與時(shí)間賽跑，讓算法“減速”

李咪咪 中學(xué)二級(jí)教師，華東師范大學(xué)科學(xué)與技術(shù)教育碩士，現(xiàn)于上海市普陀區(qū)曹楊第二中學(xué)任教信息技術(shù)學(xué)科。在教學(xué)中善于將學(xué)科特征與新媒體、新技術(shù)進(jìn)行融合，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

課程背景

互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)“外賣(mài)騎手與時(shí)間賽跑”的問(wèn)題，多次引發(fā)了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。外賣(mài)騎手需在系統(tǒng)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按時(shí)送達(dá)商品，這種算法忽視了天氣、路況等因素對(duì)送達(dá)時(shí)間的影響。算法是工具還是機(jī)器？這個(gè)問(wèn)題不禁引發(fā)公眾的無(wú)限思考。而信息技術(shù)學(xué)科旨在培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面的核心素養(yǎng)，其中“信息社會(huì)責(zé)任”鼓勵(lì)學(xué)生“關(guān)注信息技術(shù)革命所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題與人文問(wèn)題”。所以，本節(jié)課我將與學(xué)生一起探索如何利用分支結(jié)構(gòu)改進(jìn)外賣(mài)騎手計(jì)時(shí)系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)更加靈活和人性化。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 描述分支結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和執(zhí)行過(guò)程;設(shè)置正確的分支判斷條件;繪制規(guī)范的分支結(jié)構(gòu)算法流程圖。

過(guò)程與方法 根據(jù)問(wèn)題情境，化歸算法問(wèn)題，使用分支結(jié)構(gòu)解決問(wèn)題;合理使用關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符表示分支結(jié)構(gòu)的判斷條件。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 在使用算法解決問(wèn)題的過(guò)程中，摒除算法的“唯工具論”，思辨算法的社會(huì)倫理，明白要讓算法為人服務(wù)而非人為算法服務(wù);關(guān)注信息技術(shù)革命所帶來(lái)的人文問(wèn)題，嘗試用算法知識(shí)解決上述相關(guān)問(wèn)題。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 使用分支結(jié)構(gòu)解決“外賣(mài)騎手模擬計(jì)時(shí)”問(wèn)題。

教學(xué)難點(diǎn) 根據(jù)不同情境，設(shè)置正確的分支判斷條件。

教學(xué)過(guò)程

一、溫故“思”新——順序結(jié)構(gòu)到分支結(jié)構(gòu)的過(guò)渡

1.何時(shí)取到外賣(mài)（復(fù)習(xí)順序結(jié)構(gòu)）

構(gòu)建問(wèn)題情境：騎手距離客戶(hù)1.5km，假設(shè)騎手平均速度（含行進(jìn)路程、上樓等）是2m/s，請(qǐng)問(wèn)顧客多少分鐘后可以取到外賣(mài)？

化歸為算法問(wèn)題：已知騎手與客戶(hù)的距離s、騎手的平均速度v，依次輸入距離s和平均速度v，根據(jù)“時(shí)間=距離/速度”公式求得所需時(shí)間（單位為秒），再將其轉(zhuǎn)換為以“分鐘”為單位進(jìn)行輸出。學(xué)生根據(jù)已學(xué)順序結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，使用流程圖表達(dá)算法思路，并上機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。

2.如何幫助外賣(mài)騎手走出計(jì)時(shí)困局（引出分支結(jié)構(gòu)）

教師設(shè)問(wèn)：教師展示網(wǎng)絡(luò)上針對(duì)外賣(mài)騎手送餐計(jì)時(shí)算法的討論，外賣(mài)騎手長(zhǎng)期被困在系統(tǒng)規(guī)定的時(shí)間里，而系統(tǒng)忽視了客觀因素對(duì)騎手行進(jìn)時(shí)間的影響，啟發(fā)學(xué)生思考。

教師進(jìn)而設(shè)問(wèn)：如何改進(jìn)外賣(mài)平臺(tái)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的算法，使得該系統(tǒng)更加貼近騎手生活，更加靈活和人性化？

小組討論：影響外賣(mài)騎手配送時(shí)間的因素具體有哪些？

交流總結(jié)：根據(jù)各小組討論結(jié)果，匯總影響外賣(mài)騎手配送時(shí)間的主要因素（用戶(hù)所在樓層數(shù)、行進(jìn)路況、天氣條件等）。

二、多一種選擇，多一點(diǎn)溫暖（走進(jìn)分支結(jié)構(gòu)）

1.前方路況影響配送時(shí)間

構(gòu)建問(wèn)題情境：騎手距離客戶(hù)1.5km，假設(shè)騎手平均速度（含一般行進(jìn)路程）是2m/s。如果前方修路，那么最終配送時(shí)間為原始時(shí)間的1.1倍;否則，按照原始方式計(jì)算時(shí)間。請(qǐng)問(wèn)顧客多少分鐘后可以取到外賣(mài)？

化歸為算法問(wèn)題：已知騎手與客戶(hù)的距離s、騎手的平均速度v、前方道路狀況flag，首先依次輸入距離s、平均速度v和前方道路狀況flag的值。然后判斷前方是否修路，如果修路，時(shí)間系數(shù)為原始時(shí)間的1.1倍;否則，根據(jù)“時(shí)間=距離/速度”公式求得所需時(shí)間（單位為秒），再將其轉(zhuǎn)換為以“分鐘”為單位進(jìn)行輸出。

走進(jìn)分支結(jié)構(gòu)：學(xué)生思考已學(xué)“順序結(jié)構(gòu)”的流程圖能否表示此算法，并闡釋原因;教師展示用分支結(jié)構(gòu)表示上述算法的流程圖，如圖1，并讓學(xué)生嘗試用語(yǔ)言描述此流程圖;教師由特殊到一般，闡釋分支結(jié)構(gòu)的定義（根據(jù)給定條件是否成立而決定執(zhí)行不同路徑的算法結(jié)構(gòu)）;教師解釋分支結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過(guò)程，并講授分支結(jié)構(gòu)的語(yǔ)法格式。

程序?qū)崿F(xiàn)：學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)并測(cè)試結(jié)果。

2.樓層數(shù)影響配送時(shí)間（關(guān)系運(yùn)算）

構(gòu)建問(wèn)題情境：騎手與客戶(hù)的實(shí)時(shí)距離為1.5km，假設(shè)騎手平均速度（含一般行進(jìn)路程）是2m/s。如果用戶(hù)所在樓層大于3層，那么最終配送時(shí)間為原始時(shí)間的1.1倍;否則，按照原始方式計(jì)算時(shí)間。請(qǐng)問(wèn)顧客多少分鐘后可以取到外賣(mài)？

化歸為算法問(wèn)題：先輸入距離s、平均速度v和樓層數(shù)f，再判斷用戶(hù)樓層是否大于3層。如果大于3層，那么時(shí)間系數(shù)乘以1.1;否則，按照原始計(jì)算時(shí)間的方式。算法流程圖如圖2。

走進(jìn)關(guān)系運(yùn)算：（1）問(wèn)題引發(fā)思考：“樓層大于3”如何用表達(dá)式表達(dá)？判斷結(jié)果又是什么？（2）由算術(shù)運(yùn)算遷移到關(guān)系運(yùn)算：算術(shù)運(yùn)算——求大小，關(guān)系運(yùn)算——比較大小;關(guān)系運(yùn)算的結(jié)果是邏輯值（True或False）。（3）求關(guān)系運(yùn)算的值。

程序?qū)崿F(xiàn)：學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)并測(cè)試結(jié)果。

3.樓層數(shù)與路況共同影響配送時(shí)間（邏輯運(yùn)算）

構(gòu)建問(wèn)題情境：騎手與客戶(hù)的實(shí)時(shí)距離為1.5km，假設(shè)騎手平均速度（含一般行進(jìn)路程）是2m/s。如果用戶(hù)所在樓層大于3層或者修路長(zhǎng)度大于500米，那么最終配送時(shí)間為原始時(shí)間的1.1倍;否則，按照原始方式計(jì)算時(shí)間。請(qǐng)問(wèn)顧客多少分鐘后可以取到外賣(mài)？

化歸為算法問(wèn)題：輸入距離s、平均速度v、樓層數(shù)f、修路長(zhǎng)度l，再判斷“用戶(hù)樓層大于3層或者修路長(zhǎng)度大于500米”條件是否成立。如果條件成立，那么時(shí)間乘以系數(shù)1.1;否則，按照原始計(jì)算時(shí)間的方式。算法流程圖如圖3。

走進(jìn)邏輯運(yùn)算：邏輯運(yùn)算符用于連接簡(jiǎn)單的邏輯表達(dá)式。其運(yùn)算規(guī)則及范例值見(jiàn)下表。

程序?qū)崿F(xiàn)：學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)并測(cè)試結(jié)果，具體VB代碼如下。

Dim s As Single， t As Single， v As Single，f As Integer，l as Single

s = Val（InputBox（"請(qǐng)輸入騎手與顧客之間的距離（注意：?jiǎn)挝粸閙）"））

v = Val（InputBox（"請(qǐng)輸入騎手平均速度（注意：?jiǎn)挝粸閙/s）"））

f = Val（InputBox（"請(qǐng)輸入樓層數(shù)（注意：?jiǎn)挝粸閷樱?））

l=Val（InputBox（"請(qǐng)輸入修路長(zhǎng)度（注意：?jiǎn)挝粸閙）"））

If? （f>3 or l>500） Then

t = （s / v） * 1.1

Else

t = s / v

End If

t = t / 60

Label1.Caption = t & "分鐘后送達(dá)"

教學(xué)反思

本課從社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題“外賣(mài)員計(jì)時(shí)算法”入手，以“什么時(shí)候取到外賣(mài)”情境貫穿課堂首尾，由“樓層數(shù)大于3”引出關(guān)系運(yùn)算，由“樓層數(shù)大于3或者修路長(zhǎng)度大于500米”引出邏輯運(yùn)算，問(wèn)題依次過(guò)渡，知識(shí)層層遞進(jìn)，情境貫穿流暢。

人與機(jī)器之間的關(guān)系是近年來(lái)常討論的話(huà)題。是機(jī)器為人服務(wù)，還是人為機(jī)器服務(wù)？外賣(mài)騎手計(jì)時(shí)問(wèn)題也是上述問(wèn)題的縮影。學(xué)生在學(xué)習(xí)運(yùn)用算法知識(shí)解決問(wèn)題、讓社會(huì)生活變得高效的同時(shí)，還需要關(guān)注算法應(yīng)用帶來(lái)的社會(huì)、人文問(wèn)題。本節(jié)課學(xué)生雖然只是模擬改進(jìn)外賣(mài)騎手的計(jì)時(shí)算法，但是通過(guò)理解情境、設(shè)計(jì)算法、編程實(shí)現(xiàn)等環(huán)節(jié)，他們進(jìn)一步理解并踐行了算法的人文性，思辨了算法的社會(huì)倫理。