9.1 Computational Thinking Skills 计算思维简答

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本页只整理 Chapter 9.1 的简答题：abstraction、abstract model、decomposition、modules 及 modular approach 的好处。要求编写 pseudocode、procedure 或 function 的题目将在代码专项中整理。

Syllabus learning goals 考纲要求

• 理解 abstraction 的需要和好处。
• 描述 abstraction 的目的。
• 只保留 essential details，建立系统的 abstract model。
• 描述并使用 decomposition，把问题分成 sub-problems，并形成 modules、procedures 或 functions。

1 Abstraction 抽象

Abstraction 是在解决特定问题时：

• Filtering out unnecessary information/details.
• Keeping only the essential information required to solve the problem.

它不是简单地“删除数据”，而是先明确当前 module 的目的，再判断哪些数据会影响结果。对于另一个 module，同一项数据可能重新变得必要。

Mark-scheme definition

Abstraction is the process of filtering out unnecessary information and retaining only the essential information needed to solve the problem.

若题目只给 1 mark，写出其中一条完整表述即可。不要只写 “make the problem simpler”，因为这是 benefit，不是 abstraction 本身的过程。

2 Purpose and benefits of abstraction

Purpose

Abstraction 的直接目的，是建立一个只包含当前任务所需数据与操作的 model，使设计者专注于 relevant details。

Benefits

• The solution/model is simplified.
• It is easier or quicker to understand, design and implement。
• It reduces irrelevant data that would otherwise distract the designer or increase complexity。
• The system/module can be tailored to the user's actual requirements。
• Testing and maintenance can focus on the required behaviour。

Two-mark answer pattern

The technique is abstraction. It filters out unnecessary information, making the solution simpler and easier to design and implement.

第一分通常是 technique/process，第二分才是 benefit。不要把两分都写成 “easier” 和 “quicker” 这类相近结果。

3 Producing an abstract model 建立抽象模型

建立 abstract model 时：

• 明确新 system/module 必须完成的 output 或 action。
• 找出产生该结果所需的 inputs/data。
• 保留会改变判断或输出的 essential information。
• 排除与当前任务无关的数据。
• 说明每项保留或排除数据的理由。

Required information

得分形式通常是 item + matching justification。

例如，module 要向对某项 exercise 感兴趣的会员发送 personalised text message：

• Mobile phone number：required to send the text message。
• Name：required to personalise the message。
• Exercise interest：required to select members interested in that class。

Information not required

一项信息“不需要”，不是因为它永远没有用途，而是因为它 does not affect the current module's task/output。

例如同一短信 module 通常不需要 home address，因为短信通过 mobile phone number 发送；date of birth 也可能不影响是否对某类 exercise 感兴趣。

Answer rule

不要只列数据名称。每个 item 后面必须说明：

item -> how it is used by this module

或：

item not required -> why it does not affect this module's output

4 Abstraction in a system scenario

题目可能要求说明一个业务系统应保留什么。先把场景转换成三类信息：

Car-hire example 可保留 car identifier、customer identifier、start date、return date/number of days 和 cost，因为这些信息用于记录 vehicle、hirer、duration 与 payment。与一次 hire 无关的资料应被排除。

5 Decomposition 分解

Decomposition 是：

• Breaking down a complex problem into smaller sub-problems.
• Each sub-problem performs a clear, manageable task。
• The sub-problems lead to program modules, procedures or functions。
• The modules are combined to solve the original problem。

Mark-scheme definition

Decomposition breaks a problem into smaller sub-problems, which can be implemented as separate modules/procedures/functions.

只写 “split the program” 不够精确；应写 problem/sub-problems，并说明与 modules 的联系。

6 Benefits of decomposition and modularity

• Each smaller problem is easier to understand and design。
• Different modules can be developed by different programmers/team members。
• A module can be tested and debugged independently。
• A module can be designed/tested once and then reused/called repeatedly。
• A change may need to be made in one module only, making the program easier to maintain or modify。
• Modules provide clear responsibilities and reduce repeated code。

Four-mark modular approach pattern

• The function can be called repeatedly whenever it is required。
• It is designed and tested once, then reused。
• A later change is made once in the function, so maintenance is easier。

选择两个真正不同的 advantages。Reused repeatedly 与 called repeatedly 通常可能被视为相近，不要依靠同义重复拿两分。

7 Identifying suitable modules

题目要求 identify sub-modules and describe their use 时，每个得分单元应包含：

meaningful module name + one clearly bounded task

例如 loyalty-card system：

• ScanCard：read the barcode and obtain the customer's unique ID。
• GetPoints：retrieve the customer's current points balance。
• CalculateDiscount：calculate the discount available from the points exchanged。
• UpdatePoints：deduct exchanged points or add points from the new purchase。

不要使用 ProcessData、DoTask 这类无法说明用途的名字，也不要让一个 module 同时完成整个系统。

8 Function interface as a short-answer concept

本页不写 function code，但简答题可能要求描述 interface。Interface 说明 module 与外部如何交换数据：

• Parameters：what values/data types are passed into the module。
• Return value：what result/data type is returned。

例：检查一个 number 的 digits 是否达到 required total：

• Takes two INTEGER parameters：the number and required total。
• Returns a BOOLEAN indicating whether the condition is met。

9 Abstraction vs decomposition

Abstraction 减少当前 model 中不相关的 detail；decomposition 改变问题的组织方式，把整体分成 manageable parts。一个系统设计通常会同时使用两者。

10 Exam-answer checklist

• Definition 是否写了 unnecessary information 与 essential information？
• Benefit 是否与 definition 分开？
• Required/not-required item 是否带 matching justification？
• Justification 是否明确联系当前 scenario？
• Decomposition 是否写到 sub-problems 和 modules/procedures/functions？
• 每个 module 是否只有一个清晰职责？
• Modular advantages 是否包含 testing、reuse 或 maintenance 的具体结果？
• Interface 是否分别说明 parameters 与 return value？

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本页只使用 Chapter 9.1 的理解型与简答型 past-paper evidence。需要编写 module、procedure 或 function 的题目保留给后续代码专项。