项华[1]

一、数据探究

（一）科技改变世界

科技已经成为人类生存与发展的一个基本条件和重要手段。人们利用科技获取信息，表达观点，与他人交流思想、开展工作，以认识自身和改造自然，特别是计算机和互联网等现代信息技术的快速发展正全面影响着大家的日常学习和生活方式。“互联网+”“智能化”已渗透到生活的方方面面。智能校园，智慧化的校园工作、学习和生活一体化；智慧交通，路况查询、缴纳罚款；便捷缴费，水电气费、城市一卡通、路桥缴费；智能医疗，预约挂号、候诊提醒、诊疗结果查询。

（二）四大科技聚合将给人类带来巨大变化

人的科学素质在生活与生产实践中始终处于进化之中。如今的“数字一代”每天都会花很多时间使用数字化设备，相当于大脑在不断地接受这些刺激，强化了某些神经连接，导致在视觉学习和视觉信息处理上有较强的神经元连接。这使得现代人更喜欢最新的在线视听觉信息来源，喜欢即时的、有趣的学习。进入21世纪，基于自然界单一性的科学统一性被确认，纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学走向聚合，加快了技术进步的速度，并且可能会再次改变物种，其深远意义可以媲美人类数十万代以前人类学会口头语言。21世纪的结构正在形成一个由比特、基因、神经元和原子要素构成的立体图景，这种立体图景基于计算机手段整合而建构。科学探究出现了基于计算机手段的第三种形态——计算。

现在有两种趋势发生了新的变化，一个是学科交叉，现在任何一个学科在前沿的时候、前沿的地方，都是各种学科综合交叉在一起发生作用。另一个是基于计算机的数据与计算。2017年7月份国务院发布了《新一代人工智能发展规划》，这意味着很快就要进入人工智能时代。这是一个全新的时代，是一个陌生的环境，教育应该怎么样去应对这种技术的发展与生活环境的变化呢？

（三）探究是应对陌生环境的法宝

探究作为一种现象，广泛存在于动物界。在地球的生态圈中，各种动物趋利避害，探究是一种本能，是一种广泛的现象。比如一只小鸡正在啄食，听到周边一个响声，它会警觉地抬起头，四处张望，它在探究。人有一个强大功能的大脑，人的探究主要表现在探究式学习方面。所谓探究式学习，是指像科学家一样探索、发现与解决问题。可以讲，相对于研究、探索等概念，探究更为基础，是人的素质的直接形成条件之一。

按照数据探究理论，实现科学素质教育的手段分成了三类：其一，基于实物实验的手段；其二，基于学科专业知识、经验和数学的手段；其三，基于计算机计算的手段。科学素质的有效提升应该综合应用三种途径和手段。其中基于计算机计算的手段主要有网络搜索引擎、图像分析技术、虚拟与编程技术以及传感器技术、数字化工具等。

（四）数据探究教学模式

教学理念从过去单纯地关注“教”开始转向数据探究教学模式，重点关注“学”，如何在互联网环境下实现个性化教学成为教学改革的关键，数字化工具层出不穷，如移动互联设备、3D打印技术、虚拟现实（VR）和增强虚拟现实（AR）技术等。教育创新实践不断涌现，比如创客教育、微课。微课以阐释某一知识点为目标，以短小精悍的在线视频为表现形式，用以讲授单一知识点或突破某个教学问题。微课可以很好地将知识碎片化，结合互联网与移动技术，可以满足随时随地的学习需求。数据探究教学模式由“产生问题与项目”“微讲授”“微探究”“微造物”“形成研究小团队”等环节构成。既强调基于互联网的数据探究或者自主学习，也强**师的主导作用。它具有多样而灵活的教学范式，既适合数字校园或者智慧校园环境，又适合电子校园环境，甚至适用于网络条件更差的学校。

二、数字科学家计划

（一）数字科学家计划的概念

什么是数字科学计划呢？数字科学计划是一种人工智能时代背景下的应用数码相机、计算机和互联网等智能工具，提高师生科学信息核心素养水平的行动方案。它的宗旨是提高青少年群体的科学信息素养水平。科学素养概念的内涵总是随着时代的发展而不断进化的，在信息时代，信息要素在科学素养概念的构成中地位凸显，因此科学信息素养（科学素养与信息素养的交集）成为一个人全面发展的重中之重的内容，科学信息素养是信息时代公民的核心素养。

学校系统一般采取三个级别设立课程，即国家级必选课程、地方级选修课程和校本选修课程。其中学科课程占有主体地位。学科课程话语体系性强，选修学科课程，相当于接受学科领域专家的引领，直接深度地提升解决学科领域问题的能力。学科课程在经历几轮新课程改革之后，将教学目标定位到提高每位学生的学科核心素养上面，师生在教学理念和教学行为上面发生了一些变化，但是由于受到师资队伍专业水平限制，仍然制约着学科现代教育理念的有效实施，学科分割、断裂现象严重，学生的创新意识和实践能力提升受到限制。仅有学科教学也不是完整的深度学习。

（二）数字科学家计划的特点

这个数据培养计划的特点如下：第一，操作门槛低，比如说现在一定要用高端的3D打印，把数码相机开发到课程里边来，利用数据探究的一些基本的意识和基本技能。第二，教师工作方式发生转变，转变为研究型教师。第三，学生学习方式转变，从被动接受转向自主、合作和探究。第四，教师行动培训。教师通过在工作当中来发现问题，来进行课题研究的这种行为。第五，数据探究教学模式，教师在课程开发和组织教学的时候，实施数据探究教学模式。第六，让学生接触到最前沿的科研手段。

在“数字科学家”教学中，手机、网络、数码摄像机等技术手段拓展了科学探究的范围，打破了以往探究的局限。师生们探究的主题可以是“人面探秘”，也可以是“探究月球环形山”。学生们可以探索任何一个感兴趣的科学问题。“数字科学家”课程还可以提高人们利用信息技术解决科学问题的意识。意识是素养的重要内容。过去，人们用身边的“瓶瓶罐罐”学习与探究科学，这种“瓶瓶罐罐”在增强科学探究意识和提高科学能力的过程中曾经发挥着重要的作用。今天，计算机、数码相机等智能化设备随处可得，它们就是今天的数码“瓶瓶罐罐”。利用它们学习与探究科学，对于提高科学信息素养水平具有现实意义。

“数字科学家”课程还提供了一种几乎零起点的教师现代信息技术培训途径。现代信息技术发展非常快，人们对此大有应接不暇之感。由于“数字科学家”课程倡导利用当代的“瓶瓶罐罐”探究科学，因此这种课程能够树立教师运用身边常见的信息技术解决科学问题的意识。教师有了这种意识，就能够不断地接触各种现代信息技术，从而提升自身的信息技术应用能力。

三、案例介绍

第一个案例，“3D照片DIY”是数字科学家标准课程中一个学习主题，在2015年11月，该主题项目首次入选北京市开放科学实践活动，2016年3月再次入选北京市开放科学实践活动。

活动环节一：形成小组。随机分组4～6人1组：自我介绍；选负责人。活动成果分享。

活动环节二：问题情境创设，观看3D影片和照片，教师播放“小恐龙找妈妈”红蓝效果的3D视频。学生在戴3D眼镜和不戴3D眼镜的情况下，体会观看效果的不同，组内交流并填写任务单，说出不同的感受和科学问题。

活动环节三：玩一玩手指游戏。教师要求每个学生伸出自己的两个食指来，一前一后约10厘米的距离立于胸前，先闭左眼（右眼睁开），让两个食指重合，再闭右眼（左眼睁开）观察靠近你自己的手指是偏左还是偏右呢？偏差大约是多少厘米呢？学生跟老师一起做，探究并完成表格。

活动环节四：探一探3D立体成像原理。学生每组1台电脑，利用网络，探究人眼的立体视觉是如何形成的？3D影像的技术有哪些？并完成任务单。

活动环节五：做一做3D眼镜。

材料：硬纸板、红色和蓝色透明玻璃纸、胶带、剪刀。

活动环节六：清理活动平台，1分钟清理活动。

活动环节七：拍摄照片。

拍摄要求：我们只需要在拍摄完第一张照片之后，把相机水平移动一定的距离，对准原来的目标再拍第二张即可。

活动环节八：制作3D照片。学习i3D photo软件的使用，把拍摄好的一组照片导入到i3D photo软件中，制作成一张3D照片。

活动环节九：展示与交流制作的3D眼镜。师生共同小结，完成任务单。

整个活动中涉及分布式认知和交流智能与交际思维、情境认知，语言智能、通过实验的知识建构，动作思维、问题解决活动、动觉智能、内省思维、反思评价、交流智能等。

第二个案例，是北京一零一中史艺老师在高二物理课堂上对另类问题解决方法。高中的一个物理的问题，传统解决方法需要学生运用数学建模、公式，并帮助求解。但是由于新的数字化工具的发展，现在可以把题目在电脑中模拟画出来，按照题中给定的条件比例，最终求解两点感光之间的长度，根据图中测量比例尺就可以解决这个问题。这两种解决问题的方式不一样，从中启发我们学科能力正在发生变化，围绕着核心素养的学科观念能力的提升，对学生有新的要求，课堂上如何改变教学内容以适应需要引起大家的关注，在数据探究模式的支持下，既要注重学生的核心素养的跨学科提升，又要注重学科核心素养的提升。

[1] 作者简介：北京师范大学教授。