宋新波 丁雙林 陳智敏

摘要：本文以《數(shù)據(jù)編碼——二進制》一課教學實踐為切入口，探尋深度學習視域下培養(yǎng)學生計算思維的路徑——創(chuàng)設情境、自主探究、探索原理、解密游戲，并在這一路徑中引導學生進行深度學習，以期達到培養(yǎng)學生計算思維能力的目的。

關鍵詞：二進制;計算思維;深度學習

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）08-0034-03

隨著高中信息技術課程改革的不斷推進，如何轉變學生學習方式的研究成為信息技術教學研究的熱點。新課改強調(diào)課堂學習方式從“教師教課文”轉向“學生完成學習任務”，著眼于學生信息技術核心素養(yǎng)的發(fā)展，這與深度學習的理念不謀而合。為此，筆者以《數(shù)據(jù)編碼——二進制》教學實踐為例，基于深度學習理念設計教學活動，旨在探索高中信息技術課堂學生計算思維的培養(yǎng)策略。

為讓學生掌握計算機的二進制原理，本節(jié)課以學生為主體開展學習活動，教師對學生的學習活動進行引導和幫助，在教學過程中讓學生通過自主探究完成基礎知識的學習，教師講解二進制知識的數(shù)理原理，幫助學生完成與已有知識的意義建構，逐步提升學習的深度，從而實現(xiàn)學生計算思維的深度培養(yǎng)。本課采取如圖1所示的策略模型進行教學。

● 創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣

深度學習的核心特征是“活動與體驗”，要求學生在教師的引導下進入學習情境，積極主動地提出問題、分析問題并解決問題。所以，本課創(chuàng)設“猜生日游戲”的教學情境，激發(fā)學生的好奇心，從而吸引學生參與到教學活動之中。筆者給出如下頁圖2所示的5張卡片，每張卡片上有16個數(shù)，參加游戲的學生說出自己生日的“月”和“日”對應的數(shù)分別在哪幾張卡片上出現(xiàn)過，基于以上信息，教師能快速說出該學生的出生日期。例如，當某學生回答他生日的“月”在第②④張卡片上出現(xiàn)，而“日”在第①②⑤張卡片上出現(xiàn)時，教師能立即說出他的生日是10月19日。

教師不看卡片就能快速準確地說出答案是游戲趣味性的關鍵，這充分激發(fā)了學生的好奇心和內(nèi)部學習動機，同時調(diào)動了學生參與課堂活動的積極性，為后續(xù)教學活動的開展奠定了基礎。

● 自主探究，完成任務

教學策略的實施應盡可能還原實際問題的解決過程，通過問題情境啟發(fā)學生，培養(yǎng)學生自主學習、合作探究等能力，幫助學生深度理解知識。解決問題的過程旨在提高學生分析問題、抽象歸納、建立模型、應用遷移解決問題的能力。基于學習主題將零散的碎片化知識進行深度整合，針對原理性知識教師“適時、適法、適度”講解，為學生提供必要的幫助，保證教學活動的順利進行。

為探究卡片上數(shù)字的特點，從數(shù)字出發(fā)，筆者帶領學生研究數(shù)字出現(xiàn)的卡片集合情況。用5個格子從右向左（最右邊格子代表第1張卡片，最左邊格子代表第5張卡片）依次表示對應卡片中數(shù)字出現(xiàn)的情況，1表示數(shù)字在該格子對應的卡片中出現(xiàn)過，0表示未出現(xiàn)。如在上例中，生日的月份在卡片②④中出現(xiàn)過，生日的日期在卡片①②⑤中出現(xiàn)過，填充結果如圖3所示。

由簡單到復雜，由特殊到一般，教師將1～31每一個數(shù)字在卡片中出現(xiàn)的情況用上述方法中的01串來表示（如表1），并利用石墨文檔實時更新數(shù)據(jù)的特性，實時了解知道學生的填寫情況。從結果可以發(fā)現(xiàn)學生已經(jīng)很好地掌握了以上表示數(shù)字出現(xiàn)情況的方法，為后續(xù)二進制的學習打下良好的基礎。

● 探索原理，深入學習

以上表示1～31每個數(shù)字在卡片中出現(xiàn)情況的01串就是二進制。二進制是計算機運算和存儲數(shù)據(jù)的基礎，是計算機唯一識別的數(shù)字，二進制滿二進一，只有0和1兩個數(shù)字。接下來可以自然地引入二進制的概念，教師提前準備二進制知識的相關材料給學生自學。從熟悉的十進制引入二進制的定義、進位以及位權等知識，再到“二進制數(shù)轉十進制數(shù)”“十進制數(shù)轉二進制數(shù)”等問題，層層遞進，環(huán)環(huán)相扣。

“十進制數(shù)轉二進制數(shù)”是難點，不少教師只講做法，不講原理，使得學生對該知識點難以達到“融會貫通，舉一反三”。針對這個難點，筆者采用了“除2取余，逆序排列”的方法。具體流程如下：用十進制數(shù)除以2，得到商和余數(shù);用上一次除法操作得到的商繼續(xù)除以2，又會得到新的商和余數(shù)。反復執(zhí)行該過程，直到商為零;將上述過程產(chǎn)生的余數(shù)逆序排列即為答案。下頁圖4是用“除2取余，逆序排列”法把十進制數(shù)19轉為二進制數(shù)10011的全過程。

以上做法的正確性如何證明？因此，課堂上要有證明環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)能讓學生掌握二進制背后的原理，從而加深對二進制知識的理解。

● 解密游戲，深化思維

筆者再次安排任務，要求各小組把表1中的01串對應的二進制轉為十進制數(shù)，并觀察規(guī)律。大部分小組都能發(fā)現(xiàn)：數(shù)字x出現(xiàn)卡片情況的01串對應的十進制數(shù)就是x本身，即數(shù)字x的二進制表示就是x出現(xiàn)卡片情況的01串。這就揭示了卡片設計的奧秘，即把1～31中的每個數(shù)轉為二進制，把該數(shù)放到其所有二進制位上為1所對應的卡片中，如25的二進制表示為（11001）2，則把25放到卡片①④⑤中。

因此，在游戲中，當學生報出自己出生日期所在卡片的全部編號時，教師就能反推出該數(shù)的二進制表示。例如，某學生報出其出生日期在卡片②④⑤上出現(xiàn)，則該數(shù)的二進制表示為（11010）2。教師可以快速計算出（11010）2=21+23+24=26，也可以把（11010）2看作（10000）2+（01000）2+（00010）2，其中（00010）2（01000）2、（10000）2分別為②④⑤這三張卡片中的第一個數(shù)，從而能快速計算出答案。接下來，要求兩個學生為一組再次體驗游戲，深化對游戲原理的理解。同時，給出拓展任務，設計一個能猜從1900年起包含年份的完整生日的游戲。

● 課堂小測，驗證效果

為了驗證教學效果，本節(jié)課采用了定量的對比試驗，根據(jù)教學要求編寫了有關二進制的習題問卷，共10道題，包括4道概念題，6道探究題，每道題目10分，內(nèi)容涉及二進制基礎、二進制轉換、二進制的應用等，考查學生理解、抽象、推理、探究的能力。選取人數(shù)相近的兩個班級共計103位學生進行實驗，其中實驗組54人，對照組49人。通過問卷結果（表2）可以發(fā)現(xiàn)，概念題模塊實驗組和對照組平均分相當，但是探究題模塊實驗組平均分表現(xiàn)更加優(yōu)秀。

● 對“深度學習”教學理念的思考

以上案例是筆者實踐新課標、促進學生深度學習的一次有益嘗試，這正是新課標背景下聚焦于提升學生核心素養(yǎng)所需的，因此，教師在教學中要設計真實合理的教學情境，以學生的學習為中心，讓學生對知識的來龍去脈不僅知其然，還能知其所以然，真正達到培養(yǎng)學生計算思維和創(chuàng)造性思維能力的目的。當然，真實的課堂教學充滿了復雜性和不確定性，在實踐過程中還要根據(jù)教材內(nèi)容、學習對象、教師水平等多方面因素進行合理創(chuàng)生，真正把深度學習落到實處。

參考文獻：

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