信息技術(shù)課開展“不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)”項(xiàng)目初探

金晶

【案例背景】

當(dāng)前南京市有不少小學(xué)因校舍陳舊、線路老化、裝備滯后等原因進(jìn)行抗震加固，在過渡期間由于條件所限，并未配備機(jī)房，面對這樣的實(shí)際情況，本學(xué)期我們開啟了《不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)》之旅。

【案例描述】

一次偶然的機(jī)會(huì)，我看到了一篇文章介紹《不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)》這本書，作為“不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)”項(xiàng)目的一部分，旨在讓學(xué)生在學(xué)習(xí)程序算法之前，先對計(jì)算機(jī)的運(yùn)作及計(jì)算機(jī)解決問題的思維方法進(jìn)行探究和領(lǐng)悟，最重要的是這樣的學(xué)習(xí)方式甚至不需要使用到計(jì)算機(jī)。書中有許多有趣的小活動(dòng)，這些活動(dòng)連三、四年級(jí)的孩子，都能在教師的指導(dǎo)下輕松地完成。每項(xiàng)活動(dòng)都有詳細(xì)的說明，點(diǎn)名了它們與相應(yīng)技術(shù)之間的聯(lián)系，以及是如何影響我們的日常生活的。除了活動(dòng)部分外，書中還設(shè)置了大量的問答環(huán)節(jié)，這些問題并不是用來測試學(xué)習(xí)者對書本文字內(nèi)容的理解，而是學(xué)習(xí)的一部分。在得到學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的同意之后，我將這本書引入到信息技術(shù)課堂之中。

案例1：二進(jìn)制的探秘之旅

準(zhǔn)備5張卡片，每張卡片畫上如下的圓點(diǎn)圖案（選擇較厚的紙張，保證在卡片的背面看不到正面的圖案）。

按照上面的順序，在桌子上攤開卡片。

Q：仔細(xì)觀察這些卡片，如果我們要在它們的左側(cè)增加一張卡片，那么這張卡片上需要畫幾個(gè)圓點(diǎn)呢？

……

Q：你是依照怎樣的規(guī)律來決定剛才新增卡片上的圖案的？

我們可以將一些卡片翻轉(zhuǎn)使其背面朝上，然后計(jì)算正面朝上點(diǎn)數(shù)之和來代表不同的數(shù)字。比如，僅將1個(gè)圓點(diǎn)和4個(gè)圓點(diǎn)的卡片正面朝上代表了數(shù)字5。這個(gè)游戲的規(guī)則只有一個(gè)：保證卡片順序位置不變，要么正面朝上，要么背面朝上。

Q：你需要讓哪幾張卡片正面朝上來表示數(shù)字6呢？

……

Q：任何數(shù)字都能用不止一種方法來表示嗎？

Q：5張卡片能表示的最大數(shù)字是多少？最小數(shù)字又是多少？

Q：在0-31之間有你無法表示出來的數(shù)字嗎？

剛才的卡片游戲利用了二進(jìn)制數(shù)的原理。我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降亩际怯?-9組成的十進(jìn)制數(shù)，而計(jì)算機(jī)僅用兩個(gè)數(shù)字0和1來表示信息，例如剛才使用的卡片，卡片背面朝上代表數(shù)字0，正面代表數(shù)字1。因?yàn)橹挥玫絻蓚€(gè)數(shù)值，我們將它們稱為二進(jìn)制數(shù)。5張卡片可以表示一個(gè)5位的二進(jìn)制數(shù)。

案例二：短短的二進(jìn)制數(shù)和長長的二進(jìn)制數(shù)

之前我們一直在用5個(gè)比特來表示二進(jìn)制數(shù)，但是在現(xiàn)實(shí)中往往需要用到各種不同位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)。例如，我們可以用到5張卡片將十進(jìn)制數(shù)9表示為01001，而用4張卡片將其表示為1001也是可以的。

Q：寫下如何用6張卡片來表示數(shù)字9。

Q：用以上6張卡片最大能表示多少呢？

我們可以用任意的符號(hào)來代表二進(jìn)制中的0和1，接下來不妨挑戰(zhàn)一下用不同的符號(hào)來表示數(shù)字。

Q：算出下面各組符號(hào)表示的數(shù)值。

Q：如果不給你括號(hào)中的說明，你能確定每組符號(hào)的得數(shù)是多少嗎？

Q：每組符號(hào)中能不能超過2個(gè)？能不能少于2個(gè)？

【案例反思】

1.突破常規(guī)形式，促進(jìn)計(jì)算思維養(yǎng)成

在日常的教學(xué)工作中，教師容易忽略非程序設(shè)計(jì)類課程對學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的重要性和必要性。在沒有機(jī)房的環(huán)境下，借助精心設(shè)計(jì)的游戲活動(dòng)、層層遞進(jìn)的師生互動(dòng)、簡單易行的思維導(dǎo)圖，將不可視的思維呈現(xiàn)出來，使其清晰可見。

例如，在解決問題“在0-31之間有你無法表示出來的數(shù)字嗎？”中，學(xué)生起初僅憑猜測胡亂回答能或不能，教師引導(dǎo)：有什么辦法可以驗(yàn)證？學(xué)生思考后提出解決方法：可以一個(gè)一個(gè)試一遍。于是大家就從0開始數(shù)到31，先把全部卡片翻轉(zhuǎn)過來背面朝上代表0，然后一張一張翻開符合要求的卡片，一直數(shù)到31。最后得出結(jié)論：0-31的數(shù)字都可以使用卡片表示出來。此外，學(xué)生還嘗試以“二進(jìn)制數(shù)”為關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖，很多孩子不僅將課堂中所學(xué)知識(shí)列入其中，還把自己在課外了解到的各種跟二進(jìn)制數(shù)有關(guān)的內(nèi)容都分類添加進(jìn)去。整個(gè)活動(dòng)既照顧到不同層次的學(xué)生，又滿足了學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需求。

2.超越單一學(xué)科，面向?qū)W生生活世界

信息技術(shù)課程應(yīng)注重課程內(nèi)容的綜合性，超越封閉的單一學(xué)科知識(shí)體系和固定的課堂教學(xué)時(shí)空局限，將信息技術(shù)與其他學(xué)科課程融合起來，面向?qū)W生的生活世界，幫助學(xué)生建構(gòu)對世界的完整認(rèn)識(shí)。

剛開學(xué)得知本學(xué)期沒有機(jī)房的時(shí)候，學(xué)生們的反應(yīng)是失望，家長們的反應(yīng)是擔(dān)憂。在開學(xué)第一課中，我與學(xué)生就信息技術(shù)課是不是只學(xué)計(jì)算機(jī)操作開展過討論，幫助學(xué)生樹立正確的課程觀，打消學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)科學(xué)知識(shí)的顧慮。在開展卡片游戲時(shí)，學(xué)生需要自備卡片和畫筆動(dòng)手制作;在進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)計(jì)算的時(shí)候，學(xué)生離不開數(shù)學(xué)計(jì)算;在學(xué)完用符號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)后，鼓勵(lì)學(xué)生自行設(shè)計(jì)各類符號(hào)并進(jìn)行計(jì)算，給設(shè)計(jì)出有創(chuàng)意且繪制精美的符號(hào)的學(xué)生給予加星獎(jiǎng)勵(lì)。通過形式多樣的活動(dòng)與任務(wù)，將信息技術(shù)與各門學(xué)科整合起來，讓學(xué)生感悟信息技術(shù)不僅是學(xué)習(xí)的內(nèi)容以外，還是溝通世界、認(rèn)識(shí)世界、幫助人們解決日常生活中實(shí)際問題的重要工具。

隨著時(shí)間的推移，活動(dòng)的開展，學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生從適應(yīng)到接受再到喜歡，不斷轉(zhuǎn)變著?，F(xiàn)階段，對于“不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)”這一項(xiàng)目我與我的孩子們都只是初探者，相信隨著課程的進(jìn)行，會(huì)有更多的教師加入這一行列之中，未來也必將出現(xiàn)更好、更有效的案例，為培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維不斷探索。

【作者單位：南京市瑞金北村小學(xué) 江蘇】