在程序设计课程中引入“计算思维”的实践和思考

1、在程序设计课程中引入在程序设计课程中引入“计算计算思维思维”的实践和思考的实践和思考上海交通大学计算机系上海交通大学计算机系姚天昉姚天昉报告大纲报告大纲引言教学实践案例一些问题的思考和建议结论引言引言计算思维的核心思想和目的计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解问题求解、系统设计系统设计、以及人类行为理解人类行为理解等涵盖计算机科学广度的一系列思维活动。培养学生像拥有阅读、写作和算术（3R）基本技能一样拥有计算思维技能，并能自觉地应用于日常的学习、研究与将来的工作中。教学实践的目的和方法引言引言教学实践是检验引入计算思维方法是否正确以及如何推广的一个十分重要的“试金石”。观察和评价教学

2、实践的效果并及时总结和完善。西安会议（C9）和济南会议（大学基础课程报告论坛）报告的延续计划、实施、总结和评价。教学实践案例教学实践案例引入计算思维的教学目标程序设计思想方面：-理解计算在解决科学问题中的作用-重视计算作为科学发现的基础工具-探索不同算法在效率和性能方面的影响-理解实用的基本程序设计原则-基本理解不同程序设计语言解决实际问题的可能性-基本理解计算的限制和不可解问题教学实践案例教学实践案例程序设计方法方面：-分析和抽象问题-设计和实现针对科学问题的有效的软件解决方案-有效地使用通过函数说明所描述的软件库-理解基本数据结构的使用和功能-编写完成有明确使用目标的程序，并适当地可视化其

3、结果-阅读和改写已存在的程序教学实践案例教学实践案例案例一：上海交通大学程序设计思想与方法概况时间：2010年9月-2011年1月课程学时：51（学时）（其中，课堂教学：34（学时）；实践环节：17（学时）教学语言：英语教学材料：英语课程网站：英语（56/PTM-Python/）教学实践案例教学实践案例学生人数：中国学生 90人；留学生 约20人年级：一年级第一学期课堂教学内容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教学实践案例教学实践案例-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教学实践案例教学实践案例-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教学实践环节小作业（个人作业）a.输出格式变换（数据输出变换问题）b.字符串匹配（模式匹配问题）c.文件数据搜索与排序（搜索与排序问题）教学实践案例教学实践案例d. 进制转换（数据转换问题）e.背包问题（递归问题）大作业（小组作业-3-4人）-利用初步的计算语言学知识，设计和开发一个具有交互界面的汉语句子分词系统（分词问题-open问题）-计算语言学领域-训练语料和测试语料来自同一网站（上海世博会教学实践案例教学实践案例官方网站）-验收方式：实验报告；系统性能

7、测试；答辩。案例二：南方科技大学计算思维导论（Python程序设计部分）概况时间：2011年4月-5月课程学时：24（学时）（其中，课堂教学：12（学时）；实践环节：10（学时）；考试：2（学时）教学实践案例教学实践案例教学语言：汉语教学材料：英语课程网站：英语（56/SUSTC-Python/）学生人数：45人年级：一年级第一学期课堂教学内容Part I: Python Programming (8 Lectures)Part I: Python Programming (8 Lectures)教学实践案例教学实践案例-Introduction to Py

8、thon-Value, 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

9、Lectures)教学实践案例教学实践案例-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教学实践环节小作业（个人作业）-设计和开发处理电子音频的函数，并能输出相应的音频信号和曲线图。附加部分：组合上述函数和所教学实践案例教学实践案例开发的新函数，以达到立体声的效

10、果。大作业（小组作业）-设计和开发理想气体分子碰撞仿真物理系统。根据不同的初始状态，可以计算分子速度和能量变化，并采用曲线图和柱状图来表示这种变化情况和它们之间的关系。验收方法：检查开发结果和实验报告是否达到基本要求。奖励有新意、有个性的作业。完成附加部分可得附加分。一些问题的思考和建议一些问题的思考和建议计算思维的推行和应用不是仅仅依靠一门课程就能解决问题。这是一个系统工程。它涉及计算机学科的各门课程和相应的实践活动以及相互之间的衔接。在教学中，要采用潜移默化的方式将这种思维融入到各个知识点以及知识点之间的关系中，使学生自觉或不自觉地学会这种思维方式，并能初步应用这种思维方式。一些问题的思考

11、和建议一些问题的思考和建议实践环节是对掌握这种思维的一种最好的训练方法。要认真对待和规划，使学生在实践中认识到掌握这种思维方式的直接益处。小班教学（如30-40人）有利于增加教师与学生互相交流的机会，帮助学生建立程序设计自信心和增强他们的编程能力。实践环节可让学生根据自己的能力建议或选择不同难度的题目，并留出足够的时间让学生进行一些问题的思考和建议一些问题的思考和建议践（如小作业两周；大作业四周）。教材问题是摆在我们面前的迫切任务。如果有可能，可以考虑同时出版一本实践项目（小作业、大作业）指导书，其中所涉及的问题可以选自不同的领域。它可供教师教学参考以及学生实践使用。在教材未出版之前，也可以先出版实践项目指导书。结论结论通过对上述两个教学实践案例的分析，说明了把