信息技術課開展“不插電的計算機科學”項目初探
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【案例背景】
當前南京市有不少小學因校舍陳舊、線路老化、裝備滯后等原因進行抗震加固，在過渡期間由于條件所限，并未配備機房，面對這樣的實際情況，本學期我們開啟了《不插電的計算機科學》之旅。
【案例描述】
一次偶然的機會，我看到了一篇文章介紹《不插電的計算機科學》這本書，作為“不插電的計算機科學”項目的一部分，旨在讓學生在學習程序算法之前，先對計算機的運作及計算機解決問題的思維方法進行探究和領悟，最重要的是這樣的學習方式甚至不需要使用到計算機。書中有許多有趣的小活動，這些活動連三、四年級的孩子，都能在教師的指導下輕松地完成。每項活動都有詳細的說明，點名了它們與相應技術之間的聯系，以及是如何影響我們的日常生活的。除了活動部分外，書中還設置了大量的問答環節，這些問題并不是用來測試學習者對書本文字內容的理解，而是學習的一部分。在得到學校領導的同意之后，我將這本書引入到信息技術課堂之中。
案例1：二進制的探秘之旅
準備5張卡片，每張卡片畫上如下的圓點圖案（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：仔細觀察這些卡片，如果我們要在它們的左側增加一張卡片，那么這張卡片上需要畫幾個圓點呢？
……
Q：你是依照怎樣的規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使其背面朝上，然后計算正面朝上點數之和來代表不同的數字。比如，僅將1個圓點和4個圓點的卡片正面朝上代表了數字5。這個游戲的規則只有一個：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字6呢？
……
Q：任何數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字是多少？最小數字又是多少？
Q：在0-31之間有你無法表示出來的數字嗎？
剛才的卡片游戲利用了二進制數的原理。我們日常生活中用到的都是由0-9組成的十進制數，而計算機僅用兩個數字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字0，正面代表數字1。因為只用到兩個數值，我們將它們稱為二進制數。5張卡片可以表示一個5位的二進制數。
案例二：短短的二進制數和長長的二進制數
之前我們一直在用5個比特來表示二進制數，但是在現實中往往需要用到各種不同位數的二進制數。例如，我們可以用到5張卡片將十進制數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來代表二進制中的0和1，接下來不妨挑戰一下用不同的符號來表示數字。
Q：算出下面各組符號表示的數值。
Q：如果不給你括號中的說明，你能確定每組符號的得數是多少嗎？
Q：每組符號中能不能超過2個？能不能少于2個？
【案例反思】
1.突破常規形式，促進計算思維養成
在日常的教學工作中，教師容易忽略非程序設計類課程對學生計算思維培養的重要性和必要性。在沒有機房的環境下，借助精心設計的游戲活動、層層遞進的師生互動、簡單易行的思維導圖，將不可視的思維呈現出來，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字嗎？”中，學生起初僅憑猜測胡亂回答能或不能，教師引導：有什么辦法可以驗證？學生思考后提出解決方法：可以一個一個試一遍。于是大家就從0開始數到31，先把全部卡片翻轉過來背面朝上代表0，然后一張一張翻開符合要求的卡片，一直數到31。最后得出結論：0-31的數字都可以使用卡片表示出來。此外，學生還嘗試以“二進制數”為關鍵詞設計思維導圖，很多孩子不僅將課堂中所學知識列入其中，還把自己在課外了解到的各種跟二進制數有關的內容都分類添加進去。整個活動既照顧到不同層次的學生，又滿足了學生個性化發展的需求。
2.超越單一學科，面向學生生活世界
信息技術課程應注重課程內容的綜合性，超越封閉的單一學科知識體系和固定的課堂教學時空局限，將信息技術與其他學科課程融合起來，面向學生的生活世界，幫助學生建構對世界的完整認識。
剛開學得知本學期沒有機房的時候，學生們的反應是失望，家長們的反應是擔憂。在開學第一課中，我與學生就信息技術課是不是只學計算機操作開展過討論，幫助學生樹立正確的課程觀，打消學生學習信息技術科學知識的顧慮。在開展卡片游戲時，學生需要自備卡片和畫筆動手制作;在進行二進制數計算的時候，學生離不開數學計算;在學完用符號表示二進制數后，鼓勵學生自行設計各類符號并進行計算，給設計出有創意且繪制精美的符號的學生給予加星獎勵。通過形式多樣的活動與任務，將信息技術與各門學科整合起來，讓學生感悟信息技術不僅是學習的內容以外，還是溝通世界、認識世界、幫助人們解決日常生活中實際問題的重要工具。
隨著時間的推移，活動的開展，學習的深入，學生從適應到接受再到喜歡，不斷轉變著。現階段，對于“不插電的計算機科學”這一項目我與我的孩子們都只是初探者，相信隨著課程的進行，會有更多的教師加入這一行列之中，未來也必將出現更好、更有效的案例，為培養學生的計算思維不斷探索。
【作者單位：南京市瑞金北村小學 江蘇】
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