对一组数据进行操作的三重思考

陈凯

当前的课堂设计，越来越重视项目学习活动的设计，希望学生能结合自身或合作团队的经验，综合使用不同学科知识和思维方法，解决真实的、完整的问题。一个优秀的项目学习活动方案可能含有多种不同的特性，如能引发学生沉浸式的、主动的思考，提供促进学生自发学习的环境;注重不同类型知识和技能的整合，有助于学生在实践中培养思维能力，在项目（阶段性）结束时，希望能形成可供展示、交流、评价、反思并具有改进潜力的作品。从本期开始，笔者将结合具体案例，和大家一起来讨论如何以落实信息技术学科核心素养为目标，更有效地设计项目学习活动方案，这里的“有效”有多重含义，不仅是指培养学生核心素养方面的有效，而且也指项目学习活动方案创设过程本身的有效。

为了让大家能产生出和学生相似的体验，先来看一组“猜谜”游戏，这里先不说明这个活动的用意所在。游戏给学生依次出示两组各六张卡片（如图1），卡片上有不同的符号，可以看到有字母a，有数字0，还有感叹号、删除号以及并不显示却也很重要的换行符号，这些符号是用来做什么的？每一组最后一张卡片是空白，又有什么特殊的含义？

乍一看卡片上的符号，感觉有些莫名其妙，但稍作观察，就能发现其中的规律，如感叹号总在第二步时跑到一系列a字符串的正中间，第三步时，感叹号后的字符都会换到下一行，第四步时，感叹号会带着一个多出来的0“飞”到左上角（为什么是0？这代表什么意思？这个问题靠这两组卡片暂时还无法得到回答），第五步时，最后一行a字符串上加了删除符号（不妨问问学生为什么能知道这是删除符号）。只要这些卡片是按图示次序排列好而不是打乱的，那么多半可以猜测出大部分符号的用途。

如果将这些符号和数字看作数据，那么，除非是头脑明白了这些符号和数字的意义，否则就无法知道这一系列卡片想要什么、说明的到底是什么。可以套用一个略草率但常被引用的“公式”：信息=数据+意义。注意，这不是严格的定义，但这个公式大致阐释了信息和数据的关系，而且这种关系通过上述“猜谜”活动展现了出来。

接下来，可以联系一下生活实际，让学生们在课后找一些例子，来说明在面对一系列数据时，只有当明白了其意义，才得以获取信息。教师不妨从学生的作品中搜集一些有趣的例子来当作下一节课开始时的“开胃小菜”。如果课堂时间充裕，教师还可以组织一些有深度的讨论，如为什么“没有数据”也可以是一种数据？一些曾经有意义但极有可能再也无法破解其意义的符号（考古学家常会面临这样的情况），还算不算是一种信息？对于这个问题至今哲学界还没有能达成共识。

到这里，可以总结出以上段落的标题：

第一重思考：关于数据和信息的联系和区别

然后，是继续读图（如图2）。

在浏览了第三组和第四组卡片后，头脑中会有怎样的反应？应该是更加确认了先前对卡片中符号意义的猜测了吧。在“猜谜”活动中，教师不妨在前两组卡片阅读完成后，分别发放A套两组卡片和B套两组卡片，其中，B套两组卡片是一些看似有规律实则混乱的符号，限于篇幅这里就不作展示了，而A组两套卡片如同图2所示。若要求学生自己选出更有利于自己做出判断的一套卡片，相信大家都会选择A套，虽然直觉上做出选择比较容易，但究其实质，仍然和数据的意义有关，对学生的选择，不妨追问一句“为什么”，在经过了第一轮讨论后，看看大家是否能合理组织自己的回答。

这一轮“猜谜”游戏存在一个“意外”的要点，在第三组的第四步中，预料中的0没有出现，而是出现了数字1，若究其原因，可以推测是在第三組第三步，有一个字符a“落单”了，而这个字符a之所以“落单”，是因为在第三组第二步时，面对奇数个a，感叹号没办法进行均匀分割。这个出现1的“意外”带来的是一种对新的事件背后规律的探索，需要给出一个假设，何以1会出现。在第二轮的两组卡片中，只有一次发生字母a“落单”的情况，所以，虽然说字母“落单”和数字1的出现可能存在联系，但还不能做出百分百的判定。教师可以预先准备好另一组卡片，或可起名叫“额外提示卡”，限于篇幅本文不作展示，在那些卡片中，记录有对另一些数量的a字符串（当然也可以是其他字母的字符串）进行类似的分割操作，学生若能对两套卡片进行比对，就能验证自己的假设。似乎这也恰好是考验学生是否具有充分的信息意识的时刻。

可以将以上过程简单归纳为“观察数据—发现意外—给出假设—寻找佐证（进行新的实验）—验证假设（或否证假设并回到给出假设的步骤）—总结规律”的过程，通常，当人们有意识或无意识实施并完成这个过程的时候，会说“我掌握了新的知识”，整个过程无论如何离不开数据和信息，但也可以看出，“知识”这个“概念”与“数据”“信息”的概念都有不同。这里不必纠结“知识”的定义，哲学家围绕“知识”，动辄生产出几百上千页的讨论文字，但笔者希望学生能体会到，知识与人类发现、认识、利用、改变、创造规律有关，从而使得人类拥有了认识世界和改造世界的力量。学生们能否从亲身实践出发，给出关于通过发现规律或创设规律来（小小地）改变世界的例子呢？这好像是一篇不错的议论文的主题，颇有和语文教学互动的潜力。

如果游戏卡片的发放到这里戛然而止，那么学生自己是否能将游戏进行下去呢？最后的结果又会怎样呢？教师不妨拭目以待。

到这里可以总结出以上段落的标题：

第二重思考：关于信息和知识的联系和区别

最后的一组卡片（如图3），有着简短却强有力的信息，来验证先前对字符串操作动作的假设是否正确。

大家肯定可以发现，最后一张卡片中，感叹号后很像是一个二进制数，这和一开始的字符串a有什么关系吗？用计算器验证一下，不难发现，字符a有20个，而10100正是20的二进制数字。同样，这一系列操作，也可以将其他字符的数量转成相应的二进制数。这里可以向学生提问，他们在按自己所发现的卡片中数据变化的规律，对数据进行操作的时候，是否知道自己到底在做什么？如果学生从未学过二进制相关的知识，那大概率是无法知道自己在玩“猜谜”的同时，其实是在做着将数量转换为二进制数的运算。就算是学生们已学过一些二进制的知识，教师只要将1和0用其他符号来替换掉，这一系列操作的终极目标也很容易被隐藏起来（那么，为什么这一番操作，可以产生出对应于字符数量的二进制数？如何解释其实质原因呢？这个问题既和二进制编码的方法有关，也和计算思维有着密切的联系，如何做出解释或进一步开展项目活动，会在下一期文章中进一步开展讨论）。

活动开展到这里，教师可以给出一个和人工智能有关的重要思维实验：中文屋问题。一个完全不会中文的人被关在一个屋子中，只能通过文字和外界互动，他可以根据屋子里预先设置的一系列规则的指示，根据外界传入的纸条上的符号来生成相对应的符号，并向屋子外的人们传递纸条，做出看似合理的反馈，就好像自己懂得中文一样。问题是，能否说屋子里的人懂得中文呢？同理，一台按规则行事的机器“知道”自己应该做什么，但它真的具有智慧吗？中文屋问题在哲学领域和人工智能研究领域都非常有名，不难在网络上找到相当多的讨论文章，关于机器是否可能像人类一样具有智慧，中文屋问题是一个绕不过去的话题，相关讨论至今仍然在激烈地进行着。笔者每次都很好奇，学生们亲历“猜谜”活动后，会针对中文屋问题给出怎样的有趣观点。

到这里可以总结出以上段落的标题：

第三重思考：关于知识和智慧的联系和区别

以上每一重思考的标题中都有“联系”和“区别”，通过一系列的实践活动，就算不用明确的文字描述“数据”“信息”“知识”“智慧”这些名词含义到底是什么——事实上笔者也不相信可以用明确的文字去描述这些概念，学生们也一定能亲身体验到不同概念之间的“联系”和“区别”。在课堂中，引发思考并开展有理有据的讨论，较给出所谓标准答案，有意义得多。