画出来的信息技术课

在信息技术学科教学中，不可避免会遇到一些抽象的概念，这些概念名词本身对于整个知识和技能体系起到结构性的支撑作用。但在学生的真实生活中，却较少有与此概念有关的具体经验，这就使得学生在对概念理解时容易缺失意义的指向性。另一方面，有些概念名词与其生活中所对应之物又过于普遍，由于“理所当然”所产生的思维惯性，使学生失去了对该概念做深入探索，乃至探寻现象之后科学思考的主动性。因此，笔者试图通过创设虚拟情境，借助戏剧性的冲突，引导学生对概念理解中一些关键的要点作深入的思考，于是就有了“画出来的信息技术课”这一教学尝试，作为抛砖引玉。

本课的教学目标是，让学生理解非通用计算机（专用计算机）与通用计算机的区别，并对通用计算机之所以能够被制造出来的原因有最初步的了解。通过“画画”来上课的目的，其一是为了将抽象枯燥的概念直观化、具象化，其二是试图通过“剧情”发展，将零散的知识点串联起来。可以预先设计好类似于舞台戏剧的脚本，由某些戏剧冲突出发，引导学生对相关概念做讨论。考虑到现场授课环节的紧凑性，图画场景要简单且便于修改，可以通过部分擦除并重绘场景中的内容，来展开情节。

限于篇幅，文中教学流程省略了引入和总结部分。

首先向大家介绍本课中出现的几位角色。这些角色形象是笔者受马丁·加德纳在科普讲座中的涂鸦启发而模仿创作的，大家当然可以出于实际教学的需要创造出属于自己的独特角色形象，但关键的两点原则，一是角色形象必须特点鲜明，二是必须能被很快画出来。

第一个角色起名叫哐哐（如图1），他是个科学家，总在创造一些奇怪的设备，文中的图片其实就是教学现场摄影的截图，图画是用来说明问题的，所以无需过分雕琢；第二个角色起名叫啷啷（如图2），她是哐哐的女友，常会提出一些看似不合情理，却很能发人深思的要求或问题。

图1 图2

第三个角色是神秘人物当当，他是哐哐的助手，常在哐哐无法完成任务的时候被叫来凑数，而在任务顺利完成后又被一脚踢开。

设计角色的目的，是为了让学生在面对距离现实生活较远的虚拟情境中，产生比较充分的代入感。

以下是简略的教学流程记录。

● 场景一：哐哐的人类“计算屋”

场景一的大致情节：出于炫耀（或其他什么原因），哐哐为啷啷制造了一座“计算屋”，从一个窗口输入问题，从另一个窗口就能得到答案（如图3），但隐藏在墙壁之后的秘密很快就被啷啷戳穿了，原来是哐哐的助手当当躲在屋子里，实现了所有的计算工作。啷啷对哐哐的欺骗行为感到非常愤懑（如图4）。

这里所要落实的知识点，主要是“信息处理系统”，《中国大百科全书》如下定义，信息处理系统指的是一个信息转换机构，有一组转换规则，系统根据输入数据和数据库内容作处理后决定输出。部分文献还特别指出，信息处理系统中，具体对数据作处理的，可以是人，也可以是机器，或者是人和机器的混合体。

● 场景二：哐哐的机械“计算屋”

场景二的大致情节：在耗费了不少时间后，哐哐终于建造出一座能通过齿轮（图5中用星号表示齿轮）作加法运算的“计算屋”，哐哐得意地向啷啷展示了自己的发明成果，其内部是大量的齿轮和连杆，不过啷啷却提出：能否让这个计算屋做乘法，或是开平方根？于是，哐哐为了扩充他的“计算屋”，增加了新的运算模块，但啷啷总是不满足于现状，于是“计算屋”变得越来越大（如图6）。

这里落实的知识点主要有：人们通过设定不同的物质状态来存储数据，另一方面，可以通过机械变化及变化的传动对物理对象的状态做出改变，从而实现某些特定的运算过程（即将数学运算转换为机械操作）。这样的计算机不具有通用性，为了实现新的功能，就只能在机器上增加新的模块。在教学中，教师可以补充介绍一些关于机械式计算机的历史资料，如古希腊的安蒂基西拉机、帕斯卡的加法机等。

● 场景三：哐哐的机械“计算楼”

场景三的大致情节：为了应付啷啷不断提出的新需求，哐哐的“计算屋”变得越来越大，乃至成为了巨大的“计算楼”，为了避免这栋大楼无限度地增高，哐哐想出了新的办法，他在大楼上方建设了一个吊装系统（如图7），这个吊装系统根据人为的指令，能把“计算楼”内的各个零件拆下并重新组装到恰当的位置上去，以应付新的运算。

哐哐原本让他的助手当当担任操作员，当当会根据哐哐给出的书面指令做吊装操作。但是某天哐哐忽然灵感迸发，他设计了一个主要由齿轮建造的专用计算机来充当吊装控制室，来替代当当的工作。于是，整个计算系统包含了两大部分，一部分是负责组装计算楼内机械零件的吊装系统，而另一部分是内部结构经常变化，以应付不同运算需求的“计算楼”。当遇到新的运算需求时，哐哐就把吊装指令发送给吊装系统，吊装系统作为一个非通用计算机，则忠实地按指令重新构架起“计算楼”内的运算部件结构，使之能作新的运算（如图8）。于是，哐哐终于能造出一个系统应付啷啷可能会提出的各种奇怪的问题了。

这里的知识点主要是对通用计算机的概念作出描绘，通用计算机指的是为广泛需求而设计的计算机，它有能力根据不同的预设指令进行运算。这里通过图画类比很粗浅地说明了，利用有限的设备，架设一台既可用于应对当前的运算需求，并且还可以应对尚未出现的未来的运算需求的通用计算机是可能的。在教学中，还可以补充介绍一些早期的通用计算机研发方面的资料，如外插式程序的ENIAC、可存储程序的EDVAC等。

可能大家会有这样的质疑，当前每个人每天都在接触计算机，能够掌握使用计算机进行运算的常用方法，不就可以了，为什么要对运算能否得以实现的本质做此探究？再退一步说，即便是进行了探究，也不过是借助类比做了一番雾里观花，到底有多么大的教学意义呢？这里引用阿西莫夫的话来给予回答：“要能欣赏一门科学，并非必须对科学有透彻的了解。没有人认为，要欣赏莎士比亚，自己就必须能写出一部伟大的文学作品。要欣赏贝多芬的交响乐，也并不要求学会谱曲，同样，要欣赏或享受科学的成就，也不一定非得躬身于创造性的科学劳动。”而“欣赏”在科学传播的链条中，正是激发人们投入科学之前的重要环节。