从计算思维到大学计算机基础教学核心课程建设

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1、从计算思维到大学计算机基础教学核心课程建设何钦铭浙江大学计算机学院2012年11月23日提纲引言计算机基础教学改革的需求围绕计算思维教学改革的实施模式案例1（模式3）：新生研讨课—面向问题求解的思维训练案例2（模式2）：《大学计算机基础》教学内容重组案例3（模式1）：《程序设计基础》案例教学及资源建设计算思维研究宏观层面，揭示计算的泛在特征自然、社会和工程系统都禀赋着计算属性计算是人工科学、自然科学微观层面，挖掘计算的内涵特征：疏理学科本质特征和核心方法核心方法、原理的归类、分析具体内涵有不同看法引言Karp的观点RichardM.KarpUCBerkeley教授，Turing奖（198

2、5）自然和社会系统自身的内部禀赋着丰富的属于计算的演化规律计算不仅是一门关于人工现象的科学，还是一门关于自然现象的科学CMU周以真（JeannetteM.Wing）教授认为：计算思维：用计算的基础概念去求解问题、设计系统、理解人类行为本质：抽象和自动化约简、嵌入、转化、仿真递归、并行处理抽象、分解、建模预防、保护、容错、纠错启发式推理、折衷多维度考良*CommunicationsofACM,Vol.49,No.3,March2006P.J.Denning观点ACM前主席CommunicationsofACM,Vol.49,No.37类原理：计算机理的功能角度Computation：mea

3、ningandlimitsofcomputationCommunication：reliabledatatransmissionCoordination：cooperationamongnetworkedentitiesRecollection：storageandretrievalofinformationAutomation：meaningandlimitsofautomationEvaluation：performancepredictionandcapacityplanningDesign：buildingreliablesoftwaresystems4类核心实践Programm

4、ingSystemsandsystemsthinkingModeling,validating,testing,andmeasuringInnovatingCriteria:UniversalRecurrentBroadlyInfluentialGreatPrinciplesofComputingCC1991计算机学科重复出现的12个基本概念：概念和形式化模型(ConceptualandFormatModels)演化(Evolution)抽象层次(LevelsofAbstraction)绑定(Binding)按空间排序(OrderinginSpace)按时间排序(OrderinginTi

5、me)重用(Reuse)折中和结论(TradeoffsandConsequences)大问题的复杂性(ComplexityofLargeProblems)一致性和完备性(ConsistencyandCompleteness)效率(Efficiency)安全性(Security)不同层次计算环境的问题求解与构造方法---抽象级、指令/语言级、系统级对象构造：编解码建模陈述过程构造：约简、嵌入、转化和仿真递归、并行抽象和分解启发式推理平衡与折中验证构造：预防、保护、冗余、容错、纠错多维度考良（时间、空间、简洁、社会、成本）对象构造：概念和形式化模型演化抽象层次过程构造：绑定按空间排序按时间排

6、序重用折中和结论验证构造：大问题的复杂性一致性和完备性效率安全性数学思维逻辑思维工程思维计算思维抽象级问题求解指令/语言级问题求解系统级问题求解计算思维与传统思维计算机基础教学的改革需求计算机基础教学在大学教育中的作用对知识结构的贡献：X+info的复合型知识结构对思维方式的贡献：计算机学科独特的思维方式对能力培养的贡献：研究/探索的工具、实践创新能力地位等同于数学课程、物理课程一样重要的课程以观察和总结自然规律为特征的实证思维,以物理学科为代表以推理和演绎为特征的推理思维,以数学学科为代表以设计和构造为特征的计算思维,以计算机学科为代表---李廉教授形势背景：对计算机基础教学的更高要求

7、对计算机基础教学的多样化要求计算机技术内容更新快信息技术在中小学的普及计算机基础教学的改革需求计算机基础教学的改革需求挑战1：对计算机基础教学认识的片面认识“计算机会用即可”、“计算机就是程序设计”、。。。危害：学时被压缩、资源得不到充分配置大学计算机基础课程可有可无、学生认识误区挑战2：对计算机基础教学内容和教学方法改革的挑战知识构成庞杂、内容更新快与计算机基础教学相对有限学时和有限目标的矛盾浓缩论计算机基础教学的改革需求解决途径