與時間賽跑，讓算法“減速”

李咪咪 中學二級教師，華東師范大學科學與技術教育碩士，現于上海市普陀區曹楊第二中學任教信息技術學科。在教學中善于將學科特征與新媒體、新技術進行融合，提升學生的學習興趣，培養學生的計算思維。

課程背景

互聯網平臺“外賣騎手與時間賽跑”的問題，多次引發了社會各界的廣泛關注。外賣騎手需在系統規定的時間內按時送達商品，這種算法忽視了天氣、路況等因素對送達時間的影響。算法是工具還是機器？這個問題不禁引發公眾的無限思考。而信息技術學科旨在培養學生信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個方面的核心素養，其中“信息社會責任”鼓勵學生“關注信息技術革命所帶來的環境問題與人文問題”。所以，本節課我將與學生一起探索如何利用分支結構改進外賣騎手計時系統，使得該系統更加靈活和人性化。

教學目標

知識與技能 描述分支結構的特點和執行過程;設置正確的分支判斷條件;繪制規范的分支結構算法流程圖。

過程與方法 根據問題情境，化歸算法問題，使用分支結構解決問題;合理使用關系運算符、邏輯運算符表示分支結構的判斷條件。

情感態度與價值觀 在使用算法解決問題的過程中，摒除算法的“唯工具論”，思辨算法的社會倫理，明白要讓算法為人服務而非人為算法服務;關注信息技術革命所帶來的人文問題，嘗試用算法知識解決上述相關問題。

教學重點與難點

教學重點 使用分支結構解決“外賣騎手模擬計時”問題。

教學難點 根據不同情境，設置正確的分支判斷條件。

教學過程

一、溫故“思”新——順序結構到分支結構的過渡

1.何時取到外賣（復習順序結構）

構建問題情境：騎手距離客戶1.5km，假設騎手平均速度（含行進路程、上樓等）是2m/s，請問顧客多少分鐘后可以取到外賣？

化歸為算法問題：已知騎手與客戶的距離s、騎手的平均速度v，依次輸入距離s和平均速度v，根據“時間=距離/速度”公式求得所需時間（單位為秒），再將其轉換為以“分鐘”為單位進行輸出。學生根據已學順序結構的相關知識，使用流程圖表達算法思路，并上機編程實現。

2.如何幫助外賣騎手走出計時困局（引出分支結構）

教師設問：教師展示網絡上針對外賣騎手送餐計時算法的討論，外賣騎手長期被困在系統規定的時間里，而系統忽視了客觀因素對騎手行進時間的影響，啟發學生思考。

教師進而設問：如何改進外賣平臺計時系統的算法，使得該系統更加貼近騎手生活，更加靈活和人性化？

小組討論：影響外賣騎手配送時間的因素具體有哪些？

交流總結：根據各小組討論結果，匯總影響外賣騎手配送時間的主要因素（用戶所在樓層數、行進路況、天氣條件等）。

二、多一種選擇，多一點溫暖（走進分支結構）

1.前方路況影響配送時間

構建問題情境：騎手距離客戶1.5km，假設騎手平均速度（含一般行進路程）是2m/s。如果前方修路，那么最終配送時間為原始時間的1.1倍;否則，按照原始方式計算時間。請問顧客多少分鐘后可以取到外賣？

化歸為算法問題：已知騎手與客戶的距離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，時間系數為原始時間的1.1倍;否則，根據“時間=距離/速度”公式求得所需時間（單位為秒），再將其轉換為以“分鐘”為單位進行輸出。

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

程序實現：學生編程實現并測試結果。

2.樓層數影響配送時間（關系運算）

構建問題情境：騎手與客戶的實時距離為1.5km，假設騎手平均速度（含一般行進路程）是2m/s。如果用戶所在樓層大于3層，那么最終配送時間為原始時間的1.1倍;否則，按照原始方式計算時間。請問顧客多少分鐘后可以取到外賣？

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

走進關系運算：（1）問題引發思考：“樓層大于3”如何用表達式表達？判斷結果又是什么？（2）由算術運算遷移到關系運算：算術運算——求大小，關系運算——比較大小;關系運算的結果是邏輯值（True或False）。（3）求關系運算的值。

程序實現：學生編程實現并測試結果。

3.樓層數與路況共同影響配送時間（邏輯運算）

構建問題情境：騎手與客戶的實時距離為1.5km，假設騎手平均速度（含一般行進路程）是2m/s。如果用戶所在樓層大于3層或者修路長度大于500米，那么最終配送時間為原始時間的1.1倍;否則，按照原始方式計算時間。請問顧客多少分鐘后可以取到外賣？

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

走進邏輯運算：邏輯運算符用于連接簡單的邏輯表達式。其運算規則及范例值見下表。

程序實現：學生編程實現并測試結果，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（"請輸入騎手與顧客之間的距離（注意：單位為m）"））

v = Val（InputBox（"請輸入騎手平均速度（注意：單位為m/s）"））

f = Val（InputBox（"請輸入樓層數（注意：單位為層）"））

l=Val（InputBox（"請輸入修路長度（注意：單位為m）"））

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"

教學反思

本課從社會熱點問題“外賣員計時算法”入手，以“什么時候取到外賣”情境貫穿課堂首尾，由“樓層數大于3”引出關系運算，由“樓層數大于3或者修路長度大于500米”引出邏輯運算，問題依次過渡，知識層層遞進，情境貫穿流暢。

人與機器之間的關系是近年來常討論的話題。是機器為人服務，還是人為機器服務？外賣騎手計時問題也是上述問題的縮影。學生在學習運用算法知識解決問題、讓社會生活變得高效的同時，還需要關注算法應用帶來的社會、人文問題。本節課學生雖然只是模擬改進外賣騎手的計時算法，但是通過理解情境、設計算法、編程實現等環節，他們進一步理解并踐行了算法的人文性，思辨了算法的社會倫理。