在程序設(shè)計課程中引入“計算思維”的實(shí)踐和思考

1、在程序設(shè)計課程中引入在程序設(shè)計課程中引入“計算計算思維思維”的實(shí)踐和思考的實(shí)踐和思考上海交通大學(xué)計算機(jī)系上海交通大學(xué)計算機(jī)系姚天昉姚天昉報告大綱報告大綱引言教學(xué)實(shí)踐案例一些問題的思考和建議結(jié)論引言引言計算思維的核心思想和目的計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解問題求解、系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計、以及人類行為理解人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動。培養(yǎng)學(xué)生像擁有閱讀、寫作和算術(shù)（3R）基本技能一樣擁有計算思維技能，并能自覺地應(yīng)用于日常的學(xué)習(xí)、研究與將來的工作中。教學(xué)實(shí)踐的目的和方法引言引言教學(xué)實(shí)踐是檢驗(yàn)引入計算思維方法是否正確以及如何推廣的一個十分重要的“試金石”。觀察和評價教學(xué)

2、實(shí)踐的效果并及時總結(jié)和完善。西安會議（C9）和濟(jì)南會議（大學(xué)基礎(chǔ)課程報告論壇）報告的延續(xù)計劃、實(shí)施、總結(jié)和評價。教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例引入計算思維的教學(xué)目標(biāo)程序設(shè)計思想方面：-理解計算在解決科學(xué)問題中的作用-重視計算作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)工具-探索不同算法在效率和性能方面的影響-理解實(shí)用的基本程序設(shè)計原則-基本理解不同程序設(shè)計語言解決實(shí)際問題的可能性-基本理解計算的限制和不可解問題教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例程序設(shè)計方法方面：-分析和抽象問題-設(shè)計和實(shí)現(xiàn)針對科學(xué)問題的有效的軟件解決方案-有效地使用通過函數(shù)說明所描述的軟件庫-理解基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用和功能-編寫完成有明確使用目標(biāo)的程序，并適當(dāng)?shù)乜梢暬?/p>

3、結(jié)果-閱讀和改寫已存在的程序教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例案例一：上海交通大學(xué)程序設(shè)計思想與方法概況時間：2010年9月-2011年1月課程學(xué)時：51（學(xué)時）（其中，課堂教學(xué)：34（學(xué)時）；實(shí)踐環(huán)節(jié)：17（學(xué)時）教學(xué)語言：英語教學(xué)材料：英語課程網(wǎng)站：英語（56/PTM-Python/）教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例學(xué)生人數(shù)：中國學(xué)生 90人；留學(xué)生 約20人年級：一年級第一學(xué)期課堂教學(xué)內(nèi)容Part I: Python Programming (20 Lectures)Part I: Python Programming (20 Lectures)-Introductio

4、n to Computer Science-Introduction to Python-Value, Type, Variable, Assignment, and Type Conversion教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例-String, List, Tuple and Dictionary-Conditional and Loop Statement-Function and Parameters-RecursionPart II: Introduction to Computer Simulations, Part II: Introduction to Computer Simulati

5、ons, Applications and Data Structures (10 Lectures)Applications and Data Structures (10 Lectures)-Simulation and Optimization-Introduction to Computational Linguistics教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例-Data Structure and Application: Traversal and SearchPart III: Looking at Programming Methodology (4 Lectures)Part III: L

6、ooking at Programming Methodology (4 Lectures)-Analysis of Algorithm教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)小作業(yè)（個人作業(yè)） 輸出格式變換（數(shù)據(jù)輸出變換問題） 字符串匹配（模式匹配問題） 文件數(shù)據(jù)搜索與排序（搜索與排序問題）教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例進(jìn)制轉(zhuǎn)換（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題）背包問題（遞歸問題）大作業(yè)（小組作業(yè)-3-4人）-利用初步的計算語言學(xué)知識，設(shè)計和開發(fā)一個具有交互界面的漢語句子分詞系統(tǒng)（分詞問題-open問題）-計算語言學(xué)領(lǐng)域-訓(xùn)練語料和測試語料來自同一網(wǎng)站（上海世博會教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例官方網(wǎng)站）-驗(yàn)收方式：實(shí)驗(yàn)報告；系統(tǒng)性能測試；答辯。案例

7、二：南方科技大學(xué)計算思維導(dǎo)論（Python程序設(shè)計部分）概況時間：2011年4月-5月課程學(xué)時：24（學(xué)時）（其中，課堂教學(xué)：12（學(xué)時）；實(shí)踐環(huán)節(jié)：10（學(xué)時）；考試：2（學(xué)時）教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)語言：漢語教學(xué)材料：英語課程網(wǎng)站：英語（56/SUSTC-Python/）學(xué)生人數(shù)：45人年級：一年級第一學(xué)期課堂教學(xué)內(nèi)容Part I: Python Programming (8 Lectures)Part I: Python Programming (8 Lectures)教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例-Introduction to Python-Val

8、ue, Type, Variable, Assignment, and Type Conversion-String, List, Tuple and Dictionary-Conditional and Loop Statement-Function and Parameters-RecursionPart II: Introduction to Computer Applications and Part II: Introduction to Computer Applications and Simulations (2 Lectures)Simulations (2 Lectures

9、)教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例-Digital Audio Processing -Simulation of Physical SystemPart III: Looking at Programming Methodology (2 Lectures)Part III: Looking at Programming Methodology (2 Lectures)-Analysis of Algorithm教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)小作業(yè)（個人作業(yè)）-設(shè)計和開發(fā)處理電子音頻的函數(shù)，并能輸出相應(yīng)的音頻信號和曲線圖。附加部分：組合上述函數(shù)和所教學(xué)實(shí)踐案例教學(xué)實(shí)踐案例開發(fā)的新函數(shù)，以達(dá)到立體聲的效果。大作業(yè)（小組

10、作業(yè)）-設(shè)計和開發(fā)理想氣體分子碰撞仿真物理系統(tǒng)。根據(jù)不同的初始狀態(tài)，可以計算分子速度和能量變化，并采用曲線圖和柱狀圖來表示這種變化情況和它們之間的關(guān)系。驗(yàn)收方法：檢查開發(fā)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報告是否達(dá)到基本要求。獎勵有新意、有個性的作業(yè)。完成附加部分可得附加分。一些問題的思考和建議一些問題的思考和建議計算思維的推行和應(yīng)用不是僅僅依靠一門課程就能解決問題。這是一個系統(tǒng)工程。它涉及計算機(jī)學(xué)科的各門課程和相應(yīng)的實(shí)踐活動以及相互之間的銜接。在教學(xué)中，要采用潛移默化的方式將這種思維融入到各個知識點(diǎn)以及知識點(diǎn)之間的關(guān)系中，使學(xué)生自覺或不自覺地學(xué)會這種思維方式，并能初步應(yīng)用這種思維方式。一些問題的思考和建議一些問題的

11、思考和建議實(shí)踐環(huán)節(jié)是對掌握這種思維的一種最好的訓(xùn)練方法。要認(rèn)真對待和規(guī)劃，使學(xué)生在實(shí)踐中認(rèn)識到掌握這種思維方式的直接益處。小班教學(xué)（如30-40人）有利于增加教師與學(xué)生互相交流的機(jī)會，幫助學(xué)生建立程序設(shè)計自信心和增強(qiáng)他們的編程能力。實(shí)踐環(huán)節(jié)可讓學(xué)生根據(jù)自己的能力建議或選擇不同難度的題目，并留出足夠的時間讓學(xué)生進(jìn)行一些問題的思考和建議一些問題的思考和建議踐（如小作業(yè)兩周；大作業(yè)四周）。教材問題是擺在我們面前的迫切任務(wù)。如果有可能，可以考慮同時出版一本實(shí)踐項(xiàng)目（小作業(yè)、大作業(yè)）指導(dǎo)書，其中所涉及的問題可以選自不同的領(lǐng)域。它可供教師教學(xué)參考以及學(xué)生實(shí)踐使用。在教材未出版之前，也可以先出版實(shí)踐項(xiàng)目指導(dǎo)書。結(jié)論結(jié)論通過對上述兩個教學(xué)實(shí)踐案例的分析，說明了把