基于計算思維的課程教學改革與創(chuàng)新課件

基于計算思維的課程教學改革與創(chuàng)新深圳大學王志強2013.12.15?？?基于計算思維的課程教學改革與創(chuàng)新深圳大學王志強1匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入12匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入計算機文化基礎(chǔ)大學計算機基礎(chǔ)計算機基礎(chǔ)知識WindowsOffice多媒體網(wǎng)絡(luò)計算機基礎(chǔ)知識程序設(shè)計數(shù)據(jù)庫多媒體網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會

“1＋X”課程設(shè)置方案教育部高等學校文科計算機基礎(chǔ)教學指導委員會

大公共課程＋小公共課程＋計算機應(yīng)用課程3計算思維概念的引入計算機文化基礎(chǔ)大學計算機基礎(chǔ)計算機基礎(chǔ)知識

計算機基礎(chǔ)課程：不斷改革，與時俱進

眾多教師寫教材：計算機文化基礎(chǔ)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)大學計算機基礎(chǔ)計算機科學導論，等等計算思維概念的引入結(jié)局：教務(wù)處普遍減學時70→42→20→0計算機應(yīng)用計算思維計算科學計算機技能4計算機基礎(chǔ)課程：不斷改革，與時俱進計算思維概念的引入周以真定義：計算思維(ComputationalThinking，CT)是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維的核心概念和方法約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真遞歸、并行抽象、分解建模預防、保護、冗余、容錯、糾錯、恢復啟發(fā)式推理、規(guī)劃、學習、調(diào)度海量數(shù)據(jù)、計算、折中計算思維概念的引入質(zhì)疑：充分的？唯一的？……5周以真定義：計算思維(ComputationalThinkDenning認為：計算原理可以總結(jié)為7類。

計算---Computation

通信---Communication

協(xié)作---Coordination

記憶---Recollection

自動化-Automation

評估---Evaluation

設(shè)計---Design計算思維概念的引入6Denning認為：計算原理可以總結(jié)為7類。

計算---Co計算思維概念的引入2006-2010年教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會主任：陳國良院士

2010.05：合肥會議討論將計算思維融入計算機基礎(chǔ)課程中。2010.07：西安會議發(fā)表了《九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，確定以計算思維為核心的課程改革。2010.09：太原會議決定了以“計算思維：確保學生創(chuàng)新能力”為主題向教育部領(lǐng)導諫言和申請立項研究。2010.11：濟南會議2011.06：北京會議2011.08：深圳會議2011.11：杭州會議……7計算思維概念的引入2006-2010年教育部高等學校計算機基教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會

發(fā)布“計算思維教學改革白皮書(征求意見稿)”

2013.7哈爾濱

第二屆計算思維與大學計算機課程教學改革研討會白皮書的主要內(nèi)容：

一、科學思維以及邏輯思維、實證思維與計算思維的關(guān)系

二、計算思維的表達體系

三、大學計算機課程知識體系與核心概念的關(guān)系表1計算思維表達體系框架

表2理工類大學計算機課程知識體系與計算思維核心概念的對應(yīng)關(guān)系計算思維概念的引入8教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會

發(fā)布“計算思維教計算思維概念的引入表1計算思維表達體系框架9計算思維概念的引入表1計算思維表達體系框架9表2理工類大學計算機課程知識體系與計算思維核心概念的對應(yīng)關(guān)系計算思維概念的引入10表2理工類大學計算機課程知識體系計算思維概念的引入10教育部高等學校計算機類專業(yè)教學指導委員會

副主任：蔣宗禮教授“計算思維與人才培養(yǎng)”教育部高等學校文科計算機基礎(chǔ)教學指導分委員會

主任：杜小勇教授“計算思維是大學計算機作為基礎(chǔ)課、

通識課的理論基礎(chǔ)”全國高等院校計算機基礎(chǔ)教育研究會

副會長：吳功宜教授“新版藍皮書----指導思想”計算思維概念的引入以計算思維為理論基礎(chǔ)，推進大學計算機課程教學內(nèi)容改革；以應(yīng)用能力培養(yǎng)為導向，完善復合型人才實踐教學體系建設(shè)；以服務(wù)專業(yè)教學為目標，在交叉融合中尋求更大的發(fā)展空間。11教育部高等學校計算機類專業(yè)教學指導委員會

副主任：蔣宗禮教授已出版的相關(guān)教材陳國良、王志強、毛睿、張艷等

計算思維導論，高等教育出版社，2012.10唐培和、徐奕奕、王日鳳

計算思維導論，廣西師范大學出版社，2012.10戰(zhàn)德臣、聶蘭順等

大學計算機-計算思維導論，電子工業(yè)出版社，2013.7李波、趙英良、程向前、喬亞男等

大學計算機-信息、計算與智能，高等教育出版社，2013.8……等等計算思維概念的引入12已出版的相關(guān)教材計算思維概念的引入12匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入113匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維導論教學內(nèi)容總體結(jié)構(gòu)(深圳大學陳國良院士)計算理論：可計算性與計算復雜性算法和通用描述性程序設(shè)計語言實現(xiàn)基礎(chǔ)：計算機硬件和軟件最小知識集教材內(nèi)容計算思維基礎(chǔ)知識計算理論與計算模型算法基礎(chǔ)程序設(shè)計語言計算機硬件基礎(chǔ)計算機軟件基礎(chǔ)計算文化與計算機職業(yè)道德教育14計算思維導論教學內(nèi)容總體結(jié)構(gòu)(深圳大學陳國良院士)教材內(nèi)容教材序言提到我們要提倡計算思維在教育和科研中的作用，要將計算思維引入到大學計算機課程中，通過它來改變大學計算機教育沿襲了幾十年的傳統(tǒng)教學模式，從而振興大學的計算教育。我們要改變過去計算機基礎(chǔ)課程只講工具對學生所造成的枯燥、乏味之感，要激發(fā)學生對計算機科學的興趣和熱愛，要傳承計算文化和體現(xiàn)計算之美以及展示學科魅力。我們要致力于使計算思維成為公眾的常識和人們普遍的思考方式，將計算思維真正融入到人類的一切活動之中。計算思維導論教學內(nèi)容課程總體要求傳承計算文化、弘揚計算科學、培養(yǎng)計算思維體驗計算愉悅、感受計算之美15教材序言提到計算思維導論教學內(nèi)容課程總體要求15科學→計算科學，思維→計算思維計算思維的定義、特征和本質(zhì)計算思維與計算機的關(guān)系計算思維的應(yīng)用領(lǐng)域

生物學、腦科學、化學、地質(zhì)學、天文學、數(shù)學、工程(電氣、土木、機械、航天航空等)、經(jīng)濟學、社會科學、醫(yī)學、法律、娛樂、藝術(shù)、體育、教育學等周以真講義：計算機科學中的深層次問題

主要內(nèi)容：P=NP？什么是可計算的？復雜性是什么？計算科學的典型問題

排序問題、國王的婚姻、漢諾塔問題、旅行商問題TSP計算思維導論教學內(nèi)容第一章計算思維基礎(chǔ)知識16科學→計算科學，思維→計算思維計算思維導論教學內(nèi)容第一章計第二章計算理論與計算模型計數(shù)、邏輯、算法→計算及計算過程可計算性(定義、特性、內(nèi)容、意義)停機問題(案例：理發(fā)師悖論)計算復雜性(算法復雜性、計算復雜性

時間復雜度、空間復雜度)P=NP?問題(千禧年數(shù)學難題)圖靈機、馮·諾依曼機量子計算模型、生物計算模型離散數(shù)學：數(shù)理邏輯、集合論代數(shù)系統(tǒng)、圖論計算科學的數(shù)學基礎(chǔ)計算理論計算模型計算思維導論教學內(nèi)容17第二章計算理論與計算模型計數(shù)、邏輯、算法→計算及計算過程可第三章算法基礎(chǔ)算法的概念：算法的起源、定義、特征算法的描述：自然語言、流程圖、偽代碼、程序語言窮舉法(案例：四色定理、百錢買百雞)回溯法(案例：網(wǎng)絡(luò)爬蟲、八皇后問題)遞歸法(案例：德羅斯特視覺效應(yīng)、Fibonacci數(shù)列)貪心法(案例：田忌賽馬、最小生成樹)分治法(案例：二分查找，谷歌的MapReduce技術(shù))動態(tài)規(guī)劃(案例：GPS尋找最優(yōu)路徑，F(xiàn)ibonacci數(shù)列)算法的設(shè)計：算法的評價和分析：算法正確性、復雜度分析(時間/空間)算法中的數(shù)學工具：求和公式、遞歸方程求解等計算思維導論教學內(nèi)容18第三章算法基礎(chǔ)算法的概念：算法的起源、定義、特征窮舉法(案第七章計算文化與計算機職業(yè)道德教育計算文化：計算文化與專業(yè)素質(zhì)、計算文化教育和素質(zhì)、信息素養(yǎng)人類對計算本質(zhì)認識：計算手段器械化、計算過程形式化

計算執(zhí)行自動化計算文化歷史：其人其事、歷屆圖靈獎獲得者計算機的發(fā)展歷史與發(fā)展啟示網(wǎng)絡(luò)文化：網(wǎng)絡(luò)文化的內(nèi)涵、特征、功能，以及產(chǎn)業(yè)化網(wǎng)絡(luò)文化消費：網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)絡(luò)音樂或電影、網(wǎng)絡(luò)文學人肉搜索與自組織理論、網(wǎng)絡(luò)輿情分析與引導社會計算與平行系統(tǒng)計算機職業(yè)道德教育：道德和職業(yè)道德、計算機職業(yè)道德、計算機專業(yè)職位計算機倫理、網(wǎng)絡(luò)倫理、計算機知識產(chǎn)權(quán)網(wǎng)絡(luò)隱私與自由、計算機犯罪計算思維導論教學內(nèi)容19第七章計算文化與計算機職業(yè)道德教育計算文化：計算文化與專業(yè)教材內(nèi)容（廣西科技大學唐培和）計算思維概論計算思維之計算(理論)基礎(chǔ)計算思維之邏輯基礎(chǔ)計算思維之方法學計算思維之算法基礎(chǔ)程序設(shè)計中的特定思維其他學科中的計算思維

計算思維導論教學內(nèi)容20教材內(nèi)容（廣西科技大學唐培和）計算思維導論教學內(nèi)容20計算思維：廣義計算思維、狹義計算思維。廣義計算思維，在吸收計算學科豐碩成果的基礎(chǔ)上，更側(cè)重于哲學的角度，從辯證法、認識論、邏輯學的角度去理解，在更廣泛的領(lǐng)域去應(yīng)用，從而在體系、內(nèi)容和研究方法等方面更具實踐性、科學性和時代性。狹義計算思維，從計算學科的方法論出發(fā)，討論借助于計算機這一特定的工具如何求解客觀世界的實際問題。這里涉及特定的思想、方法、理論和技術(shù)。本書以狹義計算思維為主，廣義計算思維為輔。畢竟學習計算思維導論的首要目的是利用計算及計算機技術(shù)更好地解決將來所面臨的各種實際專業(yè)問題。計算思維導論教學內(nèi)容教材內(nèi)容（廣西科技大學唐培和）21計算思維：廣義計算思維、狹義計算思維。計算思維導論教學內(nèi)容教教材內(nèi)容（哈爾濱工業(yè)大學戰(zhàn)德臣）引論(計算、計算科學)計算系統(tǒng)的基本思維問題求解框架算法與復雜性數(shù)據(jù)抽象、設(shè)計與挖掘計算機網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)化社會計算思維導論教學內(nèi)容22教材內(nèi)容（哈爾濱工業(yè)大學戰(zhàn)德臣）計算思維導論教學內(nèi)容22教材內(nèi)容（西安交通大學李波）符號模型的數(shù)學描述什么是信息什么是計算什么是智能問題求解算法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算思維大學計算機教學內(nèi)容23教材內(nèi)容（西安交通大學李波）大學計算機教學內(nèi)容232008年周以真教授在CommunicationofACM上發(fā)表Fivedeepquestionsincomputing，提出計算機學科的五個基本問題：DoesPequalNP?

Whatiscomputable?

Whatisintelligence?

Whatisinformation?

(How)canwebuildcomplexsystemssimply?本書選擇了什么是信息、什么是計算、什么是智能這三個問題作為核心內(nèi)容進行闡述和討論，希望對計算機學科的基本問題和理論基礎(chǔ)有初步的了解和正確的認識。大學計算機教學內(nèi)容教材內(nèi)容（西安交通大學李波）242008年周以真教授在CommunicationofAC匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入125匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2模塊1算法思維/算法學算法思維通常被認為是解決問題的過程性思維方法科學計算問題的一般過程實際問題數(shù)學模型數(shù)值計算/算法設(shè)計程序設(shè)計計算結(jié)果許多科學領(lǐng)域的問題求解，如計算物理學、計算力學、計算化學、計算經(jīng)濟學和計算社會學等都可以歸結(jié)為數(shù)值計算／算法設(shè)計與分析等問題。普適性、基礎(chǔ)性26模塊1算法思維/算法學算法思維通常被認為是解決問題的過程性模塊1算法思維/算法學算法學分類數(shù)值算法（課程：數(shù)值計算方法）

求解線性方程組、數(shù)值積分等，有特定的計算步驟非數(shù)值算法（課程：算法設(shè)計與分析）

求解判定問題、最優(yōu)化問題等，掌握算法設(shè)計技術(shù)軟計算方法（課程：計算智能）

遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為什么要學習算法？算法是計算機的靈魂算法是數(shù)學機械化的一部分，能夠解決復雜的計算問題算法作為一種思想，能鍛煉人們的思維，使思維變得更清晰、更有邏輯27模塊1算法思維/算法學算法學分類為什么要學習算法？27模塊2網(wǎng)絡(luò)科學/網(wǎng)絡(luò)思維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)→網(wǎng)絡(luò)科學→網(wǎng)絡(luò)思維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)的一般概念和體系結(jié)構(gòu)、搜索引擎、電子郵件、電子商務(wù)、即時通訊、信息安全、云計算等；

其他專題：社交網(wǎng)絡(luò)、輿情分析、人肉搜索、網(wǎng)絡(luò)營銷、

網(wǎng)絡(luò)文學、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析、社會安全事件、群體智慧等。網(wǎng)絡(luò)科學：研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或動態(tài)行為并將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到許多子領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，這里的子領(lǐng)域包括社會網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作網(wǎng)絡(luò)、人造的涌現(xiàn)系統(tǒng)（電力網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)）和生命科學系統(tǒng)（傳染病、遺傳學）等。28模塊2網(wǎng)絡(luò)科學/網(wǎng)絡(luò)思維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)→網(wǎng)絡(luò)科學→網(wǎng)絡(luò)思維28網(wǎng)絡(luò)思維：將一個看來困難的問題轉(zhuǎn)換為圖論中的經(jīng)典問題，從而獲得解決問題的方法。它是通過某種聯(lián)系將個體組成一個系統(tǒng)。其特征：開放性、協(xié)同性和系統(tǒng)性網(wǎng)絡(luò)思維是認識網(wǎng)絡(luò)世界的世界觀與方法論，是群體思維和社會思維。網(wǎng)絡(luò)科學之美：圍繞復雜網(wǎng)絡(luò)的共性拓撲特征所體現(xiàn)和闡述的網(wǎng)絡(luò)科學與藝術(shù)存在的統(tǒng)一之美。以網(wǎng)絡(luò)拓撲建模為例闡述了網(wǎng)絡(luò)科學的簡潔之美，以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為例闡述了網(wǎng)絡(luò)科學的協(xié)作之美，以社會學習為例闡述了網(wǎng)絡(luò)科學的包容之美，以網(wǎng)絡(luò)控制為例闡述了網(wǎng)絡(luò)科學的可控之美。模塊2網(wǎng)絡(luò)科學/網(wǎng)絡(luò)思維29網(wǎng)絡(luò)思維：將一個看來困難的問題轉(zhuǎn)換為圖論中的經(jīng)典問題，從而獲模塊3數(shù)據(jù)思維/數(shù)據(jù)科學大數(shù)據(jù)時代--生活、工作與思維的大變革麥肯錫咨詢公司給出的大數(shù)據(jù)定義是：

大數(shù)據(jù)是指所涉及的數(shù)據(jù)集規(guī)模已經(jīng)超過了傳

統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件獲取、存儲、管理和分析的能力大數(shù)據(jù)的特征：大容量、多樣性、高價值、快速度大數(shù)據(jù)的技術(shù)架構(gòu)：CS2013領(lǐng)域知識：14→18SystemsFundamentals計算機系統(tǒng)基礎(chǔ)系統(tǒng)能力系統(tǒng)思維構(gòu)建→認知云計算系統(tǒng)：IaaS基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)PaaS平臺即服務(wù)SaaS軟件即服務(wù)AaaS分析即服務(wù)30模塊3數(shù)據(jù)思維/數(shù)據(jù)科學大數(shù)據(jù)時代--生活、工作與思維的大數(shù)據(jù)科學：簡單地理解為預測分析和數(shù)據(jù)挖掘，是統(tǒng)計分析和機器學習技術(shù)的結(jié)合。數(shù)據(jù)分析師／數(shù)據(jù)科學家：負責分析和解釋數(shù)據(jù)集，幫助企業(yè)快速而有效地獲得對大數(shù)據(jù)的洞察力。大數(shù)據(jù)研究的科學意義：數(shù)據(jù)是與自然資源、人力資源一樣重要的戰(zhàn)略資源，隱含巨大的經(jīng)濟價值，推動大數(shù)據(jù)研究的動力主要是企業(yè)經(jīng)濟效益。數(shù)據(jù)研究能成為一門科學的前提是：在一個領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)相互關(guān)系和規(guī)律具有推廣到其他領(lǐng)域的普適性。模塊3數(shù)據(jù)思維/數(shù)據(jù)科學還原論與整體性31數(shù)據(jù)科學：簡單地理解為預測分析和數(shù)據(jù)挖掘，是統(tǒng)計分析和機器學匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入132匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2美國能源部報告認為：高端計算目前已經(jīng)與理論研究、實驗手段一起，成為獲得科學發(fā)現(xiàn)的三大支柱。因此，理論科學、實驗科學和計算科學是推動人類文明進步和科技發(fā)展的重要途徑。三種科學對應(yīng)三類思維

理論科學←→理論思維(邏輯思維)

實驗科學←→實驗思維(實證思維)

計算科學←→計算思維(構(gòu)造思維)計算思維包括：算法思維、網(wǎng)絡(luò)思維、數(shù)據(jù)思維、

系統(tǒng)思維、……總結(jié)與反思周以真定義：計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。33美國能源部報告認為：高端計算目前已經(jīng)與理論研究、實驗手段一起計算思維的教育方式眾所周知，讓學生潛移默化地掌握計算思維，無疑是最佳選擇，這與環(huán)境塑造人的道理是一樣的。潛移默化是需要環(huán)境、需要時間、需要過程的。非計算機專業(yè)的計算機基礎(chǔ)教育，課程門數(shù)和學時有限，如何潛移默化？不少專家主張先分學科大類（理工、農(nóng)林、醫(yī)藥、人文社科、藝術(shù)等），再將計算思維按類分別融入大學計算機基礎(chǔ)課程中。周以真認為：計算思維是面向所有的人、所有地方（領(lǐng)域），那么有必要按學科分類實施嗎？總結(jié)與反思34計算思維的教育方式總結(jié)與反思34《辦公軟件高級應(yīng)用》章節(jié)目錄對比左右兩本教材的章節(jié)目錄不難發(fā)現(xiàn)，右邊的教材比左邊的教材更側(cè)重于方法傳授，而不全是操作技能。這樣，也就體現(xiàn)了計算思維的概念，即計算科學的思想和方法。韓國人做PPT非常好看，同時與演講結(jié)合起來提高到表達的藝術(shù)，我國有位作者將PPT提高到視覺思維能力等。我們要改變以前只講軟件工具或操作技能，不講設(shè)計方法和計算思維等舊的教育觀念。真正做到授人以魚，不如授之以漁。

----出自中國古代道家學派著作《老子》總結(jié)與反思35《辦公軟件高級應(yīng)用》章節(jié)目錄總結(jié)與反思35總結(jié)與反思大學數(shù)學→微分學、積分學、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計等大學物理學→力學、熱學、電磁學、光學、宇宙學等大學計算機→算法學、網(wǎng)絡(luò)學、數(shù)據(jù)學、…………等計算機科學與技術(shù)專業(yè)8門核心課程

離散數(shù)學、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法

操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)

計算機組成原理、程序設(shè)計基礎(chǔ)、軟件工程機械工程專業(yè)（機械設(shè)計制造及其自動化）

機械制圖、機械原理、機械設(shè)計、工程力學、……等感謝陳國良院士的指導與幫助！36總結(jié)與反思大學數(shù)學→微分學、積分學、線性代數(shù)、概率統(tǒng)計等感謝演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！基于計算思維的課程教學改革與創(chuàng)新深圳大學王志強2013.12.15?？?8基于計算思維的課程教學改革與創(chuàng)新深圳大學王志強1匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入139匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入計算機文化基礎(chǔ)大學計算機基礎(chǔ)計算機基礎(chǔ)知識WindowsOffice多媒體網(wǎng)絡(luò)計算機基礎(chǔ)知識程序設(shè)計數(shù)據(jù)庫多媒體網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會

“1＋X”課程設(shè)置方案教育部高等學校文科計算機基礎(chǔ)教學指導委員會

大公共課程＋小公共課程＋計算機應(yīng)用課程40計算思維概念的引入計算機文化基礎(chǔ)大學計算機基礎(chǔ)計算機基礎(chǔ)知識

計算機基礎(chǔ)課程：不斷改革，與時俱進

眾多教師寫教材：計算機文化基礎(chǔ)計算機應(yīng)用基礎(chǔ)大學計算機基礎(chǔ)計算機科學導論，等等計算思維概念的引入結(jié)局：教務(wù)處普遍減學時70→42→20→0計算機應(yīng)用計算思維計算科學計算機技能41計算機基礎(chǔ)課程：不斷改革，與時俱進計算思維概念的引入周以真定義：計算思維(ComputationalThinking，CT)是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維的核心概念和方法約簡、嵌入、轉(zhuǎn)化、仿真遞歸、并行抽象、分解建模預防、保護、冗余、容錯、糾錯、恢復啟發(fā)式推理、規(guī)劃、學習、調(diào)度海量數(shù)據(jù)、計算、折中計算思維概念的引入質(zhì)疑：充分的？唯一的？……42周以真定義：計算思維(ComputationalThinkDenning認為：計算原理可以總結(jié)為7類。

計算---Computation

通信---Communication

協(xié)作---Coordination

記憶---Recollection

自動化-Automation

評估---Evaluation

設(shè)計---Design計算思維概念的引入43Denning認為：計算原理可以總結(jié)為7類。

計算---Co計算思維概念的引入2006-2010年教育部高等學校計算機基礎(chǔ)課程教學指導委員會主任：陳國良院士

2010.05：合肥會議討論將計算思維融入計算機基礎(chǔ)課程中。2010.07：西安會議發(fā)表了《九校聯(lián)盟(C9)計算機基礎(chǔ)教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》，確定以計算思維為核心的課程改革。2010.09：太原會議決定了以“計算思維：確保學生創(chuàng)新能力”為主題向教育部領(lǐng)導諫言和申請立項研究。2010.11：濟南會議2011.06：北京會議2011.08：深圳會議2011.11：杭州會議……44計算思維概念的引入2006-2010年教育部高等學校計算機基教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會

發(fā)布“計算思維教學改革白皮書(征求意見稿)”

2013.7哈爾濱

第二屆計算思維與大學計算機課程教學改革研討會白皮書的主要內(nèi)容：

一、科學思維以及邏輯思維、實證思維與計算思維的關(guān)系

二、計算思維的表達體系

三、大學計算機課程知識體系與核心概念的關(guān)系表1計算思維表達體系框架

表2理工類大學計算機課程知識體系與計算思維核心概念的對應(yīng)關(guān)系計算思維概念的引入45教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會

發(fā)布“計算思維教計算思維概念的引入表1計算思維表達體系框架46計算思維概念的引入表1計算思維表達體系框架9表2理工類大學計算機課程知識體系與計算思維核心概念的對應(yīng)關(guān)系計算思維概念的引入47表2理工類大學計算機課程知識體系計算思維概念的引入10教育部高等學校計算機類專業(yè)教學指導委員會

副主任：蔣宗禮教授“計算思維與人才培養(yǎng)”教育部高等學校文科計算機基礎(chǔ)教學指導分委員會

主任：杜小勇教授“計算思維是大學計算機作為基礎(chǔ)課、

通識課的理論基礎(chǔ)”全國高等院校計算機基礎(chǔ)教育研究會

副會長：吳功宜教授“新版藍皮書----指導思想”計算思維概念的引入以計算思維為理論基礎(chǔ)，推進大學計算機課程教學內(nèi)容改革；以應(yīng)用能力培養(yǎng)為導向，完善復合型人才實踐教學體系建設(shè)；以服務(wù)專業(yè)教學為目標，在交叉融合中尋求更大的發(fā)展空間。48教育部高等學校計算機類專業(yè)教學指導委員會

副主任：蔣宗禮教授已出版的相關(guān)教材陳國良、王志強、毛睿、張艷等

計算思維導論，高等教育出版社，2012.10唐培和、徐奕奕、王日鳳

計算思維導論，廣西師范大學出版社，2012.10戰(zhàn)德臣、聶蘭順等

大學計算機-計算思維導論，電子工業(yè)出版社，2013.7李波、趙英良、程向前、喬亞男等

大學計算機-信息、計算與智能，高等教育出版社，2013.8……等等計算思維概念的引入49已出版的相關(guān)教材計算思維概念的引入12匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入150匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維導論教學內(nèi)容總體結(jié)構(gòu)(深圳大學陳國良院士)計算理論：可計算性與計算復雜性算法和通用描述性程序設(shè)計語言實現(xiàn)基礎(chǔ)：計算機硬件和軟件最小知識集教材內(nèi)容計算思維基礎(chǔ)知識計算理論與計算模型算法基礎(chǔ)程序設(shè)計語言計算機硬件基礎(chǔ)計算機軟件基礎(chǔ)計算文化與計算機職業(yè)道德教育51計算思維導論教學內(nèi)容總體結(jié)構(gòu)(深圳大學陳國良院士)教材內(nèi)容教材序言提到我們要提倡計算思維在教育和科研中的作用，要將計算思維引入到大學計算機課程中，通過它來改變大學計算機教育沿襲了幾十年的傳統(tǒng)教學模式，從而振興大學的計算教育。我們要改變過去計算機基礎(chǔ)課程只講工具對學生所造成的枯燥、乏味之感，要激發(fā)學生對計算機科學的興趣和熱愛，要傳承計算文化和體現(xiàn)計算之美以及展示學科魅力。我們要致力于使計算思維成為公眾的常識和人們普遍的思考方式，將計算思維真正融入到人類的一切活動之中。計算思維導論教學內(nèi)容課程總體要求傳承計算文化、弘揚計算科學、培養(yǎng)計算思維體驗計算愉悅、感受計算之美52教材序言提到計算思維導論教學內(nèi)容課程總體要求15科學→計算科學，思維→計算思維計算思維的定義、特征和本質(zhì)計算思維與計算機的關(guān)系計算思維的應(yīng)用領(lǐng)域

生物學、腦科學、化學、地質(zhì)學、天文學、數(shù)學、工程(電氣、土木、機械、航天航空等)、經(jīng)濟學、社會科學、醫(yī)學、法律、娛樂、藝術(shù)、體育、教育學等周以真講義：計算機科學中的深層次問題

主要內(nèi)容：P=NP？什么是可計算的？復雜性是什么？計算科學的典型問題

排序問題、國王的婚姻、漢諾塔問題、旅行商問題TSP計算思維導論教學內(nèi)容第一章計算思維基礎(chǔ)知識53科學→計算科學，思維→計算思維計算思維導論教學內(nèi)容第一章計第二章計算理論與計算模型計數(shù)、邏輯、算法→計算及計算過程可計算性(定義、特性、內(nèi)容、意義)停機問題(案例：理發(fā)師悖論)計算復雜性(算法復雜性、計算復雜性

時間復雜度、空間復雜度)P=NP?問題(千禧年數(shù)學難題)圖靈機、馮·諾依曼機量子計算模型、生物計算模型離散數(shù)學：數(shù)理邏輯、集合論代數(shù)系統(tǒng)、圖論計算科學的數(shù)學基礎(chǔ)計算理論計算模型計算思維導論教學內(nèi)容54第二章計算理論與計算模型計數(shù)、邏輯、算法→計算及計算過程可第三章算法基礎(chǔ)算法的概念：算法的起源、定義、特征算法的描述：自然語言、流程圖、偽代碼、程序語言窮舉法(案例：四色定理、百錢買百雞)回溯法(案例：網(wǎng)絡(luò)爬蟲、八皇后問題)遞歸法(案例：德羅斯特視覺效應(yīng)、Fibonacci數(shù)列)貪心法(案例：田忌賽馬、最小生成樹)分治法(案例：二分查找，谷歌的MapReduce技術(shù))動態(tài)規(guī)劃(案例：GPS尋找最優(yōu)路徑，F(xiàn)ibonacci數(shù)列)算法的設(shè)計：算法的評價和分析：算法正確性、復雜度分析(時間/空間)算法中的數(shù)學工具：求和公式、遞歸方程求解等計算思維導論教學內(nèi)容55第三章算法基礎(chǔ)算法的概念：算法的起源、定義、特征窮舉法(案第七章計算文化與計算機職業(yè)道德教育計算文化：計算文化與專業(yè)素質(zhì)、計算文化教育和素質(zhì)、信息素養(yǎng)人類對計算本質(zhì)認識：計算手段器械化、計算過程形式化

計算執(zhí)行自動化計算文化歷史：其人其事、歷屆圖靈獎獲得者計算機的發(fā)展歷史與發(fā)展啟示網(wǎng)絡(luò)文化：網(wǎng)絡(luò)文化的內(nèi)涵、特征、功能，以及產(chǎn)業(yè)化網(wǎng)絡(luò)文化消費：網(wǎng)絡(luò)游戲、網(wǎng)絡(luò)音樂或電影、網(wǎng)絡(luò)文學人肉搜索與自組織理論、網(wǎng)絡(luò)輿情分析與引導社會計算與平行系統(tǒng)計算機職業(yè)道德教育：道德和職業(yè)道德、計算機職業(yè)道德、計算機專業(yè)職位計算機倫理、網(wǎng)絡(luò)倫理、計算機知識產(chǎn)權(quán)網(wǎng)絡(luò)隱私與自由、計算機犯罪計算思維導論教學內(nèi)容56第七章計算文化與計算機職業(yè)道德教育計算文化：計算文化與專業(yè)教材內(nèi)容（廣西科技大學唐培和）計算思維概論計算思維之計算(理論)基礎(chǔ)計算思維之邏輯基礎(chǔ)計算思維之方法學計算思維之算法基礎(chǔ)程序設(shè)計中的特定思維其他學科中的計算思維

計算思維導論教學內(nèi)容57教材內(nèi)容（廣西科技大學唐培和）計算思維導論教學內(nèi)容20計算思維：廣義計算思維、狹義計算思維。廣義計算思維，在吸收計算學科豐碩成果的基礎(chǔ)上，更側(cè)重于哲學的角度，從辯證法、認識論、邏輯學的角度去理解，在更廣泛的領(lǐng)域去應(yīng)用，從而在體系、內(nèi)容和研究方法等方面更具實踐性、科學性和時代性。狹義計算思維，從計算學科的方法論出發(fā)，討論借助于計算機這一特定的工具如何求解客觀世界的實際問題。這里涉及特定的思想、方法、理論和技術(shù)。本書以狹義計算思維為主，廣義計算思維為輔。畢竟學習計算思維導論的首要目的是利用計算及計算機技術(shù)更好地解決將來所面臨的各種實際專業(yè)問題。計算思維導論教學內(nèi)容教材內(nèi)容（廣西科技大學唐培和）58計算思維：廣義計算思維、狹義計算思維。計算思維導論教學內(nèi)容教教材內(nèi)容（哈爾濱工業(yè)大學戰(zhàn)德臣）引論(計算、計算科學)計算系統(tǒng)的基本思維問題求解框架算法與復雜性數(shù)據(jù)抽象、設(shè)計與挖掘計算機網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)化社會計算思維導論教學內(nèi)容59教材內(nèi)容（哈爾濱工業(yè)大學戰(zhàn)德臣）計算思維導論教學內(nèi)容22教材內(nèi)容（西安交通大學李波）符號模型的數(shù)學描述什么是信息什么是計算什么是智能問題求解算法及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計算思維大學計算機教學內(nèi)容60教材內(nèi)容（西安交通大學李波）大學計算機教學內(nèi)容232008年周以真教授在CommunicationofACM上發(fā)表Fivedeepquestionsincomputing，提出計算機學科的五個基本問題：DoesPequalNP?

Whatiscomputable?

Whatisintelligence?

Whatisinformation?

(How)canwebuildcomplexsystemssimply?本書選擇了什么是信息、什么是計算、什么是智能這三個問題作為核心內(nèi)容進行闡述和討論，希望對計算機學科的基本問題和理論基礎(chǔ)有初步的了解和正確的認識。大學計算機教學內(nèi)容教材內(nèi)容（西安交通大學李波）612008年周以真教授在CommunicationofAC匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2計算思維概念的引入162匯報提綱大學計算機必修模塊3總結(jié)與反思4大學計算機教學內(nèi)容2模塊1算法思維/算法學算法思維通常被認為是解決問題的過程性思維方法科學計算問題的一般過程實際問題數(shù)學模型數(shù)值計算/算法設(shè)計程序設(shè)計計算結(jié)果許多科學領(lǐng)域的問題求解，如計算物理學、計算力學、計算化學、計算經(jīng)濟學和計算社會學等都可以歸結(jié)為數(shù)值計算／算法設(shè)計與分析等問題。普適性、基礎(chǔ)性63模塊1算法思維/算法學算法思維通常被認為是解決問題的過程性模塊1算法思維/算法學算法學分類數(shù)值算法（課程：數(shù)值計算方法）

求解線性方程組、數(shù)值積分等，有特定的計算步驟非數(shù)值算法（課程：算法設(shè)計與分析）

求解判定問題、最優(yōu)化問題等，掌握算法設(shè)計技術(shù)軟計算方法（課程：計算智能）

遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為什么要學習算法？算法是計算機的靈魂算法是數(shù)學機械化的一部分，能夠解決復雜的計算問題算法作為一種思想，能鍛煉人們的思維，使思維變得更清晰、更有邏輯64模塊1算法思維/算法學算法學分類為什么要學習算法？27模塊2網(wǎng)絡(luò)科學/網(wǎng)絡(luò)思維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)→網(wǎng)絡(luò)科學→網(wǎng)絡(luò)思維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)的一般概念和體系結(jié)構(gòu)、搜索引擎、電子郵件、電子商務(wù)、即時通訊、信息安全、云計算等；

其他專題：社交網(wǎng)絡(luò)、輿情分析、人肉搜索、網(wǎng)絡(luò)營銷、

網(wǎng)絡(luò)文學、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析、社會安全事件、群體智慧等。網(wǎng)絡(luò)科學：研究網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或動態(tài)行為并將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到許多子領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)，這里的子領(lǐng)域包括社會網(wǎng)絡(luò)、協(xié)作網(wǎng)絡(luò)、人造的涌現(xiàn)系統(tǒng)（電力網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)）和生命科學系統(tǒng)（傳染病、遺傳學）等。65模塊2網(wǎng)絡(luò)科學/網(wǎng)絡(luò)思維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)→網(wǎng)絡(luò)科學→網(wǎng)絡(luò)思維28網(wǎng)絡(luò)思維：將一個看來困難的問題轉(zhuǎn)換為圖論中的經(jīng)典問題，從而獲得解決問題的方法。它是通過某種聯(lián)系將個體組成一個系統(tǒng)。其特征：開放性、協(xié)同性和系統(tǒng)性網(wǎng)絡(luò)思維是認識網(wǎng)絡(luò)世界的世界觀與方法論，是群體思維和社會思維。網(wǎng)絡(luò)科學之美：圍繞復雜網(wǎng)絡(luò)的共性拓撲特征所體現(xiàn)和闡述的網(wǎng)絡(luò)科學與藝術(shù)存在的統(tǒng)一之美。以網(wǎng)絡(luò)拓撲建模為例闡述了網(wǎng)絡(luò)科學的簡潔之美，以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為例闡述了網(wǎng)絡(luò)科學的協(xié)作之美，以社會學習為例闡述了網(wǎng)絡(luò)科學的包容之美，以網(wǎng)絡(luò)控制為例闡述了網(wǎng)絡(luò)科學的可控之美。模塊2網(wǎng)絡(luò)科學/網(wǎng)絡(luò)思維66網(wǎng)絡(luò)思維：將一個看來困難的問題轉(zhuǎn)換為圖論中的經(jīng)典問題，從而獲模塊3數(shù)據(jù)思維/數(shù)據(jù)科學大數(shù)據(jù)時代--生活、工作與思維的大變革麥肯錫咨詢公司給出的大數(shù)據(jù)定義是：

大數(shù)據(jù)是指所涉及的數(shù)據(jù)集規(guī)模已經(jīng)超過了傳

統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件獲取、存儲、管理和分析的能力大數(shù)據(jù)的特征：大容量、多樣性、高價值、快速度大數(shù)據(jù)的技術(shù)架構(gòu)：C