高中数学课堂提升数据分析核心素养的教学策略与思考

摘 要：随着我国信息科学技术的飞速发展，互联网和人工智能已经深入各行各业，无时无刻不在影响着人们的生活方式，我们已经进入大数据时代，数据分析能力已成为学生应具备的适应终身发展和社会发展的必备品格和关键能力。《普通高中数学课程标准（2017年版）》（以下简称《标准》（2017年版））将数据分析作为高中阶段学生必须具备的六大数学学科核心素养之一，把培养学生的数据收集、数据处理以及进行统计分析能力作为高中数学教学的重要目标之一，提高了高中数学统计知识的地位，也为高中数学统计知识部分的教学指明了方向。

关键词：大数据;数据分析;核心素养

数据分析是指针对研究对象获取数据，运用数学方法对数据进行整理、分析和推断，形成关于研究对象知识的素养。数据分析过程主要包括：收集数据，整理数据，提取信息，构建模型，进行推断，获得结论。数据分析是统计学知识的核心，是高中数学学科核心素养之一，也是新时代人才的基本要求。因此，如何提高高中数学课堂数据分析的核心素养已成为一个重要的研究课题。

一、高中数学课堂提升数据分析核心素养的意义

（一）数据分析素养是适应新时代的基本要求

数据分析是研究随机现象的重要科学技术，是“互联网+”相关领域的主要数学方法，也是大数据时代数学应用的主要方法，数据分析已经渗透到科学技术和现代社会生活的各个方面。在大数据时代，信息技术革命与经济社会活动深度融合，大数据成为这个时代的特征，解读与分析大数据成为这个时代的任务，数据分析成为“互联网+”相关领域的主要数学方法。

（二）数据分析素养体现新时代的育人价值和育人方向

《标准（2017年版）》认为：通过高中数学课程的学习，学生能够提高获得有价值信息和定量分析意识和能力;积累依据数据分析探索事物本质、关联和规律的活动经验;适应数字化学习的需要，增强以数据为基础表达实际问题的意识，形成以数据认知事物的思维品质。

以上表述对数据分析从育人的价值上做了引领，并将其落实到三个方面的目标上：一是提升学生主动获取信息、定量分析的意识和能力;二是帮助学生积累基于数据分析的活动经验;三是形成通过数据分析问题的思维品质。

二、高中数学课堂提升数据分析核心素养的教学策略与思考

（一）教师增强数据应用意识是课堂渗透数据分析素养教学的前提

习近平总书记曾指出，“善于获取数据、分析数据、运用数据，是领导干部做好工作的基本功。各级领导干部要加强学习，懂得大数据，用好大数据，增强利用数据推进各项工作的本领，不断提高对大数据发展规律的把握能力，使大数据在各项工作中发挥更大作用”。随着信息技术和人们生产生活的交汇融合，互联网的普及，在前沿技术研发、数据开放共享、隐私安全保护、人才培养等方面产生巨大的影响。信息技术对经济发展、社会治理、国家管理、人民生活都有着重要的作用。世界各国都把推进经济数字化作为实现创新发展的重要推动力。

数据分析素养是人才培养的重要指标，也是关乎国家教育战略发展的基本要素。教师需要增强培养学生数据应用的意识，将数据分析素养作为培养人才的定位，是保障课堂渗透数据分析素养教学的前提。

（二）教师提升信息技术应用能力，是课堂落实数据分析素养教学的关键

2019年3月，《教育部关于实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的意见》明确提出：信息技术应用能力是新时期教师应具备的核心素养。按照《中共中央国务院关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》决策部署，根据《教育信息化2.0行动计划》和《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》总体部署，服务国家“互联网+”、大数据、人工智能等重大战略，促进教师适应信息化、人工智能等新技术变革。支持学校应用互联网、大数据、人工智能等现代教育技术，创建信息化教学团队，探索跨学科教学、智能化教育等先进的教育教学模式，充分利用信息技术成果促进教育发展，提升教育工作者根据未来教育发展方向进行教育教学以及创新的能力。

现实案例中，数据一般比较复杂，在一节只有40分钟的课堂，需要借助信息技术手段才能比较完整、高效地呈现数据的分析过程。

例：人教版《普通高中课程标准实验教科书数学选修2-3》习题3.1第1题：将1993年到2002年的GDP（国内生产总值）的数据（单位：亿元）统计如下：

1.根据以上表格作出GDP和年份的散点图，根据散点图猜想它们之间的关系。

2.建立以年份作为解析变量，GDP作为预报变量的回归模型，并计算残差。

3.根据以上模型，预报2003年的GDP，观察预报值与实际的GDP（117251.9亿元）的误差是多少？

4.讨论以上模型能否较好地刻画GDP和年份的关系，并解释理由。

本题的数据量较大，学生即使借助计算器也不方便求解回归方程和相关指数，难以感受现实数据的分析过程。此时，教师可以借助信息技术工具，比如：最常用的excel文档中的图表统计工具即可简单实现可视化数据分析过程。（如下图）

由上述图表和数据可得，GDP和年份线性相关，回归方程为。当时，预报值亿元，与当年实际GDP误差为-4273.72亿元。相关指数，所以这个模型能较好地刻画GDP和年份的关系。教师通过上述简单的演示，可以让学生避开了繁杂费时的数据处理过程，由电脑进行计算处理，并呈现可视化的分析结果，学生可以在课堂中完整的感受数据分析过程，加深对数据分析方法的认识，为课堂落实数据分析素养教学提供保障。

（三）主题强化，让学生充分体验应用案例及数据处理过程

主题教学是基于深度学习的单元教学，以课时为单位的教学设计，指导课堂的教学活动流程、优化教学活动。将主题教学內容置于单元内容中进行把控，要求教师关注教学内容的本质、重视教学过程中数学思想方法的渗透以及学生学科素养的培养，拓展学生的视野，提升课堂教学效率。比如：高中数学的统计主题可以将人教版《普通高中课程标准实验教科书数学必修一》数学建模部分、人教版《普通高中课程标准实验教科书数学必修三》第二章统计、人教版《普通高中课程标准实验教科书数学选修2-3》第三章统计案例整合成一个教学主题。

同时，在习题选取方面也要尽量贴近生活，这样学生在体验数据分析过程中更能感受到数学的应用价值。

例题：已知6只动物中有1只患有某种疾病，需要通过化验血液来确定患病的动物，血液化验结果呈阳性的即为患病动物，呈阴性的即没患病，下面是两种化验方法：

方案甲：逐个化验，直到能确定患病动物为止。

方案乙：任取3只动物的血液，混在一起进行化验。若结果呈阳性，表明患病动物为这3只中的1只，然后逐个化验这3只，直到确定患病动物为止;若结果呈阴性则表明患病动物在另外3只中，然后逐个化验另外3只，直到能确定患病动物为止。

（1）用X表示依方案甲所需化验次数，求X的期望;

（2）若每次化验的费用是100元，从所需的化验的平均费用角度考虑，应该选择哪一种化验方法？

这道题的方法原理与当前一些地区为加快筛查新冠肺炎无症状感染者而采取的“混合检测”法类似，极大地激发了学生的解题兴趣，在思考和解题过程中充分感受到数学应用的价值。

（四）校本延拓，让学生实践数据分析过程，提升数据分析能力和素养

学校是课程实施的主阵地，校本课程是常规课程的重要组成部分，也是日常课程教学的主要延伸拓展，它可以根据不同学校、不同学段学生的具体情况设计校本课程。高中数学课程标准进行修订的重点在于落实高中数学学科的核心素养，通过创设恰当的学习任务、学习情境、学习活动等，将数学学科核心素养渗透到日常教学中来。通过创新评价的形式和方法，把知识技能的评价与数学学科核心素养达成状况的评价有机融合，完成课程标准中提出的学业质量标准的要求，落实“立德树人”的根本任务。比如：在培养提升学生数据分析素养方面，教师可以通过指导学生研究一些小课题，针对研究对象，引导学生用科学的方法获取数据，运用数学方法对数据进行整理，从中提取信息，并构建模型，通过分析和推断，形成关于研究对象结论。让学生从实践中体验数据分析过程。

课题一：收集2000年至2010年每年中国人口总数的数据，建立人口与年份的关系，预测2011年和2012年的人口总数，并计算与实际数据的误差。

课题二：2019年，《广东省深化普通高校考试招生制度综合改革实施方案》正式发布，请与自己所在学校的高二选课为“物理、化学、生物”组合的学生为调查对象，研究选择该组合的学生是否以“利于报考专业”作为首要考虑。

活动化校本课程是通过学生的外在活动以及内在活动，使学生得到感性认识和理性认识，从而实现教学目标。正如陶行知先生所言：“單单劳力，单单劳心都不算是真正之做。真正之做须是在劳力上劳心。”通过这些小课题的实践，让学生亲历数据分析的完整过程，进一步体会数据分析价值，从而提升数据分析能力和素养。

结束语

随着信息科学技术的迅速发展，“用数据说话”已经成为这个时代的特征，大数据时代的到来，把数据分析作为高中数学课程目标中，培养学生所必备的六个核心素养之一，这既是对高中数学课程中概率与统计知识的教育价值的体现，也提升了高中数学课程的育人价值。因此，大数据背景下的高中数学课堂提升学生数据分析核心素养已经成为现代教育发展的必然要求。

参考文献

[1]余文森，核心素养导向的课堂教学[M]，上海：上海教育出版社，2017

[2]中华人民共和国教育部，普通高中数学课程标准[S]，北京：人民教育出版社，2017

[3]史宁中，王尚志，普通高中数学课程标准（2017年版）解读[M]，北京：高等教育出版社，2018

[4]中央教育科学研究所，陶行知教育文选[M]，北京：教育科学出版社，1981

作者简介：李慧珠，1983年，女，中学一级教师，主要从事高中一线教育教学、数据分析与高中数学教学的研究工作。曾担任班主任、区教育规划课题主持人，有多年高三教学经验。

课题项目：广州市南沙区教育科学“十三五”规划课题（编号：NSKY2020025）“基于大数据的南沙高三学生数学学习力提升策略研究”成果之一。