計算機學科教學過程中的人才培養(yǎng)和師資建設

1、南京大學《計算思維導論》課程實踐,陶先平 陳道蓄 錢柱中 李宣東南京大學計算機科學與技術系,引 言,計算機專業(yè)越來越難學了計算機專業(yè)學生越來越難教了教師希望盡可能多教，學生希望盡可能少學怎樣解決專業(yè)入門問題？以計算思維教育為主線以通識教育為手段,幾點說明,南京大學通識課程建設和教學過程中的思考和實踐尚未形成清晰、系統(tǒng)性的計算思維體系，有待完善特別希望得到各位同仁的反饋

2、,目錄,關于計算思維的一些理解計算思維通識教學設想《計算思維導論》實踐結束語,關于計算思維的一些理解,計算思維是我們認知計算的過程中積累的思考“模式” 計算思維通識教學需要傳遞計算給我們帶來的可能性以及實現(xiàn)這些可能的基本方法算法是解讀計算思維的最佳載體計算機教學中不變的是什么？計算思維計算思維通識引導+計算思維專業(yè)培養(yǎng),計算思維是我們認知計算過程中積累的思考“模式”,思維是一種認知過程計算思維是我們認知計算過程中

3、若干層面的抽象及其實現(xiàn)中“沉淀”下來的一些……,我們能用計算機干什么？,模擬：自然現(xiàn)象社會現(xiàn)象人造現(xiàn)象通信：跨越空間跨越時間控制,抽象,,,物理世界,虛擬世界,走向物理世界與虛擬世界的無縫連接,,,問題抽象,,問題抽象,問題抽象的分層映射,,應用領域的對象與關系,,數(shù)學對象與關系描述,,數(shù)據(jù)結構與狀態(tài)轉換,,操作過程與效果,,分析,,求解,系統(tǒng)抽象,,系統(tǒng)抽象,系統(tǒng)抽象的分層映射,,設計,,實現(xiàn),數(shù)據(jù)抽象,,數(shù)

4、據(jù)抽象,數(shù)據(jù)抽象的分層映射,,編碼,,解釋,計算思維：抽象化+自動化： 三個層面的抽象過程及相應的自動化過程,如何去進行計算思維的通識引導？,計算思維通識教學,計算思維通識教學需要傳遞計算給我們帶來的可能性以及實現(xiàn)這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,全球脈動(Global Pulse)計劃：聯(lián)合國已經推出的新項目，希望利用“大數(shù)據(jù)”來促進全球經濟發(fā)

5、展進行所謂的“情緒分析”，使用軟件來對社交網站和文本消息中的信息作出分析幫助預測某個給定地區(qū)的失業(yè)率、支出削減或是疾病爆發(fā)等現(xiàn)象目標在于利用數(shù)字化的早期預警信號來提前指導援助項目，以阻止某個地區(qū)重新陷入貧困等困境,做以前做不到之事,人類基因組計劃,HGP計劃,計算機科學家,遺傳學家,生理學家,臨床和病理學家,結構生物學家,細胞生物學家,生物化學家,做以前做不好之事,ERP系統(tǒng)針對物資資源管理（物流）、人力資源管理（人流）、財務資

6、源管理（財流）、信息資源管理（信息流）而開展的集成一體化的企業(yè)管理信息技術帶給了我們龐大的處理能力：復雜業(yè)務模型、復雜管理要求、復雜合作關系、復雜時空數(shù)據(jù)類型……,計算給這個世界帶來的不是這個和那個技術，也不是這個或者那個炫目應用計算帶給我們的是無限的想象空間和強有力的實現(xiàn)手段,人有多大膽地有多大產,算法是解讀計算思維的最佳載體,算法是計算機科學的靈魂所在，圍繞計算開展的人類認知活動中，算法的尋找和優(yōu)化一直是重中之重。計

7、算機學科所支撐的人類認知活動中，能夠上升到思維的、最具代表性的就是算法研究。,算法是解讀計算思維的最佳載體,抽象：算法本身就是從輸入到輸出的一個函數(shù)；設計算法中涉及到大量的：數(shù)學模型的建立、算法策略的選擇、數(shù)據(jù)結構的設計和選擇、算法正確性和效率的分析；自動化：有窮序列就是自動化的核心；在不同的問題領域、不同的運行平臺上，如何選擇和優(yōu)化算法則是工程思維的集中體現(xiàn)計算思維是數(shù)學思維和工程思維的有機融合,軟件和平臺：解讀計算

8、思維的載體,軟件系統(tǒng)尋找大規(guī)模軟件的基本構件單元及其基本構建方法程序設計方法學、軟件工程(狹義概念下)簡潔、高效的表達計算計算機語言計算平臺平臺對計算的影響平臺對想象的影響,計算思維通識引導,計算思維通識引導不能采用專業(yè)訓練方式開展：計算機解決自然和社會問題的核心原理與利用計算機解決問題的基本方法，一直被包裹在高度形式化的復雜理論中，往往連計算機專業(yè)的學生都視為畏途,計算思維通識引導,需要建設合理的教學內容需要一種引導

9、和討論型教學方式：以最少的形式化手段，讓學生能夠理解計算機解決各類自然與社會問題的基本思路和方法，體會計算機科學家的思維方式和基本技巧，從而養(yǎng)成、并得到啟發(fā),《計算思維導論》實踐,課程性質：南京大學通識通修課程240人，文、理、工都有，其中專業(yè)學生僅占一半教學目標：引導學生理解計算機工作者思考、解決問題的基本內涵，并從中獲得收益教學方式：以最少形式化的方法，最典型的易接受案例，引導學生理解計算機解決各類自然與社會問題的基本

10、思路和方法，討論計算機科學家的思維方式和基本技巧，從而養(yǎng)成、并得到啟發(fā),教學內容,以“模擬”、“通信”和“控制”為基本架構的內容體系涵蓋了計算機處理問題的基本策略和手段引導學生以抽象、遞歸、分治、并行等思想來思考問題接觸并討論利用計算機網絡、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等計算技術和環(huán)境在解決實際問題中的應用展示計算對人類思維空間的擴展，傳遞基本的計算思維模式在各類理工學科中的應用,《計算思維導論》教學內容,數(shù)字化與計算思維像計算機科學家

11、一樣思考從數(shù)學模型到計算模型抽象數(shù)據(jù)類型如何讓計算機高效正確地解決問題算法方法計算機如何改變科學、技術與工程模擬計算機網絡如何改變我們的工作與學習互聯(lián)與搜索網絡計算與服務,教學內容,什么是難解問題？不可解問題?計算的代價和局限突破限制并行與隨機神話與現(xiàn)實人工智能海量帶來質變數(shù)據(jù)挖掘計算的風險計算技術的濫用,若干樣例,數(shù)字化與計算思維像計算機科學家一樣思考問題抽象數(shù)學建模數(shù)字編碼,若干樣例,計