例谈计算思维在信息技术课堂的落实

郑东明

摘 要：文章尝试通过生活实例“个人所有税”的计算，剖析计算思维在信息技术课堂的实施与落实。通过故事讲解、实践探究、动画演示，逐层深入地使“关注点分离”这一计算思维重要方式得到实施并落实。因计算思维而展现的编程之美，得到充分体现。

周以真教授认为，计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动，是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法（SoC方法）。

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》指出：“计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题、解决方案的过程中产生的一系列思维活动。”具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案。

下面一起看看，如何在信息技术课堂上落实“关注点分离”，并激发学生的计算思维。

【引例】2017版个人所得税扣缴（如表1所示）：

第二阶段：引发矛盾、激发思维。引出计算思维重要方法：“关注点分离”。

初学者，或者说没有经过严格“计算思维”训练的人，通常会写出以上代码，但不是所有人都能够轻而易举地书写正确，其难点不在于思维，而在于代码拖沓冗长，考验一个人的耐力与细心。

代码是正确的，但缺陷也是明显的：①重复率高。许多地方是完全一致的，录入代码麻烦而又容易出错。②分支，本质是用来实现问题的不同侧面。而以上分支，每个分支实现的都是“整个问题”——并没有真正实现“问题”的分割。

有没有方法“克服”这些缺陷呢？

这是本节课的重点与难点。为了解开这个难点，重塑学生的思维，设计了三个环节：

环节一：讲解故事。用以引发概念——关注点分离。

1798年，美国发生了这样一件事情，美国政府要求工厂主惠特尼生产1万杆滑膛枪。按照当时的制作工艺，每支枪由一名工匠承制并负責装配，他必须制作所有部件，还要使各部件吻合，生产进度极慢。惠特尼采用了一种新的方法完成了任务，他把每个造枪的工作化整为零，每个工种只生产其中的一种部件，然后把每种部件都放在一个袋子里，每个袋子都编上号，最后从不同的袋子里各取出一个零件就可以组装成一杆枪。虽然由于前期的研究与试验，影响了工期，但是惠特尼靠这种方法完成了生产任务，并获得美国总统赞赏及国会的进一步的拨款。

思考：这种“分离”为什么会提高效率？

每个工人加工的零件，相对于整支枪，变简单了很多，所需要关注的问题更有针对性。对工人的要求相对更低，实现起来也更容易而且有效。而以上代码，就像把“工人”分组，而每组（每个人）解决的还是整个问题：制造整支枪——本质上，并没有简化问题。为了简化问题，能不能像故事里“枪的分离”：让每个分支，只解决问题的一个侧面（枪的一个零件）？

关注点分离是一种系统思维方法。大体思路是，先将复杂问题作合理的分解，再分别仔细研究问题的不同侧面（关注点），最后综合各方面的结果，合成整体的解决方案。

环节二：实践体验。用来体验“关注点分离”——分步、分段计算并累加。

随机写一个相对大的“税前收入”，让学生手算“应缴纳的税额”。

简洁明了，既彰显计算思维，也体现了“简约而不简单”的编程之美。

计算思维被认为是逻辑思维、实验思维后的第三种科学研究的思维方式。信息技术课堂是培养学生思维能力的重要场所。渗透、落实计算思维，激发创新思维，利于学生适应“大数据、大计算”基础上的人工智能时代。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]何明昕.关注点分离在计算思维和软件工程中的方法论意义[J].计算机科学，2009（4）：60-63.