1、南京大学计算思维导论课程实践,陶先平 陈道蓄 钱柱中 李宣东南京大学计算机科学与技术系,引 言,计算机专业越来越难学了计算机专业学生越来越难教了教师希望尽可能多教，学生希望尽可能少学怎样解决专业入门问题？以计算思维教育为主线以通识教育为手段,几点说明,南京大学通识课程建设和教学过程中的思考和实践尚未形成清晰、系统性的计算思维体系，有待完善特别希望得到各位同仁的反馈,目录,关于计算思维的一些理解计算思维通识教学设想计算思维导论实践结束语,关于计算思维的一些理解,计算思维是我们认知计算的过程中积累的思考“模式” 计算思维通识教学需要传递计算给我们带来的可能性以及实现这些可能的基本方法算法是解读计算
2、思维的最佳载体计算机教学中不变的是什么？计算思维计算思维通识引导+计算思维专业培养,计算思维是我们认知计算过程中积累的思考“模式”,思维是一种认知过程计算思维是我们认知计算过程中若干层面的抽象及其实现中“沉淀”下来的一些,我们能用计算机干什么？,模拟：自然现象社会现象人造现象通信：跨越空间跨越时间控制,抽象,物理世界,虚拟世界,走向物理世界与虚拟世界的无缝连接,问题抽象,问题抽象,问题抽象的分层映射,应用领域的对象与关系,数学对象与关系描述,数据结构与状态转换,操作过程与效果,分析,求解,系统抽象,系统抽象,系统抽象的分层映射,设计,实现,数据抽象,数据抽象,数据抽象的分层映射,编码,解释,计
3、算思维：抽象化+自动化： 三个层面的抽象过程及相应的自动化过程,如何去进行计算思维的通识引导？,计算思维通识教学,计算思维通识教学需要传递计算给我们带来的可能性以及实现这些可能的基本方法想以前想不到之事做以前做不到之事做以前做不好之事,想以前想不到之事,全球脉动(Global Pulse)计划：联合国已经推出的新项目，希望利用“大数据”来促进全球经济发展进行所谓的“情绪分析”，使用软件来对社交网站和文本消息中的信息作出分析帮助预测某个给定地区的失业率、支出削减或是疾病爆发等现象目标在于利用数字化的早期预警信号来提前指导援助项目，以阻止某个地区重新陷入贫困等困境,做以前做不到之事,人类基因组计划
4、,HGP计划,计算机科学家,遗传学家,生理学家,临床和病理学家,结构生物学家,细胞生物学家,生物化学家,做以前做不好之事,ERP系统针对物资资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源管理（信息流）而开展的集成一体化的企业管理信息技术带给了我们庞大的处理能力：复杂业务模型、复杂管理要求、复杂合作关系、复杂时空数据类型,计算给这个世界带来的不是这个和那个技术，也不是这个或者那个炫目应用计算带给我们的是无限的想象空间和强有力的实现手段,人有多大胆地有多大产,算法是解读计算思维的最佳载体,算法是计算机科学的灵魂所在，围绕计算开展的人类认知活动中，算法的寻找和优化一直是重中之
5、重。计算机学科所支撑的人类认知活动中，能够上升到思维的、最具代表性的就是算法研究。,算法是解读计算思维的最佳载体,抽象：算法本身就是从输入到输出的一个函数；设计算法中涉及到大量的：数学模型的建立、算法策略的选择、数据结构的设计和选择、算法正确性和效率的分析；自动化：有穷序列就是自动化的核心；在不同的问题领域、不同的运行平台上，如何选择和优化算法则是工程思维的集中体现计算思维是数学思维和工程思维的有机融合,软件和平台：解读计算思维的载体,软件系统寻找大规模软件的基本构件单元及其基本构建方法程序设计方法学、软件工程(狭义概念下)简洁、高效的表达计算计算机语言计算平台平台对计算的影响平台对想象的影响
6、,计算思维通识引导,计算思维通识引导不能采用专业训练方式开展：计算机解决自然和社会问题的核心原理与利用计算机解决问题的基本方法，一直被包裹在高度形式化的复杂理论中，往往连计算机专业的学生都视为畏途,计算思维通识引导,需要建设合理的教学内容需要一种引导和讨论型教学方式：以最少的形式化手段，让学生能够理解计算机解决各类自然与社会问题的基本思路和方法，体会计算机科学家的思维方式和基本技巧，从而养成、并得到启发,计算思维导论实践,课程性质：南京大学通识通修课程240人，文、理、工都有，其中专业学生仅占一半教学目标：引导学生理解计算机工作者思考、解决问题的基本内涵，并从中获得收益教学方式：以最少形式化的
7、方法，最典型的易接受案例，引导学生理解计算机解决各类自然与社会问题的基本思路和方法，讨论计算机科学家的思维方式和基本技巧，从而养成、并得到启发,教学内容,以“模拟”、“通信”和“控制”为基本架构的内容体系涵盖了计算机处理问题的基本策略和手段引导学生以抽象、递归、分治、并行等思想来思考问题接触并讨论利用计算机网络、人工智能、数据挖掘等计算技术和环境在解决实际问题中的应用展示计算对人类思维空间的扩展，传递基本的计算思维模式在各类理工学科中的应用,计算思维导论教学内容,数字化与计算思维像计算机科学家一样思考从数学模型到计算模型抽象数据类型如何让计算机高效正确地解决问题算法方法计算机如何改变科学、技术
8、与工程模拟计算机网络如何改变我们的工作与学习互联与搜索网络计算与服务,教学内容,什么是难解问题？不可解问题?计算的代价和局限突破限制并行与随机神话与现实人工智能海量带来质变数据挖掘计算的风险计算技术的滥用,若干样例,数字化与计算思维像计算机科学家一样思考问题抽象数学建模数字编码,若干样例,计算机如何改变科学、技术与工程模拟：计算的根本优势有限的规则无限的可能,若干案例,计算的风险：滥用计算给人来带来的恶果病毒的泛滥隐私的泄露人性的分裂,结束语,与数理化从中学就开始的熏陶相比，仅仅几十个小时的计算思维引导通识明显不足，怎么办？计算思维应该是学生4年学习的最大收获，但是我们意识到了吗？做到了吗？是否有必要围绕计算思维重新组织专业教学内容？如果有必要，它适合什么培养目标？,敬请批评指正,谢谢！,
