听了王珍老师的《埃及分数》,让我深受启发,也打算着手去做这个事情,让学生体会并理解计算思维是需要有具体路径的,通过对4个分数的拆分,我将该课分为以下四个不同的层次。
第一个层次:以7/12为载体,初步了解埃及分数。7/12是让孩子先进入课堂情境,要让孩子知道7/12是可以写成两个十二分之几的分数相加的,教师不需要给予任何指导,孩子会很顺利地写出7/12=3/12+4/12=1/3+1/4,此外还有7/12=1/2+6/12=1/2+1/12通过这个案例,让学生知道埃及分数到底是怎么回事儿,明白7/12有两种不同的拆法。
第二个层次:以9/40为载体,体会不同的方法,更重要的是,这个不同方法背后体现的是不同的思维方式。将9/40写成两个埃及分数的和,学生会遇到较大的困难,教师此时应该相机地给予方法指导。可能有少部分学生能通过尝试得出答案,但学生的尝试是规律可循的,而不是盲目操作,这就是我们人类典型的分析思维,何为分析思维呢?
首先我们要将9/40写成两个埃及分数,第一反应就是需要将9/40写成9/40=()/40+()/40的形式,但这两个分数的分子是要满足一定的条件——它们都应该是40的因数,只有这样,我们才能将()/40写成一个埃及分数或者约分成一个埃及分数。接下来,我们要罗列出40的因数,40的因数有:1、2、4、5、8、10、20、40,我们只需要找出这些因数中两个相加等于9的数就可以了。所以这两个数可以分别为:1和8、4和5。1和8分别为9/40=()/40+()/40这两个分数的分子,即9/40=1/40+8/40=1/40+1/5;同样地,4和5分别为9/40=()/40+()/40这两个分数的分子,即9/40=4/40+5/40=1/10+1/8,这就是我们人类分析问题的思维。
可计算机不会分析问题的,更不会思考,它只能按照指令执行程序,结合以上的实例,我们看看计算机会如何解决这个问题?
9/40能减去哪个埃及分数呢?我们先从最大的埃及分数看,9/40不能减去1/2;那就接着试1/3,9/40不能减去1/3;那就接着试1/4,9/40不能减去1/4;那就接着试1/5,9/40能减去1/5,9/40-1/5=1/40,所以就写成了9/40=1/40+1/5。如果还要将9/40写成更小的几个埃及分数的和,计算机就要从1/6开始按照上面的逻辑减了,所以在9/40这个分数的教学上,我们可以做得更深入,要让孩子体会到人类分析问题的思维和计算机的程序化方法的相异的解决问题方式。
第三个层次:以5/9为载体,感受计算思维的优势。将5/9写成几个埃及分数的和,人类的分析思维会尝试将5/9写成5/9=()/9+()/9的形式,但在这里会遇到比较大的障碍,因为9的因数只有1、3、9,其中任意两个数相加都不等于5,那我们就要换个思路思考这个问题了。我们需要利用分数的基本性质将5/9写成10/18,而18的因数中有1、2、3、6、9、18,其中1+9=10,1+3+6=10,因此可以写成10/18=1/18+9/18=1/18+1/2,还可以写成10/18=1/18+3/18+6/18=1/18+1/6+1/3。在这个问题的解决过程中,我们发现5/9不能写成5/9=()/9+()/9的形式,换了思路将5/9写成10/18再继续按照原来的逻辑分析,人类在遇到困难时会变通。
可计算机不会“变通”,它只能从一而终地执行我们设定好的指令,即使算法复杂一点,对它的执行也是没有影响的。如果计算机来处理这个问题就很简单了,先从5/9中减去1/2,5/9-1/2=1/18,5/9=1/18+1/2,直接一步就找到了答案。
在学生体会到人类分析问题需要变通的思维方式和计算机处理问题不能“变通”的思维方式的差异后再教学5/9,甚至可以让学生利用两种不同的思维方式来解决这个问题。
第四个层次:以9/10为载体,应用两种方法解决问题。如果利用人类分析问题的方式,就会尝试将9/10写成9/10=()/10+()/10的形式,同样会遇到困难,人类就会变通地将9/10写成与之相等的分数18/20,20的因数有1、2、4、5、10、20,其中1+2+4+5+10=18,所以18/20=1/20+2/20+5/20+10/20=1/20+1/10+1/4+1/2;而计算机会按照一贯的逻辑先从9/10中减去1/2,9/10-1/2=4/10,9/10=4/10+1/2,再从4/10中减去1/3,4/10-1/3=1/15,4/10=1/15+1/3,进而9/10==1/15+1/3+1/2。
当然,在教学9/10如何写成几个埃及分数的和之前,应该先插入情境——将9个饼平均分给10个人,每人分得多少,不然学生对这个问题的理解会很模糊。而事实上,古埃及人解决“9人分10饼”这个问题的时候用的方法,就是先1/2再1/4这样依次分下去的,这个过程其实跟现在计算机解决这个问题的方式是一样的。通过史料将数学文化与计算思维结合起来,应该是小学阶段这类课程的一个重要思考路径。
综上所述,计算思维需要尽可能地利用较少的资源和逻辑判断,未来是人工智能时代,我们需要明白计算机是如何处理问题的,人的思维和计算机思维的差距在哪里,在此基础上,人只需要做一些计算机无法处理的事情就可以了,其他的事情只需要编写好指令让计算机处理就可以了。
比如看下面链接中两篇文章提到的另一个案例,将4、3、1、5这四个数排序这个事情,我们人类是通过直觉来判断5是最大的,1是最小的,而计算机会以一套算法对这一组数排序,首先它会将第一个数4依次与其他4个数比较,发现比它大的数就交换位置,如:4和第二个数3比较时,发现4>3,就交换4和3的位置,现在的数列就成了3、4、1、5;4再和1比较,发现4>1,就交换它们的位置,数列就成了3、1、4、5;4和5再比较,4<5,不交换4和5的位置,数列依然是3、1、45。经过第一轮的比较,就确定这这个数列中最大的数,第二轮就比较其余3、1、4这几个数,就可以确定这个数列中第二大的数,以此类推就完成了这四个数的排序。
这个过程在人类从分析问题的角度来看十分复杂,但要比较的数目很大的时候,计算机的计算思维较发挥它独特的优势了,比方说将1万个数从小到大排序,以上的逻辑依然适用。
以下是年所写的,是有关“算法思维”的一些思考,供读者参考。
为孩子的未来作好准备:基础教育中的算法思维及其教学——墨尔本大学MaxStephens教授访谈录(下)
基础教育中的算法思维及其教学——墨尔本大学MaxStephens教授访谈录
如果你觉得本篇内容不错,