信息技术课开展“不插电的计算机科学”项目初探

金晶

【案例背景】

当前南京市有不少小学因校舍陈旧、线路老化、装备滞后等原因进行抗震加固，在过渡期间由于条件所限，并未配备机房，面对这样的实际情况，本学期我们开启了《不插电的计算机科学》之旅。

【案例描述】

一次偶然的机会，我看到了一篇文章介绍《不插电的计算机科学》这本书，作为“不插电的计算机科学”项目的一部分，旨在让学生在学习程序算法之前，先对计算机的运作及计算机解决问题的思维方法进行探究和领悟，最重要的是这样的学习方式甚至不需要使用到计算机。书中有许多有趣的小活动，这些活动连三、四年级的孩子，都能在教师的指导下轻松地完成。每项活动都有详细的说明，点名了它们与相应技术之间的联系，以及是如何影响我们的日常生活的。除了活动部分外，书中还设置了大量的问答环节，这些问题并不是用来测试学习者对书本文字内容的理解，而是学习的一部分。在得到学校领导的同意之后，我将这本书引入到信息技术课堂之中。

案例1：二进制的探秘之旅

准备5张卡片，每张卡片画上如下的圆点图案（选择较厚的纸张，保证在卡片的背面看不到正面的图案）。

按照上面的顺序，在桌子上摊开卡片。

Q：仔细观察这些卡片，如果我们要在它们的左侧增加一张卡片，那么这张卡片上需要画几个圆点呢？

……

Q：你是依照怎样的规律来决定刚才新增卡片上的图案的？

我们可以将一些卡片翻转使其背面朝上，然后计算正面朝上点数之和来代表不同的数字。比如，仅将1个圆点和4个圆点的卡片正面朝上代表了数字5。这个游戏的规则只有一个：保证卡片顺序位置不变，要么正面朝上，要么背面朝上。

Q：你需要让哪几张卡片正面朝上来表示数字6呢？

……

Q：任何数字都能用不止一种方法来表示吗？

Q：5张卡片能表示的最大数字是多少？最小数字又是多少？

Q：在0-31之间有你无法表示出来的数字吗？

刚才的卡片游戏利用了二进制数的原理。我们日常生活中用到的都是由0-9组成的十进制数，而计算机仅用两个数字0和1来表示信息，例如刚才使用的卡片，卡片背面朝上代表数字0，正面代表数字1。因为只用到两个数值，我们将它们称为二进制数。5张卡片可以表示一个5位的二进制数。

案例二：短短的二进制数和长长的二进制数

之前我们一直在用5个比特来表示二进制数，但是在现实中往往需要用到各种不同位数的二进制数。例如，我们可以用到5张卡片将十进制数9表示为01001，而用4张卡片将其表示为1001也是可以的。

Q：写下如何用6张卡片来表示数字9。

Q：用以上6张卡片最大能表示多少呢？

我们可以用任意的符号来代表二进制中的0和1，接下来不妨挑战一下用不同的符号来表示数字。

Q：算出下面各组符号表示的数值。

Q：如果不给你括号中的说明，你能确定每组符号的得数是多少吗？

Q：每组符号中能不能超过2个？能不能少于2个？

【案例反思】

1.突破常规形式，促进计算思维养成

在日常的教学工作中，教师容易忽略非程序设计类课程对学生计算思维培养的重要性和必要性。在没有机房的环境下，借助精心设计的游戏活动、层层递进的师生互动、简单易行的思维导图，将不可视的思维呈现出来，使其清晰可见。

例如，在解决问题“在0-31之间有你无法表示出来的数字吗？”中，学生起初仅凭猜测胡乱回答能或不能，教师引导：有什么办法可以验证？学生思考后提出解决方法：可以一个一个试一遍。于是大家就从0开始数到31，先把全部卡片翻转过来背面朝上代表0，然后一张一张翻开符合要求的卡片，一直数到31。最后得出结论：0-31的数字都可以使用卡片表示出来。此外，学生还尝试以“二进制数”为关键词设计思维导图，很多孩子不仅将课堂中所学知识列入其中，还把自己在课外了解到的各种跟二进制数有关的内容都分类添加进去。整个活动既照顾到不同层次的学生，又满足了学生個性化发展的需求。

2.超越单一学科，面向学生生活世界

信息技术课程应注重课程内容的综合性，超越封闭的单一学科知识体系和固定的课堂教学时空局限，将信息技术与其他学科课程融合起来，面向学生的生活世界，帮助学生建构对世界的完整认识。

刚开学得知本学期没有机房的时候，学生们的反应是失望，家长们的反应是担忧。在开学第一课中，我与学生就信息技术课是不是只学计算机操作开展过讨论，帮助学生树立正确的课程观，打消学生学习信息技术科学知识的顾虑。在开展卡片游戏时，学生需要自备卡片和画笔动手制作;在进行二进制数计算的时候，学生离不开数学计算;在学完用符号表示二进制数后，鼓励学生自行设计各类符号并进行计算，给设计出有创意且绘制精美的符号的学生给予加星奖励。通过形式多样的活动与任务，将信息技术与各门学科整合起来，让学生感悟信息技术不仅是学习的内容以外，还是沟通世界、认识世界、帮助人们解决日常生活中实际问题的重要工具。

随着时间的推移，活动的开展，学习的深入，学生从适应到接受再到喜欢，不断转变着。现阶段，对于“不插电的计算机科学”这一项目我与我的孩子们都只是初探者，相信随着课程的进行，会有更多的教师加入这一行列之中，未来也必将出现更好、更有效的案例，为培养学生的计算思维不断探索。

【作者单位：南京市瑞金北村小学 江苏】