計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)過程中的人才培養(yǎng)和師資建設(shè)

1、南京大學(xué)《計(jì)算思維導(dǎo)論》課程實(shí)踐,陶先平 陳道蓄 錢柱中 李宣東南京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,引 言,計(jì)算機(jī)專業(yè)越來越難學(xué)了計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生越來越難教了教師希望盡可能多教，學(xué)生希望盡可能少學(xué)怎樣解決專業(yè)入門問題？以計(jì)算思維教育為主線以通識(shí)教育為手段,幾點(diǎn)說明,南京大學(xué)通識(shí)課程建設(shè)和教學(xué)過程中的思考和實(shí)踐尚未形成清晰、系統(tǒng)性的計(jì)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(guān)于計(jì)算思維的一些理解計(jì)算思維通識(shí)教學(xué)設(shè)想《計(jì)算思維導(dǎo)論》實(shí)踐結(jié)束語,關(guān)于計(jì)算思維的一些理解,計(jì)算思維是我們認(rèn)知計(jì)算的過程中積累的思考“模式” 計(jì)算思維通識(shí)教學(xué)需要傳遞計(jì)算給我們帶來的可能性以及實(shí)現(xiàn)這些可能的基本方法算法是解讀計(jì)算思維的最佳載體計(jì)算機(jī)教學(xué)中不變的是什么？計(jì)算思維計(jì)算思維通識(shí)引導(dǎo)+計(jì)算思維專業(yè)培養(yǎng),計(jì)算思維是我們認(rèn)知計(jì)算過程中積累的思考“模式”,思維是一種認(rèn)知過程計(jì)算思維是我們認(rèn)知計(jì)算過程中

3、若干層面的抽象及其實(shí)現(xiàn)中“沉淀”下來的一些……,我們能用計(jì)算機(jī)干什么？,模擬：自然現(xiàn)象社會(huì)現(xiàn)象人造現(xiàn)象通信：跨越空間跨越時(shí)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(yīng)用領(lǐng)域的對(duì)象與關(guān)系,,數(shù)學(xué)對(duì)象與關(guān)系描述,,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與狀態(tài)轉(zhuǎn)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(shè)計(jì),,實(shí)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(jì)算思維：抽象化+自動(dòng)化： 三個(gè)層面的抽象過程及相應(yīng)的自動(dòng)化過程,如何去進(jìn)行計(jì)算思維的通識(shí)引導(dǎo)？,計(jì)算思維通識(shí)教學(xué),計(jì)算思維通識(shí)教學(xué)需要傳遞計(jì)算給我們帶來的可能性以及實(shí)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(dòng)(Global Pulse)計(jì)劃：聯(lián)合國(guó)已經(jīng)推出的新項(xiàng)目，希望利用“大數(shù)據(jù)”來促進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)

5、展進(jìn)行所謂的“情緒分析”，使用軟件來對(duì)社交網(wǎng)站和文本消息中的信息作出分析幫助預(yù)測(cè)某個(gè)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(biāo)在于利用數(shù)字化的早期預(yù)警信號(hào)來提前指導(dǎo)援助項(xiàng)目，以阻止某個(gè)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(jì)劃,HGP計(jì)劃,計(jì)算機(jī)科學(xué)家,遺傳學(xué)家,生理學(xué)家,臨床和病理學(xué)家,結(jié)構(gòu)生物學(xué)家,細(xì)胞生物學(xué)家,生物化學(xué)家,做以前做不好之事,ERP系統(tǒng)針對(duì)物資資源管理（物流）、人力資源管理（人流）、財(cái)務(wù)資

6、源管理（財(cái)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(shù)帶給了我們龐大的處理能力：復(fù)雜業(yè)務(wù)模型、復(fù)雜管理要求、復(fù)雜合作關(guān)系、復(fù)雜時(shí)空數(shù)據(jù)類型……,計(jì)算給這個(gè)世界帶來的不是這個(gè)和那個(gè)技術(shù)，也不是這個(gè)或者那個(gè)炫目應(yīng)用計(jì)算帶給我們的是無限的想象空間和強(qiáng)有力的實(shí)現(xiàn)手段,人有多大膽地有多大產(chǎn),算法是解讀計(jì)算思維的最佳載體,算法是計(jì)算機(jī)科學(xué)的靈魂所在，圍繞計(jì)算開展的人類認(rèn)知活動(dòng)中，算法的尋找和優(yōu)化一直是重中之重。計(jì)

7、算機(jī)學(xué)科所支撐的人類認(rèn)知活動(dòng)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(jì)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(gè)函數(shù)；設(shè)計(jì)算法中涉及到大量的：數(shù)學(xué)模型的建立、算法策略的選擇、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選擇、算法正確性和效率的分析；自動(dòng)化：有窮序列就是自動(dòng)化的核心；在不同的問題領(lǐng)域、不同的運(yùn)行平臺(tái)上，如何選擇和優(yōu)化算法則是工程思維的集中體現(xiàn)計(jì)算思維是數(shù)學(xué)思維和工程思維的有機(jī)融合,軟件和平臺(tái)：解讀計(jì)算

8、思維的載體,軟件系統(tǒng)尋找大規(guī)模軟件的基本構(gòu)件單元及其基本構(gòu)建方法程序設(shè)計(jì)方法學(xué)、軟件工程(狹義概念下)簡(jiǎn)潔、高效的表達(dá)計(jì)算計(jì)算機(jī)語言計(jì)算平臺(tái)平臺(tái)對(duì)計(jì)算的影響平臺(tái)對(duì)想象的影響,計(jì)算思維通識(shí)引導(dǎo),計(jì)算思維通識(shí)引導(dǎo)不能采用專業(yè)訓(xùn)練方式開展：計(jì)算機(jī)解決自然和社會(huì)問題的核心原理與利用計(jì)算機(jī)解決問題的基本方法，一直被包裹在高度形式化的復(fù)雜理論中，往往連計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生都視為畏途,計(jì)算思維通識(shí)引導(dǎo),需要建設(shè)合理的教學(xué)內(nèi)容需要一種引導(dǎo)

9、和討論型教學(xué)方式：以最少的形式化手段，讓學(xué)生能夠理解計(jì)算機(jī)解決各類自然與社會(huì)問題的基本思路和方法，體會(huì)計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思維方式和基本技巧，從而養(yǎng)成、并得到啟發(fā),《計(jì)算思維導(dǎo)論》實(shí)踐,課程性質(zhì)：南京大學(xué)通識(shí)通修課程240人，文、理、工都有，其中專業(yè)學(xué)生僅占一半教學(xué)目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生理解計(jì)算機(jī)工作者思考、解決問題的基本內(nèi)涵，并從中獲得收益教學(xué)方式：以最少形式化的方法，最典型的易接受案例，引導(dǎo)學(xué)生理解計(jì)算機(jī)解決各類自然與社會(huì)問題的基本

10、思路和方法，討論計(jì)算機(jī)科學(xué)家的思維方式和基本技巧，從而養(yǎng)成、并得到啟發(fā),教學(xué)內(nèi)容,以“模擬”、“通信”和“控制”為基本架構(gòu)的內(nèi)容體系涵蓋了計(jì)算機(jī)處理問題的基本策略和手段引導(dǎo)學(xué)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等計(jì)算技術(shù)和環(huán)境在解決實(shí)際問題中的應(yīng)用展示計(jì)算對(duì)人類思維空間的擴(kuò)展，傳遞基本的計(jì)算思維模式在各類理工學(xué)科中的應(yīng)用,《計(jì)算思維導(dǎo)論》教學(xué)內(nèi)容,數(shù)字化與計(jì)算思維像計(jì)算機(jī)科學(xué)家

11、一樣思考從數(shù)學(xué)模型到計(jì)算模型抽象數(shù)據(jù)類型如何讓計(jì)算機(jī)高效正確地解決問題算法方法計(jì)算機(jī)如何改變科學(xué)、技術(shù)與工程模擬計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)如何改變我們的工作與學(xué)習(xí)互聯(lián)與搜索網(wǎng)絡(luò)計(jì)算與服務(wù),教學(xué)內(nèi)容,什么是難解問題？不可解問題?計(jì)算的代價(jià)和局限突破限制并行與隨機(jī)神話與現(xiàn)實(shí)人工智能海量帶來質(zhì)變數(shù)據(jù)挖掘計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算技術(shù)的濫用,若干樣例,數(shù)字化與計(jì)算思維像計(jì)算機(jī)科學(xué)家一樣思考問題抽象數(shù)學(xué)建模數(shù)字編碼,若干樣例,計(jì)