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陪伴小孩建立運算思維:Pattern Talks

  • Posted by C.K. Tseng
  • Categories STEAM
  • Date 2018-12-19
  • Comments 0 comment

培養孩子具有視覺化的思考與練習善用空間概念,是幾個我認為有助於孩子快速學習與理解的方式。

而其中我陪伴孩子的方式之一,就是 Pattern Talks。

在談論Pattern Talks 之前,請先看以下兩個例子,請算出n為任意數時,其圖形是什麼樣子,以及有幾個方格?

我想,以上的例子能幫助大家理解什麼是 pattern talks,去找出其規則、找出 pattern,並且寫出其算式或演算法。

繼續介紹 Pattern Talks 之前,我先介紹運算思維 Computational Thinking,是由卡內基.梅隆大學 Jeannette Wing 教授提出。

運算思維是一種解決問題的能力。將問題以系統化分析後,提出人類與電腦都能理解的解決方案。這包含了:解構 / decomposition、模式識別 / pattern recognition、抽象化 / abstraction、演算法 / algorithms。

為什麼運算思維對於21世紀的小孩是如此重要呢?隨著科技快速進步,人類所面臨的問題也愈來愈困難,因此人類也思考著如何以更有效率且更好的方式去解決問題,而這就需要讓人類與電腦發揮各自所長,將人類的思維與電腦的能力結合起來。讓孩子具有批判性思考能力去探索問題及理解問題的本質,學會如何解構問題,建立可被理解的模式,在這過程中培養孩子邏輯思考的能力,進而找到電腦可以運算的演算方式及解決方案。

正因為 Pattern Talks 的探索流程與運算思維是很類似,因此 Pattern Talks 也是我陪伴小孩訓練運算思維的方式之一。

陪伴孩子練習 Pattern Talks ,重點不在於答案(算式/演算法),而是在思路的養成與過程。並且讓孩子知道有多種思考的方式,光是解構的方式,就因人而異。因此首要的任務就是建立一個開放、勇於表達的成長型心態的環境。

我通常會從小學中年級開始帶孩子練習 Pattern Talks (因為對於乘與除有些概念),並從具體物品來呈現題目,並鼓勵孩子們用具體物品來練習解構。比如,多顏色數棒就是很好的工具,透過顏色與空間這兩個元素,能更有效幫助孩子去觀察其規則,進而啟發不同的解構方式。

舉例,上面的例子,小孩可能解構成這兩種方式。

    • n+(n-1)
    • 1+2(n-1)

解構是將一件複雜的問題,拆解成較小的問題,甚至拆解到可被執行(找出規則的)數個小問題。對於 Pattern Talks 的解構,對一些孩子來說,是比較具有挑戰性。

因此我提供幾個方式,協助家長們引導孩子思考如何解構,但我會希望家長們請耐著性子,不要急著告訴孩子有什麼樣的思考策略,多留點很多時間給孩子們去探索,也許孩子們會哎哎叫說想不出來等等,但你可以帶著孩子從更簡單易懂的題目開始,甚至陪著他從n=1、n=2、n=3、n=4,一步一步陪著他們拼出來,這樣的過程,他們也就會從操作的過程,發現一些事情。自己想出領悟出來的方法,除了增強他們的自信外,也會融入他們到他們的思維模式。

  • 動與靜
    • 哪些是會變動,哪些是靜止的。如同程式中的變數與常數。
  •  空間
    • 利用空間、圖像、不同的視角去觀察去尋找其對稱、遞迴、重複。
  • 變形
    • 將圖形反轉、局部性質移動
  • 分割
    • 分離、分割、非對稱
  • 組合
    • 組合、套疊、平衡
  • 關聯
    • 變動因子從哪來?受什麼影響?為什麼會影響?是否有回饋或是遞迴機制?
  • 中介
    • 這部分稍微解釋,有時候孩子無法直觀去察覺,那可以透過另一個孩子可以理解,而其展現的線性、圖形有類似規則與形狀的題目,去作為理解問題的方式。
  • 反向思考

練習 Pattern Talks 的方式,也是如同之前介紹的 Number Talks 一樣,不需要做很多題目,每天可以花10-15分鐘練習,陪伴孩子想出多種方式比較重要。並且盡量讓孩子運用多色筆來練習解構。

延伸閱讀:

  • 陪伴孩子建立數感:Number Talks
  • Visual Patterns
  • Computational Thinking Overview, Google for Education
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C.K. Tseng

我是陪伴兩個孩子一起成長與學習的爸比。
學習是一種交互作用,親子之間也需要互相學習。
現在是親子共學的時代,我很享受在其中。

熱愛接觸大自然,海洋高山總是給我平靜舒壓的力量。
有數學、資工背景的我喜歡探索新知,也愛玩新科技,
一直以來身處在資訊網路業,快樂地生活著。

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