畫出來的信息技術課

在信息技術學科教學中，不可避免會遇到一些抽象的概念，這些概念名詞本身對于整個知識和技能體系起到結構性的支撐作用。但在學生的真實生活中，卻較少有與此概念有關的具體經驗，這就使得學生在對概念理解時容易缺失意義的指向性。另一方面，有些概念名詞與其生活中所對應之物又過于普遍，由于“理所當然”所產生的思維慣性，使學生失去了對該概念做深入探索，乃至探尋現象之后科學思考的主動性。因此，筆者試圖通過創設虛擬情境，借助戲劇性的沖突，引導學生對概念理解中一些關鍵的要點作深入的思考，于是就有了“畫出來的信息技術課”這一教學嘗試，作為拋磚引玉。

本課的教學目標是，讓學生理解非通用計算機（專用計算機）與通用計算機的區別，并對通用計算機之所以能夠被制造出來的原因有最初步的了解。通過“畫畫”來上課的目的，其一是為了將抽象枯燥的概念直觀化、具象化，其二是試圖通過“劇情”發展，將零散的知識點串聯起來。可以預先設計好類似于舞臺戲劇的腳本，由某些戲劇沖突出發，引導學生對相關概念做討論。考慮到現場授課環節的緊湊性，圖畫場景要簡單且便于修改，可以通過部分擦除并重繪場景中的內容，來展開情節。

限于篇幅，文中教學流程省略了引入和總結部分。

首先向大家介紹本課中出現的幾位角色。這些角色形象是筆者受馬丁·加德納在科普講座中的涂鴉啟發而模仿創作的，大家當然可以出于實際教學的需要創造出屬于自己的獨特角色形象，但關鍵的兩點原則，一是角色形象必須特點鮮明，二是必須能被很快畫出來。

第一個角色起名叫哐哐（如圖1），他是個科學家，總在創造一些奇怪的設備，文中的圖片其實就是教學現場攝影的截圖，圖畫是用來說明問題的，所以無需過分雕琢；第二個角色起名叫啷啷（如圖2），她是哐哐的女友，常會提出一些看似不合情理，卻很能發人深思的要求或問題。

圖1 圖2

第三個角色是神秘人物當當，他是哐哐的助手，常在哐哐無法完成任務的時候被叫來湊數，而在任務順利完成后又被一腳踢開。

設計角色的目的，是為了讓學生在面對距離現實生活較遠的虛擬情境中，產生比較充分的代入感。

以下是簡略的教學流程記錄。

● 場景一：哐哐的人類“計算屋”

場景一的大致情節：出于炫耀（或其他什么原因），哐哐為啷啷制造了一座“計算屋”，從一個窗口輸入問題，從另一個窗口就能得到答案（如圖3），但隱藏在墻壁之后的秘密很快就被啷啷戳穿了，原來是哐哐的助手當當躲在屋子里，實現了所有的計算工作。啷啷對哐哐的欺騙行為感到非常憤懣（如圖4）。

這里所要落實的知識點，主要是“信息處理系統”，《中國大百科全書》如下定義，信息處理系統指的是一個信息轉換機構，有一組轉換規則，系統根據輸入數據和數據庫內容作處理后決定輸出。部分文獻還特別指出，信息處理系統中，具體對數據作處理的，可以是人，也可以是機器，或者是人和機器的混合體。

● 場景二：哐哐的機械“計算屋”

場景二的大致情節：在耗費了不少時間后，哐哐終于建造出一座能通過齒輪（圖5中用星號表示齒輪）作加法運算的“計算屋”，哐哐得意地向啷啷展示了自己的發明成果，其內部是大量的齒輪和連桿，不過啷啷卻提出：能否讓這個計算屋做乘法，或是開平方根？于是，哐哐為了擴充他的“計算屋”，增加了新的運算模塊，但啷啷總是不滿足于現狀，于是“計算屋”變得越來越大（如圖6）。

這里落實的知識點主要有：人們通過設定不同的物質狀態來存儲數據，另一方面，可以通過機械變化及變化的傳動對物理對象的狀態做出改變，從而實現某些特定的運算過程（即將數學運算轉換為機械操作）。這樣的計算機不具有通用性，為了實現新的功能，就只能在機器上增加新的模塊。在教學中，教師可以補充介紹一些關于機械式計算機的歷史資料，如古希臘的安蒂基西拉機、帕斯卡的加法機等。

● 場景三：哐哐的機械“計算樓”

場景三的大致情節：為了應付啷啷不斷提出的新需求，哐哐的“計算屋”變得越來越大，乃至成為了巨大的“計算樓”，為了避免這棟大樓無限度地增高，哐哐想出了新的辦法，他在大樓上方建設了一個吊裝系統（如圖7），這個吊裝系統根據人為的指令，能把“計算樓”內的各個零件拆下并重新組裝到恰當的位置上去，以應付新的運算。

哐哐原本讓他的助手當當擔任操作員，當當會根據哐哐給出的書面指令做吊裝操作。但是某天哐哐忽然靈感迸發，他設計了一個主要由齒輪建造的專用計算機來充當吊裝控制室，來替代當當的工作。于是，整個計算系統包含了兩大部分，一部分是負責組裝計算樓內機械零件的吊裝系統，而另一部分是內部結構經常變化，以應付不同運算需求的“計算樓”。當遇到新的運算需求時，哐哐就把吊裝指令發送給吊裝系統，吊裝系統作為一個非通用計算機，則忠實地按指令重新構架起“計算樓”內的運算部件結構，使之能作新的運算（如圖8）。于是，哐哐終于能造出一個系統應付啷啷可能會提出的各種奇怪的問題了。

這里的知識點主要是對通用計算機的概念作出描繪，通用計算機指的是為廣泛需求而設計的計算機，它有能力根據不同的預設指令進行運算。這里通過圖畫類比很粗淺地說明了，利用有限的設備，架設一臺既可用于應對當前的運算需求，并且還可以應對尚未出現的未來的運算需求的通用計算機是可能的。在教學中，還可以補充介紹一些早期的通用計算機研發方面的資料，如外插式程序的ENIAC、可存儲程序的EDVAC等。

可能大家會有這樣的質疑，當前每個人每天都在接觸計算機，能夠掌握使用計算機進行運算的常用方法，不就可以了，為什么要對運算能否得以實現的本質做此探究？再退一步說，即便是進行了探究，也不過是借助類比做了一番霧里觀花，到底有多么大的教學意義呢？這里引用阿西莫夫的話來給予回答：“要能欣賞一門科學，并非必須對科學有透徹的了解。沒有人認為，要欣賞莎士比亞，自己就必須能寫出一部偉大的文學作品。要欣賞貝多芬的交響樂，也并不要求學會譜曲，同樣，要欣賞或享受科學的成就，也不一定非得躬身于創造性的科學勞動。”而“欣賞”在科學傳播的鏈條中，正是激發人們投入科學之前的重要環節。