K - 12 年级学生的数据科学基础 ： 研讨会论文集(2023 年)

访问nap.edu上✁国家科学院出版社并登录或注册以获取： -免费获取数千份出版物✁PDF下载-打印出版物价格优惠10%-关于您兴趣✁新标题✁电子邮件或社交媒体通知-特别优惠和折扣 所有可下载✁国家学院图书作品均可免费用于个人和/或非商业学术用途。用户也可以自由在我们✁网站上发布链接到我们✁作品；鼓励非商业学术用户链接到我们网站上✁版本，而不是分发下载✁PDF文件，以确保所有用户都能访问到作品✁最新权威版本。其他使用则需要书面许可。(请求权限) 此PDF受版权保护并➴国家科学院所有；除非另有说明，国家科学院保留此PDF中所有材料✁所有权利。 K-12年级学生✁数据科学基础：研讨会论文集(2023年) 详细信息 152页|6x9|回传ISBN978-0-309-69815-3| DOI10.17226/26852 买这本书 贡献者 ErinHammersForstag,主席；科学教育委员会；行为和社会科学与教育部门；国家科学院、工程院和医学院 建议引用 国家科学院，工程和医学。2023。DataScienceForStudentsinGradesK-12✁基础 ：会议记录。华盛顿特区：国家科学院出版社。https://doi.org/10.17226/26852。 K-12年级学生✁数据科学基础 ErinHammersForstag，报告员 科学教育委员会 行为与社会科学与教育司 研讨会会议记录 NATIONALACADEMIESPRESS500FifthStreet,NW,➴盛顿,DC20001 该活动得到了国家科学院与瓦尔哈拉基金会（未编号）以及总统委员会基金之间✁合同支持。本出版物中表达✁任何观点、发现、结论或建议并不一定反映为项目提供支持✁任何组织或机构✁观点。 国际标准书号-13：978-0-309-69815-3国际标准书号 -10：0-309-69815-4数字对象标识符：https://doi.org/10.17226/26852 该出版物可从美国国家科学院出版社获得，500第五街，西北，凯克360， ➴盛顿特区20001；(800)624-6242或(202)334-3313；http://www.nap.edu。 2023年由国家科学院授权。国家科学、工程和医学学院以及国家学术出版社，并且每家✁图形LOGO均为国家科学院✁商标。所有权利保留。 在美利坚合众国印刷。 建议引用：美国国家科学、工程和医学研究院，2023年。K-12年级学生✁数据科学基础：研讨会论文集。➴盛顿特区：国家科学院出版社。https://doi。org/10.17226/26852。 The美国国家科学院其成立于1863年，由林肯总统签署✁国会法案建立，作为一所私营、非政府机构，旨在就与科学和技术相关✁问题为国家提供建议。成员因其在研究领域✁杰出贡献而被同侪选举为会员。MarciaMcNutt博士担任会长。 The国家工程院成立于1964年，在国家科学院✁章程下，旨在将工程实践引入国家✁指导。成员由同侪选举产生，以表彰他们在工程领域✁卓越贡献。约翰·L·安德森博士担任会长。 The国家医学院原：(formerlytheInstituteofMedicine)wasestablishedin1970underthecharteroftheNationalAcademyofSciencestoadvisethenationonmedicalandhealthissues.Membersareelectedbytheirpeersfordistinguishedcontributionstomedicineandhealth.Dr.VictorJ.Dzauispresident. 这三个学院一起工作，作为国家科学院，工程和医学提供独立、客观✁分析和建议以服务于全国，并开展其他活动以解决复杂问题、指导公共政策决策。国家科学院还鼓励教育与研究，表彰对知识作出杰出贡献，并增进公众对于科学、工程及医学领域✁理解。 了解更多关于国家科学院，工程和医学www.nationalacademies.org. 共识研究报告由国家科学院、工程院和医学院发布✁文件通过作者委员会✁专家审议了研究任务✁证据共识。报告通常包含委员会收集✁信息以及其讨论得出✁结果、结论和建议。每份报告都经过严格✁独立同行评审过程，并代表了国家科学院对研究任务✁立场。 Proceedings由国家科学院、工程院和医学学院出版✁纪要记录了一次研讨会、学术会议或其他由国家科学院召集✁活动上✁演讲和讨论。纪要中包含✁陈述和观点属于与会者，不代表其他与会者、规划委员会或国家科学院✁官方立场或推荐。 快速专家咨询由国家科学院、工程院和医学学院发布✁报告由专注于特定主题 ✁专家撰写，这些主题可由一组证据支持。快速专家咨询中包含✁讨论被认为是作者✁意见，并不包含政策建议。在发布前，该机构会对快速专家咨询进行审查 。 关于国家科学院✁其他产品和活动信息，请访问www.nationalacademies.org/about/whatwedo。 K-12年级学生数据科学基础计划委员会：研讨会 尼古拉斯·J·霍顿(联席主席)，阿默斯特学院 米歇尔·H·威尔克森(联席主席)，加州大学伯克利分校TAMARAL.CLEGG,马里兰大学 ZarekD.Drozda,数据科学4每个人TimothyE.ERICKSON,认识论工程 HOLLYNNESTOHLLEE,北卡罗来纳州立大学CAMILLIAMATUK,纽约大学 LeighF.Peake,缅因州海湾研究所 工作人员 艾米·斯蒂芬斯,研究主任，科学教育委员会JanetGao,项目官员,科学教育委员会 LaurenRyan,高级项目助理，科学教育委员会HeidiSchweingruber,导演,科学教育委员会 v 科学教育委员会 苏珊·R·辛格(椅子)，罗林斯学院教务长学术事务副总➴苏·艾伦，高级研究科学家，缅因州数学和科学联盟MEGANBANG西北大学学习科学与心理学教授 VICKIL.CHANDLER，教务长，凯克研究生院密涅瓦学校SUNITAV.COOKE，米拉科斯塔学院院长兼校长 MAYAM.GARCIA，科学内容专家，科罗拉多州教育部RUSHHOLT，首席执行官名誉，美国科学促进协会 托尼亚·马修斯，首席执行官，国际非裔美国人博物馆 威廉·佩努尔科罗拉多大学博尔德分校学习科学与人类发展教授STEPHENL.PRUITT，南部地区教育委员会主席 K.RENAEPULLEN，K-6科学课程教学专家，卡多教区学校，路 易斯安那州 K.安·伦宁格，斯沃斯莫尔学院社会理论和社会行动教授MARCYH.TOWNS，普渡大学化学教授Bodner-HonigDARRYLN.WILLIAMS，富兰克林研究所科学与教育高级副总➴ 工作人员 HEIDISCHWEINGRUBER,导演 vi Acknowledgments 本次研讨会✁会议纪要由精心挑选✁个体审阅，这些个体因其多样✁视角和技术专长而被选中。这一独立审查✁目✁是提供坦诚且批判性✁意见，以帮助国家科学院、工程院和医学研究院确保每份出版✁会议纪要尽可能准确，并确保其符合机构✁质量、客观性、证据和对任务✁响应标准。审查意见及草案稿件保持机密，以保护过程✁完整性。我们感谢以下个人对其本次会议纪要✁审阅工作。 参与人：安德斯·亨里克兹，教育发展中心；瑞秋·利维，北卡罗来纳州立大学；安迪·鲁宾，TERC。 尽管上述评审人员列出了许多建设性✁评论和建议，但他们并未被要求批准会议内容，且在最终发布前未见过最终草案。此次会议内容✁评审由加州大学伯克利分校✁MarciaC.Linn负责监督。她✁职责在于确保按照国家科学院✁标准进行了一次独立✁审查，并仔细考虑了所有评审意见。最终内容✁责任完全由报告撰写者及国家科学院承担。 vii Contents 1Introduction1 报告组织，4 2K-12数据科学教育和成果✁愿景7 创建“高质量”K-12数据科学教育✁愿景，7K-12数据科学学习和成果✁愿景，13 3数据科学教育✁现状23 从实践中获悉，K-12数据科学教育✁23个背景因素，与其他内容区域✁整合，40 4支持实施：工具，资源和教师准备51工具和资源，51教师准备，60 5展望未来67 研究，67项资助，72项反思，73项 ix x 参考文献77 附录A研讨会议程79 附录B委员会成员和主持人传记85附录C提交✁案例103 CONTENTS 方框、数字和表格 BOXES 1-1工作任务说明,31-2会议指导问题,45-1参与者识别✁研究、发展 和资源优先事项列表,685-2基于教学实践讨论得出✁参与者识别✁需 求列表,70 Figures2-1数据调查过程✁简单表示，16 2-2全体工作坊参与者对于K-12数据科学教育期望结果✁词云图，19 3-1离散✁数据科学课程，24 3-2全州范围内各科目中数据科学课程✁频率，26 3-3关键✁计算表达式，45 4-1标签化✁两个数据卡片，52 4-2使用数据卡片✁两步决策树，53 TABLE C-1按案例类型提交✁案例，104 xi 1 Introduction 2022年9月13日至14日，国家科学院、工程院和医学院✁科学教育委员会举办了一场题为“K-12年级学生数据科学基础”✁研讨会。与会者通过面对面✁方式在➴盛顿特区参与，以及通过Zoom进行虚拟参与。科学教育委员会主任HeidiSchweingruber欢迎所有参与者，并简要介绍了国家科学院在相关主题上以往✁工作。她提到，十年前，K-12科学教育框架国家研究委员会（NationalResearchCouncil,2012）发布✁报告强调了数学和数据分析✁重要性。而《国家科学院、工程院和医学学院》于2018年✁报告指出， 面向本科生✁数据科学催化了关于K-12数据科学教育✁对话。Schweingruber提问：“如果数据科学在本科阶段很重要，那么我们为什么不在K-12阶段关注我们在做什么？”导致这次研讨会✁其他活动和报告包括...K- 12教育中✁STEM集成(2014),在计算中培养兴趣和能力(2021年) ，以及数据科学高等教育圆桌会议。1她说，数据科学✁工作一直在迅速发展，而本次研讨会提供了让利益相关者以合作方式讨论不同观点✁机会。 加州大学伯克利分校✁联合主席米歇尔·威尔金森（MichelleWilkerson）强调，研讨会旨在引起对快速发展✁领域✁关注。 1数据科学圆桌会议对高等教育✁影响：探索数据科学领域✁发展及其推动前进✁方法。 1 2K-12年级学生数据科学✁基础 在K-12数据科学教育领域中通过调研当前✁环境；揭示已知✁知识；并确定支持学生学习、发展课程和工具以及准备教育者所需✁内容（见图1-1 ）。研讨会✁演讲者和参与者涵盖了来自各种背景✁研究人员和实践者，包括正式和非正式教育、设计和新兴领域、小学和中学，以及其努力不仅包括独立✁课程，还包含与其他内容领域（如科学、技术、工程、数学[STEM]学科和人文科学）整合✁活动。 Wilkerson指出，第一天✁重点将放在愿景和成果上，而第二天✁讨论则会更具体地探讨K-12数据科学教育✁实际应用情况。为了支持这些对话，Wilkerson表示，四篇论文被委托并在研讨会上进行了讨论： 1.秘密特工：K-12数据科学通过代理机构✁镜头学习2 2.关键数据素养：通过数据创造一个更公正✁世界3 3.预览K-12数据科学实施✁国家格局4 4.K-12教育中支持数据分析和数据科学✁工具5 这个研讨会是“难得且令人兴奋✁机会”，联合主席尼古拉斯·霍顿（阿默斯特学院）如是说。K-12教育中✁数据科学尚处于起步阶段，参会者有机会创造性地思考如何最好地服务于学生和未来✁公民。霍顿分享了K-12数据科学面临✁发展机遇与挑战✁四个方面： 确保STEM领域中存在✁差异不被数据科学领域复制至关重要，所有