例談?dòng)?jì)算思維在信息技術(shù)課堂的落實(shí)

鄭東明

摘 要：文章嘗試通過生活實(shí)例“個(gè)人所有稅”的計(jì)算，剖析計(jì)算思維在信息技術(shù)課堂的實(shí)施與落實(shí)。通過故事講解、實(shí)踐探究、動(dòng)畫演示，逐層深入地使“關(guān)注點(diǎn)分離”這一計(jì)算思維重要方式得到實(shí)施并落實(shí)。因計(jì)算思維而展現(xiàn)的編程之美，得到充分體現(xiàn)。

周以真教授認(rèn)為，計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)，是一種采用抽象和分解來控制龐雜的任務(wù)或進(jìn)行巨大復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，是基于關(guān)注分離的方法（SoC方法）。

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：“計(jì)算思維是指個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題、解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)?！本邆溆?jì)算思維的學(xué)生，在信息活動(dòng)中能夠采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)；通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運(yùn)用合理的算法形成解決問題的方案。

下面一起看看，如何在信息技術(shù)課堂上落實(shí)“關(guān)注點(diǎn)分離”，并激發(fā)學(xué)生的計(jì)算思維。

【引例】2017版?zhèn)€人所得稅扣繳（如表1所示）：

第二階段：引發(fā)矛盾、激發(fā)思維。引出計(jì)算思維重要方法：“關(guān)注點(diǎn)分離”。

初學(xué)者，或者說沒有經(jīng)過嚴(yán)格“計(jì)算思維”訓(xùn)練的人，通常會(huì)寫出以上代碼，但不是所有人都能夠輕而易舉地書寫正確，其難點(diǎn)不在于思維，而在于代碼拖沓冗長，考驗(yàn)一個(gè)人的耐力與細(xì)心。

代碼是正確的，但缺陷也是明顯的：①重復(fù)率高。許多地方是完全一致的，錄入代碼麻煩而又容易出錯(cuò)。②分支，本質(zhì)是用來實(shí)現(xiàn)問題的不同側(cè)面。而以上分支，每個(gè)分支實(shí)現(xiàn)的都是“整個(gè)問題”——并沒有真正實(shí)現(xiàn)“問題”的分割。

有沒有方法“克服”這些缺陷呢？

這是本節(jié)課的重點(diǎn)與難點(diǎn)。為了解開這個(gè)難點(diǎn)，重塑學(xué)生的思維，設(shè)計(jì)了三個(gè)環(huán)節(jié)：

環(huán)節(jié)一：講解故事。用以引發(fā)概念——關(guān)注點(diǎn)分離。

1798年，美國發(fā)生了這樣一件事情，美國政府要求工廠主惠特尼生產(chǎn)1萬桿滑膛槍。按照當(dāng)時(shí)的制作工藝，每支槍由一名工匠承制并負(fù)責(zé)裝配，他必須制作所有部件，還要使各部件吻合，生產(chǎn)進(jìn)度極慢?；萏啬岵捎昧艘环N新的方法完成了任務(wù)，他把每個(gè)造槍的工作化整為零，每個(gè)工種只生產(chǎn)其中的一種部件，然后把每種部件都放在一個(gè)袋子里，每個(gè)袋子都編上號，最后從不同的袋子里各取出一個(gè)零件就可以組裝成一桿槍。雖然由于前期的研究與試驗(yàn)，影響了工期，但是惠特尼靠這種方法完成了生產(chǎn)任務(wù)，并獲得美國總統(tǒng)贊賞及國會(huì)的進(jìn)一步的撥款。

思考：這種“分離”為什么會(huì)提高效率？

每個(gè)工人加工的零件，相對于整支槍，變簡單了很多，所需要關(guān)注的問題更有針對性。對工人的要求相對更低，實(shí)現(xiàn)起來也更容易而且有效。而以上代碼，就像把“工人”分組，而每組（每個(gè)人）解決的還是整個(gè)問題：制造整支槍——本質(zhì)上，并沒有簡化問題。為了簡化問題，能不能像故事里“槍的分離”：讓每個(gè)分支，只解決問題的一個(gè)側(cè)面（槍的一個(gè)零件）？

關(guān)注點(diǎn)分離是一種系統(tǒng)思維方法。大體思路是，先將復(fù)雜問題作合理的分解，再分別仔細(xì)研究問題的不同側(cè)面（關(guān)注點(diǎn)），最后綜合各方面的結(jié)果，合成整體的解決方案。

環(huán)節(jié)二：實(shí)踐體驗(yàn)。用來體驗(yàn)“關(guān)注點(diǎn)分離”——分步、分段計(jì)算并累加。

隨機(jī)寫一個(gè)相對大的“稅前收入”，讓學(xué)生手算“應(yīng)繳納的稅額”。

簡潔明了，既彰顯計(jì)算思維，也體現(xiàn)了“簡約而不簡單”的編程之美。

計(jì)算思維被認(rèn)為是邏輯思維、實(shí)驗(yàn)思維后的第三種科學(xué)研究的思維方式。信息技術(shù)課堂是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要場所。滲透、落實(shí)計(jì)算思維，激發(fā)創(chuàng)新思維，利于學(xué)生適應(yīng)“大數(shù)據(jù)、大計(jì)算”基礎(chǔ)上的人工智能時(shí)代。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]何明昕.關(guān)注點(diǎn)分離在計(jì)算思維和軟件工程中的方法論意義[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009（4）：60-63.