冗余偶得计算思维

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  计算思维概念的提出由来已久,随着新课改的推进,作为信息技术学科的核心素养,它热度不减。然而,中小学信息技术教师对计算思维的理解和应用现状是不容乐观的,有的教师还处于概念理解的混沌阶段,有的教师则简单地把计算思维等同于算法思维,认为只有程序设计课才要体现计算思维,只有涉及算法,才可以谈培养计算思维的设计。因此,计算思维在常态课堂中落地遭遇了一定的理解和应用阻力,亟须提供可借鉴的教育实践和经验。
  ● 计算思维是信息技术核心素养的根基
  计算思维最早由周以真教授提出,尔后经过国内外学者的讨论与实践,逐步明晰细化。笔者认为计算思维是问题解决过程中的一系列思维活动,具体包括分解、模式识别、抽象、算法思维、评估、迁移等思维活动。
  计算思维处于信息技术学科核心素养的中心位置,它将信息意识、数字化学习与创新、信息社会责任牢固地联系在一起,使其成为一个有机的整体。信息意识包含了信息搜索、信息获取、信息分析与甄别等内容,处在学生分析处理问题的初始层面,相当于对问题的预处理;数字化学习与创新考查学生运用数字化资源解决问题的能力,是其他三个要素在解决问题过程中的具体体现;信息社会责任是大概念,是学生发展及其社会化的必然要求,相当于一种最终的学习归宿与检验。
  计算思维似乎看不见摸不着,它隐藏在信息技术学科的根基和主干之中,却是核心素养的本质体现,没有它就无法快速进行信息的识别、剥离与抽象,没有它数字化学习中的技术运用就无法炉火纯青,效率会大打折扣,没有它信息社会责任的升华很难进行,没有它核心素养的大树就像没有了根基一样。因此,计算思维是信息技术学科核心素养培养的根基,更是信息技术核心素养培养的着力点。
  ● 冗余设计助力培养计算思维
  “冗余”?多余的,重复的,啰嗦的,听起来像是贬义词,却是计算思维中一种很重要的思想,而本文中的冗余有着另外的含义,它指信息技术课堂教学中的重复设计。偶然的重复录入可以唤醒学生的模式识别,有意而为之的重复操作给予学生剥离抽象的计算思维体验,程序编写中的重复模块成为创生计算思维的源泉。精心设计的冗余不是多余和重复,而是倒逼学生审视自己思考的一种方式;必要的冗余不是课堂的累赘,而是能让师生共同追寻思维的痕迹,变课堂为思维碰撞的平台。
  教学实践表明,对话最适合思维的培养,因为这种策略鼓励学生与教师进行交流。教师通过提问引导学生,刺激学生去思考;学生根据教师的问题,通过分析、讨论等一步一步地深入。以下三个案例均展示了师生间的对话,闪耀着计算思维的火花。
  1.唤醒模式识别
  模式识别指对表征事物或现象的各种形式(数值、文字和逻辑关系等)的信息进行处理和分析,实现对事物或现象进行辨认、分类、描述和解释的过程,是一种重要的计算思维。生活中模式识别的应用比比皆是,如指纹识别、车牌识别等。信息技术课堂中学生偶然的重复操作在教师的监控和引导下能够唤醒模式识别,让无意识变为有意识,把握习得计算思维的良机。
  案例1:Excel填充柄。
  在Excel公式的教学中,填充柄是必然会涉及的内容。简单的操作背后蕴含着模式识别的思维。这一课中使用的素材是学生体质健康状况,需要使用公式计算每位学生的BMI值(身体质量指数=体重/身高的平方)。学生往往会在录入公式计算出第一位同学的BMI值之后,迫不及待地无意识地用同样的方法计算下一位同学的BMI值,个别速度快的学生在下一次反馈之前甚至可以完成5~6次公式的录入,也有少数学生偶然发现或者从课本上看到填充柄的使用,却不明白它的原理。笔者常常等到大部分学生进行了两次计算,即重复地录入了公式之后,再用对话的方式给予反馈,而并非在授课之初就直接抛出填充柄。
  师:很多同学像小蜜蜂一样,辛勤地劳作着,速度快的同学已经计算了5~6个BMI值,慢的同学也已经在录入第二个公式了,非常赞!老师想问你们,如果要填完这一个班级的同学的BMI的值,你打算怎么办?
  生:一个一个来吧;肯定有别的办法。
  师:不急,我们先一起按照原方法再算一个!
  学生跃跃欲试,笔者选择学生到教师机进行操作,并把第一位学生的BMI计算公式和第二位學生的计算公式以对齐的方式都写在黑板上。
  师:同学们火眼金睛,对比分析看看这两个公式有什么特点?
  生:字母相同,数字不同;非常像;难道可以复制?
  师:数字代表什么?
  生:所在行;在哪一行;行号。
  师:同学们非常厉害,刚刚你们的大脑正在进行模式识别,老师总结一下,这两个公式的结构完全相同,只是它们所在的行不同,后面的数字正是所在行的标号。那么在计算机中,对于同样的内容,往往可以进行什么操作提高效率?
  生:复制 粘贴;可是公式不完全相同啊;行号怎么办?
  师:Excel软件的设计者也想到了这个问题,因此这里的复制粘贴有了一个高效的工具,它可以智能地识别行号,它就是填充柄,是不是已经有同学体验到了它的强大?可以分享给大家吗?
  ……
  使用填充柄之后,我们随机选择一位同学的BMI值单元格,验证一下里面填写的公式是否正确。
  生:哇,真的。
  “学生多录入几个”“原方法再算一个”“验证一下”,重复的公式录入和检查不是在做无用功,偶然的冗余是后续师生对话的基础,是唤醒模式识别思维的关键。在与学生的对话中可以清晰地追寻到学生的思维痕迹,看到学生对自己思维的审视、对比、分析、迁移,将复制粘贴的模式启动,而这里的公式复制并不是简单意义上的复制,它应用了智能识别行号和自动化填充的方式,学生也看到了软件设计者的思考,思维的再现,这又是一种模式识别的唤醒。
  2.体验抽象剥离
  抽象剥离是计算思维的重要组成部分,它可以进行问题分析、特征抓取、模型建立,从而高效地解决问题。信息技术课堂教学中模板的教学常常涉及这种计算思维的历练。
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