq.com）。
教育部颁布的《普通高中课程方案（2017年版2020年修订）》（简称《方案》）与以往不同的是“将课程类别调整为必修课程、选择性必修课程和选修课程，在保证共同基础的前提下，为不同发展方向的学生提供有选择的课程”。这里首次提出了“选择性必修课程”的概念：“选择性必修课程，由国家根据学生个性发展和升学考试需要设置。参加普通高等学校招生全国统一考试的学生，必须在本类课程规定范围内选择相关科目修习;其他学生结合兴趣爱好，也必须选择部分科目内容修习，以满足毕业学分的要求。”而在《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020修订）》（简称《标准》）中，“选择性必修课程”分为“模块1：数据与数据结构”“模块2：网络基础”“模块3：数据管理与分析”“模块4：人工智能初步”“模块5：三维设计与创意”“模块6：开源硬件项目设计”这六个模块。其中，“数据与数据结构”“网络基础”“数据管理与分析”三个模块是为学生升学需要而设计的课程，三个模块的内容相互并列;“人工智能初步”“三维设计与创意”“开源硬件项目设计”三个模块是为学生个性化发展而设计的课程，学生可根据自身的发展需要进行选学。至于各高中学校怎么安排课程，学生怎么进行选择，这是需要各地根据教学的需求、教师的配置情况以及学校的硬件基础进行设计，尽可能地满足学生高校升学及兴趣发展的要求。
“数据与数据结构”是“选择性必修课程”的第一个模块，开展教学之前首先应该理清其内容结构;然后，在此基础上思考运用什么样的策略开展教学;再则，需要考虑如何进行教学效果的评价。
● 模块内容结构
《标准》“选择性必修模块1：数据与数据结构”共包括“数据及其价值”“数据结构”及“数据结构应用”等三部分内容。其内容结构如右图所示。
与必修学习的“数据与计算”模块类似，在“数据与数据结构”模块内容中，“数据”仍然是最重要的内容。对数据及其价值的认识，虽然在必修模块中已经涉及，但对其价值的认识还可深入。例如，数据的一般定义为“对客观事物的符号记录”，那么它的价值体现在什么地方呢？目前的观点是数据可作为新的原材料、新的生产资料和新的基础设施，所以蕴含着极大的社会价值和经济价值，这就是右图《标准》中的1.1和1.2所表达的数据价值的内含。
在认识了数据蕴含的巨大价值之后，还需要了解数据间的相互关系，这就是“理解数据结构的概念”，了解数据结构，并“认识数据结构在解决问题过程中的重要作用”。数据结构是数据元素以及数据元素之间关系的集合，合理地应用数据结构，可以提高计算机程序的运行效率和存储效率。由于数据类型、相互关系及存储处理方式的多样性，数据结构的表现形式也多种多样，包括图中《标准》1.5中提到的“串”“队列”“栈”之类的“线性表”以及图中《标准》1.4中提到的“数组”的概念和基本操作，也包括图中《标准》1.6中提到的抽象数据的“树”“二叉树”的概念和基本操作等。
数据结构与数据关系密切，在问题解决层面更与算法紧密相联，“算法+数据结构=程序”也许就是这种关联最形象的表达。为了理解这种关系，《标准》用比较简单的“数据的排序和查找”等应用问题的解决，让学生“体验迭代和递归的方法，理解算法与数据结构的关系”。从数据到数据结构，再到应用，本模块内容脉络清晰，层次分明，教学时一定要注重结构，心中有“数”。
● 模块教学策略
《标准》“教学提示”建议：“算法与数据结构是问题求解中相辅相成、不可分割的两个方面。”所以，教学时就要抓住“问题求解”这个关键，兼顾“算法”“数据结构”这两个方面，设计程序，实现求解。
比如，人员电话号码登记与查找的问题，如果采用自然登记的顺序结构组织数据，登记时很简单，来一个人就记录一个人的信息，查找的算法也很简单，从头到尾依次查对就行。这种方法在人数较少时可行，在人数众多的情况下，依次查对的效率就极低了。改变这种状况的方法之一就是改变数据的结构——将顺序登记的名单按姓氏分类登记，查找时也就根据姓氏分类查找，效率就会大大地提高。由此可以看出，解决实际问题时，数据结构对算法、结果都会产生较大的影响，教学中必须让学生意识到这一点，从而认识到数据结构在问题解决中的重要地位。
至于模块教学的具体途径，《标准》中多次出现“通过列举实例”“结合生活实际”“通过案例分析”等类似的表述，说明了在教学过程中运用实例、结合实际的重要性。具体来说，“在本模块教学中，可以通过设计范例，引导学生理解数据结构、抽象数据类型等基本概念”。为此，《标准》中给出了“车库单行车道出口受阻”的案例，让学生了解“栈”的概念;给出了“围棋棋盘”的实例，让学生了解“利用二维数组描述围棋棋盘”的方法。类似的案例在新课标教材中还有很多，其目的都是通过实例引入数据结构的概念，通过项目的学习，让学生自己寻找需要解决的问题，设计相关的项目主题，开展项目学习，这就是本模块教学的基本策略。
● 学业评价建议
关于选择性必修课程的学业评价，《标准》指出：“选择性必修中的‘数据与数据结构‘网络基础‘数据管理与分析是本学科学业水平等级性考试的依据。学生修完这三个模块后，可参加高中信息技术学业水平等级性考试。”这里要求的是“修完这三个模块”，才可以参加学业水平等级性考试。那么，在修习了第一个模块“数据与数据结构”之后，还不具备参加学业水平等级性考试的条件。这时也有必要进行一次检测，也就是进行一次单元（模块）测试，便于总结梳理，发现问题，夯实学业，提升素养。
《标准》要求：“学业水平等级性考试主要用于学生升学，即为高校入学提供依据。学业水平等级性考试应具有较高的信度、效度，必要的区分度和适当的难度。学业水平等级性考试在考查知识与技能的同时，还要注重考查能力，把对能力的考核放在首要位置。”如何考查能力？可通过学生对真实情境的问题解决的项目活动來进行考查。项目情境要来源于学生的学习和生活，要从问题解决的过程与方法层面设计评价方案。信息技术在社会生活中的应用非常广泛，情境的设计与选择一方面要尽可能符合本学科的学业要求，另一方面也要拓宽思路，在社会、人文、科学等领域选择具有一定开放性和复杂性的情境来进行考核。
至于考核的形式，“尽量采用能测试学生问题解决和实践能力的形式，如纸笔测试与上机测试相结合的方式”。正如之前在必修课程教学策略中讨论的一样，纸笔考试和上机测试各有优劣，二者结合可以相得益彰。无论选用什么形式，修习完“数据与数据结构”模块后，其单元测试都应该按照《标准》中“学业水平等级考试”的要求来设计实施，以便衡量是否完成模块内容学习、达到相应的学业质量标准，是否可以取得本模块修习的2个学分等。
“数据与数据结构”模块的教学，是选择性必修整个教学活动的开端，每位信息技术教师、教研工作者一定要高度重视。在教学前要科学地制订教学计划，确定教学策略，确立教学方向;教学中要根据实际情况，智慧地调整教学内容，以帮助学生完成修习目标，提升核心素养;模块教学完成后，还须合理设计检测方式和检测内容，以评估教学目标达成情况，为进一步教学奠定基础。只要重视教学的每一个环节，大家的努力一定能获得丰厚的回报。
