2017年4月17日

演講紀錄-探究課程工作坊之分析與發現(7)-孟德爾也懂運算思維

接下來我要介紹幾個運用「運算思維」的例子


運算思維案例一:池塘裡有什麼蛙?
(當初進行的時候,可沒想到先用運算思維,但是後來分析的時候,發現其實就在用運算思維)


我偶然聽到學校的黑框蟾蜍在叫,而我想研究牠的叫聲是不是會受到環境音量的干擾,所以我得長時間收集聲音,因此我將問題拆解成「我要怎麼收集?」、「我要怎麼分析?」

我要怎麼收集?又延伸出我要用什麼收集?錄音筆嗎?後來我想到我的外部經驗,我曾經利用定點攝影紀錄到非常多有趣的事情,也分析過新年時間的煙火聲,這些經驗和我現在要研究的問題,我辨識出有相同的模式,所以我可以用相同的解法,就是擺定點攝影機在池邊,接下來再化繁為簡(抽象摘要),只留下聲音資料,接著循著之前同樣的流程(演算法),同步化快速分析這些聲音資料。

過程中沒有真的在寫程式,但就是用到運算思維,這就是探究能力中的思考智能。至於研究的主題變成「池塘裡有什麼蛙?」,那是因為我發現根本沒錄到本來要錄的蟾蜍叫,反倒是錄到了夜晚叫的小雨蛙,所以主題就隨之改變了。





運算思維案例二:孟德爾也懂運算思維
當初我接觸到運算思維這詞之後,花了很多時間去看資料,有天想到孟德爾的實驗,然後就覺得非常訝異,其實孟德爾在進行實驗時用了大量的運算思維去解決問題。

孟德爾是怎麼「思考」他的實驗的,他用了哪些運算思維?

想像一下,如果你是孟德爾,你想要進行豌豆的品種培育,你要解決的問題是什麼?(問題拆解)
「為什麼有些豌豆種下去,下一代會跟上一代一樣,有些又是一樣的?」
「我要怎麼種,才能讓品種一致?」
「我要怎麼種,才能同時擁有兩種不同的特徵?」
「我要種多少?我要怎麼種?....」

孟德爾用了兩年的時間,在這些眾多豌豆品種中挑選出可以被實驗的品種,他們具有一致的模式。(模式辨別)

在實驗過程(演算法)中,孟德爾應該不是種完了一種性狀得到結果,才去種下一種性狀,我們可以想像的是,孟德爾用了平行化的處理,而他也使用了模組,就是授粉的流程。

當他要解析實驗結果時,他將本來的質性描述-高莖、矮莖、頂花、腋花,用了字母做代號,省去了具體的細節,專注在這些遺傳因子上。









運算思維案例三:影響酵素活性的因素有哪些?
如果生物課本裡的酵素實驗是一個引導式的探究,那麼會是什麼樣子?

問題拆解是設想「我要用什麼酵素?怎麼取得?喔用人的喔?那用人的哪裡?活性又要怎麼測量?有哪些因素可能會影響?」

無論用哪種因素來做實驗,終究有固定的模式與流程,比方說都要用測出糖的產出來檢驗酵素活性。

在實驗流程中,雖然有著各種模式,但是我們省去那些細節之後,發現其實就是一個簡單的圖像,拿試管,加入原料和酵素,施以影響活性的因素後,測試產物是不是生成。這也建立了一個實驗流程(演算法),後續如果要需要進行類似的實驗,就用這個流程來修改就可以。

我用兩篇的說明來說明運算思維在科學方法上的運用,下篇想來看的是當我們看自然課綱時,那個思考智能和運算思維又有什麼關聯,問題解決裡搭配的運算思維和思考智能又是怎樣的?

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