计算思维 大学计算教育的振兴 科学工程研究的创新.pptx

计算思维:大学计算教育的振兴科学工程研究的创新陈国良南京邮电大学2摘要:本报告首先简单介绍一下科学与思维的概念、两者的关系以及科学思维是一切科学与技术创新的灵魂;然后详细讲解计算思维的定义、实例、特征以及对其他学科的影响;最后阐述计算思维是振兴大学计算教育的途径以及计算思维促使科学与工程领域产生革命性的创新成果。3目录科学与思维科学与思维的含义人类文明进步和科学发现的三大科学科学思维计算思维计算思维的定义计算思维的例子计算思维的特征计算思维对其他学科的影响计算思维是大学计算教育振兴的途径大学计算机基础教育的重要性大学计算机基础教学存在的问题计算思维在美国:PITAC报告,BPC、CPATH和CE21计划计算思维在我国:中国高等学校计算机基础课程教指委工作实例研究:大学计算思维课程的总体框架计算思维与科学发现和技术创新美国NSF的EHR&CISE学部对计算思维的进一步理解问题求解、系统设计和行为理解中的计算思维美国CISE局启动的CDI计划研究示例:网络科学与虚拟实验室计算思维研究在我国结论一、科学与思维(1)科学与思维的含义科学达尔文曾给科学下过一个定义:“科学就是整理事实,从中发现规律,作出结论”。科学一般包含:自然科学、社会科学和思维科学。思维思维是高级的心理活动,是认识的高级形式。思维是人脑对现实事物概括、加工、揭露本质特征。人脑对信息的处理包括分析、抽象、综合、概括等。人类文明进步和科学发现的三大科学理论科学、实验科学和计算科学作为科学发现三大支柱,正推动着人类文明进步和科技发展。该说法已被科学文献广泛引用,并在美国得到国会听证、联邦和私人企业报告的承同。4一、科学与思维(2)科学思维科学思维的含义及重要性:一般指的是理性认识及其过程,也即经过感性阶段获得的大量材料,通过整理和改造,形成概念、判断和推理,以反映事物的本质和规律。国科发财〔2008〕197号文《关于创新方法工作的若干意见》认为“科学思维不仅是一切科学研究和技术发展的起点,而且始终贯穿于科学研究和技术发展的全过程,是创新的灵魂”。(2)科学思维一般包括:理论思维: 理论源于数学,理论思维支撑着所有的学科领域。正如数学一样,定义是理论思维的灵魂,定理和证明是它的精髓。公理化方法是最重要的理论思维方法。实验思维:实验思维的先驱是意大利科学家伽利略,被人们誉为“近代科学之父”。与理论思维不同,实验思维往往需要借助于某些特定的设备,并用它们来获取数据以供以后的分析。计算思维: 计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。5二、计算思维(1)计算思维的定义:putationalThinking,CT)是运用计算的基础概念(FundamentalConcept)去求解问题、设计系统和理解人类行为的一种方法(Approach)。CT的本质是抽象(Abstract)和自动化(Automation)。它是如同所有人都具备“读、写、算”(简称3R)能力一样,都必须具备的思维能力。计算思维的例子:计算思维是通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个困难的问题阐释成如何求解它的思维方法。计算思维是一种递归思维,是一种并行处理,是一种把代码译成数据又能把数据译成代码,是一种多维分析推广的类型检查方法。计算思维是一种采用抽象和分解的方法来控制庞杂的任务或进行巨型复杂系统的设计,是基于关注点分离的方法(SoC方法)。计算思维是一种选择合适的方式陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法。计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。计算思维是利用启发式推理寻求解答,即在不确定情况下的规划、学****和调度的思维方法。计算思维是利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间、在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。 . . .6二、计算思维(2):概念化,不是程序化计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家那样去思维意味着远远不止能为计算机编程,还要求能够在抽象的多个层次上思维。计算机科学不只是关于计算机,就像音乐产业不只是关于麦克风一样。根本的,不是刻板的技能计算思维是一种根本技能,是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板的技能意味着简单的机械重复。人的,不是计算机的思维计算思维是人类求解问题的一条途径,但决非要使人类像计算机那样地思考。计算机枯燥且沉闷,人类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机***。计算机赋予人类强大的计算能力,人类应该好好的利用这种力量去解决各种需要大量计算的问题。是思想,不是人造品不只是将我们生产的软硬件等人造物到处呈现给我们的生活,更重要的是计算的概念,它被人们用来问题求解、日常生活的管理,