计算思维七年谈课件.ppt

1、计算思维七年谈（计算思维七年谈（2007-2014）祝贺全国高等学校计算机基础教育研究会成立祝贺全国高等学校计算机基础教育研究会成立30周年周年2014年年10月月 西安西安第1页，共37页。计算思维研究与实践进展计算思维研究与实践进展计算思维的影响计算思维的影响计算思维在教学中的若干问题计算思维在教学中的若干问题第2页，共37页。计算思维研究与实践进展计算思维研究与实践进展2006年，年，Jeannette.Wing（周以真）在（周以真）在 Communications of the ACM上发表上发表Computational Thinking。2007年，王飞跃在科学时报上发表年，王飞跃

2、在科学时报上发表 从计算思维到计算从计算思维到计算文化文化。揭开了国内计算思维研究和实践的序幕。揭开了国内计算思维研究和实践的序幕。第3页，共37页。学习的革命（学习的革命（1998）：）：每一个具有创新意识的科学家，律师，工程师，设计师，管理顾问，电视剧作家每一个具有创新意识的科学家，律师，工程师，设计师，管理顾问，电视剧作家和广告商正不断寻找新的方式说明现实，这些新的方式比旧的方式更能激发人们和广告商正不断寻找新的方式说明现实，这些新的方式比旧的方式更能激发人们的兴趣或者更具揭示性。他们使用的工具会不一样，但将原始数据组合成最初形的兴趣或者更具揭示性。他们使用的工具会不一样，但将原始数据组

3、合成最初形式的抽象过程是一样的。我们都需要学习四种基本技巧式的抽象过程是一样的。我们都需要学习四种基本技巧抽象，系统思维抽象，系统思维，实验和协作，实验和协作将问题和解决方法概念化。将问题和解决方法概念化。第4页，共37页。大数据时代（大数据时代（2012）：）：大数据时代对我们的生活，以及与世界的交流方式都提出了挑战。最惊人大数据时代对我们的生活，以及与世界的交流方式都提出了挑战。最惊人的是，社会需要放弃它对于因果关系的渴求，而只需关注相关关系，也就是说的是，社会需要放弃它对于因果关系的渴求，而只需关注相关关系，也就是说，仅需要知道是什么，而不需要知道为什么。这就推翻了自古以来的惯例，而，仅

4、需要知道是什么，而不需要知道为什么。这就推翻了自古以来的惯例，而我们做决定和理解现实的最基本方式也将受到挑战。我们做决定和理解现实的最基本方式也将受到挑战。大数据标志着大数据标志着“信息社会信息社会”终于名副其实，。我们所收集的所有数字信息现在都可以终于名副其实，。我们所收集的所有数字信息现在都可以用新的方式加以利用。我们可以尝试新的事物并开启新的价值形式。但是，这需要一种用新的方式加以利用。我们可以尝试新的事物并开启新的价值形式。但是，这需要一种新的思维方式，并将挑战我们的社会机构，甚至挑战我们的认同感。新的思维方式，并将挑战我们的社会机构，甚至挑战我们的认同感。第5页，共37页。2008年

5、年6月月29日至日至7月月14日，国家自然科学基金委员会组织了计算机日，国家自然科学基金委员会组织了计算机科学代表团访问美国。基金委副主任孙家广院士等人分别撰写了文科学代表团访问美国。基金委副主任孙家广院士等人分别撰写了文章，强调了计算思维的重要性。孙家广院士在计算机科学的变革章，强调了计算思维的重要性。孙家广院士在计算机科学的变革一文中认为，计算思维是美国计算机科学界的一个最具基础性和一文中认为，计算思维是美国计算机科学界的一个最具基础性和长期性的思想。长期性的思想。第6页，共37页。2010年，中国科学院编写的年，中国科学院编写的中国至中国至2050年中国信息科技发展路线图年中国信息科技发

6、展路线图中提中提到，到，21世纪将兴起一场以高性能计算和仿真，网络科学，智能科学，计算世纪将兴起一场以高性能计算和仿真，网络科学，智能科学，计算思维为特征的信息科学革命，信息科学的突破可能导致思维为特征的信息科学革命，信息科学的突破可能导致21世纪下半叶一场世纪下半叶一场新的信息技术革命。新的信息技术革命。2010年，徐志伟等在年，徐志伟等在Journal of Computer Science and Technology上：发表上：发表Three New Concepts of Future Computer Science（计算思维，计算透（计算思维，计算透镜，人机物的三元计算）镜，人机

7、物的三元计算）第7页，共37页。2010年，陈国良在第六届大学计算机教育论坛上提出将计算思维引入计年，陈国良在第六届大学计算机教育论坛上提出将计算思维引入计算机基础课程教学。算机基础课程教学。2010年年10月，清华大学、西安交通大学等高校在西安发表了月，清华大学、西安交通大学等高校在西安发表了九校联盟（九校联盟（C9）计算机基础教学发展战略联合声明计算机基础教学发展战略联合声明。明确提出以计算思维导向的计算机。明确提出以计算思维导向的计算机i基础课基础课程改革。程改革。2011年，陈国良，董荣胜在中国大学教学上发表年，陈国良，董荣胜在中国大学教学上发表计算思维与大学计算机基础计算思维与大学计

8、算机基础教育教育。系统的介绍了计算思维的内容，提出了以计算思维作为计算机基础。系统的介绍了计算思维的内容，提出了以计算思维作为计算机基础课程的新一轮的改革导向。课程的新一轮的改革导向。第8页，共37页。2012年，冯博琴在中国大学教学上发表了年，冯博琴在中国大学教学上发表了对于计算思维能力培养对于计算思维能力培养“落落地地”问题的探讨问题的探讨，系统探讨了基于计算思维导向的教学体系建设问，系统探讨了基于计算思维导向的教学体系建设问题。题。2013年年4月，在厦门会议上，月，在厦门会议上，43所高校发布了所高校发布了厦门共识厦门共识。明确提出在。明确提出在面向应用中培养计算思维。面向应用中培养计

9、算思维。2013年年5月，在深圳会议上发布了月，在深圳会议上发布了计算思维教学改革宣言计算思维教学改革宣言。从必要性，。从必要性，紧迫性，系统性和操作性提出了改革的框架。紧迫性，系统性和操作性提出了改革的框架。第9页，共37页。2013年年4月，考察调研了香港澳门的香港浸会大学、月，考察调研了香港澳门的香港浸会大学、香港中文大学，澳门大学香港中文大学，澳门大学3所学校计算机基础课程开所学校计算机基础课程开设情况。设情况。2013年年7月，考察调研了美国西雅图大学，斯坦福大月，考察调研了美国西雅图大学，斯坦福大学，加州大学伯克利分校学，加州大学伯克利分校3所学校第一门计算机课程所学校第一门计算机

10、课程（CS1）开设情况。）开设情况。第10页，共37页。2012年年8月，月，教育部教育部高教司启动高教司启动大学计算机课程改大学计算机课程改革项目革项目，评审通过了，评审通过了22个项目。个项目。2014年年6月，教育部高教司与月，教育部高教司与Microsoft和和Google公公司设立企业合作项目，支持以计算思维导向的大学计司设立企业合作项目，支持以计算思维导向的大学计算机课程改革。算机课程改革。第11页，共37页。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会，全国计算机基础教育研究教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会，全国计算机基础教育研究会，中国计算机学会教育专业委员会（官，民，

11、学）会，中国计算机学会教育专业委员会（官，民，学）谭浩强，蒋宗礼，李晓明，张铭，马殿富，龚沛曾，耿国华，李凤霞，谭浩强，蒋宗礼，李晓明，张铭，马殿富，龚沛曾，耿国华，李凤霞，陈立潮，郑庆华，何钦铭，王移芝，战德臣，殷建平，王志英。陈立潮，郑庆华，何钦铭，王移芝，战德臣，殷建平，王志英。从理论与实践的各个层面发表了大量的文章，从不同的角度，对于计算思维在教从理论与实践的各个层面发表了大量的文章，从不同的角度，对于计算思维在教学中的导向，教材与课程建设，教学效果评价，人才培养目标等进行了富有成效的学中的导向，教材与课程建设，教学效果评价，人才培养目标等进行了富有成效的探索，取得一大批突出的成果。探

12、索，取得一大批突出的成果。第12页，共37页。计算思维源于美国，兴于中国计算思维源于美国，兴于中国与国外和港澳台地区开展了积极地合作与交流。与国外和港澳台地区开展了积极地合作与交流。讨论了新加坡，日本，澳大利亚等国家非计算机专业的计算机课程开设内容。讨论了新加坡，日本，澳大利亚等国家非计算机专业的计算机课程开设内容。一些国际大型企业（一些国际大型企业（Microsoft，Google）的直接参与。）的直接参与。融入国际高等教育改革融入国际高等教育改革 与发展主流。与发展主流。（信息技术对于传统的颠覆；对于人类生活和社会结构的影响；对于其他学科的全面渗透，（信息技术对于传统的颠覆；对于人类生活和

13、社会结构的影响；对于其他学科的全面渗透，引发了对于计算与计算科学的重新思考，对于教育和教学中产生巨大变革）引发了对于计算与计算科学的重新思考，对于教育和教学中产生巨大变革）第13页，共37页。取得的认同：取得的认同：计算思维是计算机科学与工程中表现的思维模式，对于当下信息社会计算思维是计算机科学与工程中表现的思维模式，对于当下信息社会的公民教育十分必要，我国计算机基础课程改革面临新的突破；的公民教育十分必要，我国计算机基础课程改革面临新的突破；在计算机基础课程改革经历了从技能到能力，从工具到方法的过在计算机基础课程改革经历了从技能到能力，从工具到方法的过程后，计算思维将成为第三次课程改革的核心

14、概念和基本导向；程后，计算思维将成为第三次课程改革的核心概念和基本导向；1.以计算思维导向的课程改革，将着眼于信息化与专业化的融合，以计算思维导向的课程改革，将着眼于信息化与专业化的融合，应用能力与思维方法有机结合，培养信息社会的一代新人是改革的应用能力与思维方法有机结合，培养信息社会的一代新人是改革的目标。目标。第14页，共37页。取得的认同（续）取得的认同（续）计算思维不仅是一种哲学观点，更是计算机应用的方法论。在学会方法计算思维不仅是一种哲学观点，更是计算机应用的方法论。在学会方法的过程中感受和领悟思维。新一轮的课程改革，将关注基本技能，应用的过程中感受和领悟思维。新一轮的课程改革，将关

15、注基本技能，应用能力和思维方式的递进关系。能力和思维方式的递进关系。以计算思维导向的课程改革，将按照分类分层，密切结合专业需要以计算思维导向的课程改革，将按照分类分层，密切结合专业需要和学生实际状况为原则，全方位改革现有的教学体系和教材内容，和学生实际状况为原则，全方位改革现有的教学体系和教材内容，6.以计算思维导向的课程改革，应该学习参照国外的优秀案例，开展以计算思维导向的课程改革，应该学习参照国外的优秀案例，开展有效合作，深入推动教学体系的设计和师资队伍的建设。提升计算有效合作，深入推动教学体系的设计和师资队伍的建设。提升计算机基础课程的地位。机基础课程的地位。第15页，共37页。全国高校

16、计算机基础教育研究会，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会全国高校计算机基础教育研究会，教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会，中国计算机学会教育专业委员会在这个过程中都发挥了各自富有成效的积极作用，中国计算机学会教育专业委员会在这个过程中都发挥了各自富有成效的积极作用。其中教育研究会成立最早，人员最多，覆盖最广，为这一发展进程做出了不可替。其中教育研究会成立最早，人员最多，覆盖最广，为这一发展进程做出了不可替代的贡献。代的贡献。我国计算机基础课程的建设与发展有其时代的规律性和历史的逻辑性，需要在我国计算机基础课程的建设与发展有其时代的规律性和历史的逻辑性，需要在认真总结过去历程的基

17、础上规划好未来的发展。认真总结过去历程的基础上规划好未来的发展。第16页，共37页。2.计算思维的影响计算思维的影响第17页，共37页。计算思维概念提出后，对于计算机基础课程的改革产生计算思维概念提出后，对于计算机基础课程的改革产生了深刻的影响。了深刻的影响。每一次基础课程的改革伴随着对于计算机科学的新认识和新提高。每一次基础课程的改革伴随着对于计算机科学的新认识和新提高。80年代前后，新兴学科和技术，技能培养年代前后，新兴学科和技术，技能培养00年代前后，广泛普及和应用，应用能力年代前后，广泛普及和应用，应用能力当前，信息技术对于社会和学科的重新定义，思维意识。当前，信息技术对于社会和学科的

18、重新定义，思维意识。第18页，共37页。对于计算机课程的开设目标重新审视；对于计算机课程的开设目标重新审视；与社会的联系与社会的联系 社会的，生活的信息技术社会的，生活的信息技术与专业的融合与专业的融合 信息技术对于各行各业的全面渗透信息技术对于各行各业的全面渗透与学生的兴趣与学生的兴趣 有用的和需要的。有用的和需要的。区分计算机学科的教育和非计算机学科的教育；区分计算机学科的教育和非计算机学科的教育；强调社会的，专业的，效用的计算机基础课程。强调社会的，专业的，效用的计算机基础课程。第19页，共37页。2.对于计算机课程在人才培养中的地位重新认识对于计算机课程在人才培养中的地位重新认识培养信

19、息社会的人才；培养信息社会的人才；计算机课程在整个教学体系中的地位；计算机课程在整个教学体系中的地位；像物理和数学成为基本课程；像物理和数学成为基本课程；通识类教育，专业类教育通识类教育，专业类教育第20页，共37页。对于计算机课程的讲授内容重新设计；对于计算机课程的讲授内容重新设计；面向专业需要讲计算机，面向专业需要讲计算机，面向学生的公民素质培养，面向学生的公民素质培养，基本技能，应用能力，思维意识三者的有机结合，基本技能，应用能力，思维意识三者的有机结合，防止狭义工具论和单纯技术论。防止狭义工具论和单纯技术论。第21页，共37页。4.对于计算机课程的教学模式重新探索对于计算机课程的教学模

20、式重新探索从教学目标和人才培养标准引发的教学模式从教学目标和人才培养标准引发的教学模式先进信息技术引发的模式改革先进信息技术引发的模式改革MOOC，翻转课堂，碎片化学习，移动学习，翻转课堂，碎片化学习，移动学习课堂讲授与实验制作。课堂讲授与实验制作。第22页，共37页。通过各种论坛，高峰论坛，研讨会，交流会，年会。培通过各种论坛，高峰论坛，研讨会，交流会，年会。培训班，导教班等。训班，导教班等。广泛地宣传了以计算思维导向的计算机课程改革；广泛地宣传了以计算思维导向的计算机课程改革；动员了广大教师积极和参与这一次计算机课程的改革。动员了广大教师积极和参与这一次计算机课程的改革。第23页，共37页

21、。大的活动：大的活动：计算机课程教学论坛（三个教指委联合举办）；计算机课程教学论坛（三个教指委联合举办）；计算机基础教育高峰论坛（研究会，教指委联合或者分别举办计算机基础教育高峰论坛（研究会，教指委联合或者分别举办）计算机基础教育（课程）研讨会（教指委，研究会分别举办）计算机基础教育（课程）研讨会（教指委，研究会分别举办）关于关于MOOC，教材建设，课程建设，师资培训的专题会议（教，教材建设，课程建设，师资培训的专题会议（教指委，研究会分别或者联合举办）指委，研究会分别或者联合举办）第24页，共37页。仅大学计算机课程教指委（基础课程）：仅大学计算机课程教指委（基础课程）：每年举办每年举办15

22、场左右的培训，场左右的培训，参加培训的教师参加培训的教师2500多人次，多人次，学校学校600多所多所覆盖计算机基础所有课程。覆盖计算机基础所有课程。编写出版新教材编写出版新教材100多本。多本。积极探索新的教学模式，北大，清华，哈工大，西交大，北京交通大积极探索新的教学模式，北大，清华，哈工大，西交大，北京交通大学，同济大学，深圳大学，太原科技大学，石家庄铁道大学，东北农学，同济大学，深圳大学，太原科技大学，石家庄铁道大学，东北农业大学，成都理工大学等。业大学，成都理工大学等。第25页，共37页。对于计算机课程的一次深刻剖析，对于计算机课程的一次深刻剖析，全面反思与批判；全面反思与批判；对于

23、计算机课程的一次深入研究，对于计算机课程的一次深入研究，突出能力与思维；突出能力与思维；对于计算机课程的一次深化改革，对于计算机课程的一次深化改革，强调融合与实用。强调融合与实用。广泛的教师参与；深度的社会结合；丰富的创新成果；广泛的教师参与；深度的社会结合；丰富的创新成果；不是因为计算思维而改革，而是从历史和现实的结合，从针对性，普适性，时代不是因为计算思维而改革，而是从历史和现实的结合，从针对性，普适性，时代性选择了计算思维作为这次改革的核心导向。性选择了计算思维作为这次改革的核心导向。第26页，共37页。3.计算思维在教学中的若干问题计算思维在教学中的若干问题 第27页，共37页。如何改

24、革计算机基础课程如何改革计算机基础课程面向专业应用还是面向计算机学科？（培养方向的转变）面向专业应用还是面向计算机学科？（培养方向的转变）小数据时代精确数学处理，大数据时代统计数学处理小数据时代精确数学处理，大数据时代统计数学处理(思维模式的转变）思维模式的转变）应用能力与思维意识什么关系？（培养目标的转变）应用能力与思维意识什么关系？（培养目标的转变）（思维对于能力的升华，能力对于思维的体现）（思维对于能力的升华，能力对于思维的体现）改革教学理念，讲什么？改革教学理念，讲什么？(教学内容的转变）教学内容的转变）在案例和实践中提升思维意识。（教学模式的转变）在案例和实践中提升思维意识。（教学模

25、式的转变）知识的实用性与系统性的关系？（教学体系的转变）知识的实用性与系统性的关系？（教学体系的转变）第28页，共37页。高度关注新技术带来的教学方式变化高度关注新技术带来的教学方式变化MOOC，翻转课堂等。颠覆传统？，翻转课堂等。颠覆传统？内容的学习不必都在课堂，对于传统教学模式的冲击。内容的学习不必都在课堂，对于传统教学模式的冲击。避免盲目跟风，抓住学校教育的特点，文化熏陶和学术氛围避免盲目跟风，抓住学校教育的特点，文化熏陶和学术氛围知道有什么比知道为什么更重要？知道有什么比知道为什么更重要？知道做什么比知道怎么做更重要？知道做什么比知道怎么做更重要？知道谁会比自己会更重要？知道谁会比自己

26、会更重要？知道哪里有比自己有更重要？知道哪里有比自己有更重要？关联主义的学习关联主义的学习第29页，共37页。进一步明确计算机基础课程的定位进一步明确计算机基础课程的定位通识教育的基本课程；专业教育的基础课程。通识教育的基本课程；专业教育的基础课程。信息社会的人才要求，面向未来，面向社会，面向学生。信息社会的人才要求，面向未来，面向社会，面向学生。学校教学体系中的必修课程，学生科学思维和实践能力的基本训练。学校教学体系中的必修课程，学生科学思维和实践能力的基本训练。与物理课程和数学课程同等重要（王湘浩，陈国良）与物理课程和数学课程同等重要（王湘浩，陈国良）第30页，共37页。加强对于计算思维本

27、身的研究加强对于计算思维本身的研究计算思维究竟讲什么。术与道的关系计算思维究竟讲什么。术与道的关系迭代，分治，冗余，折中等，只是术，不是道。迭代，分治，冗余，折中等，只是术，不是道。抽象和自动化，一般性的概括；抽象和自动化，一般性的概括；问题求解，系统设计，人类行为理解，计算思维的指向。问题求解，系统设计，人类行为理解，计算思维的指向。防止标签化和虚泛化。防止标签化和虚泛化。第31页，共37页。问题问题:计算思维的特征究竟是什么？计算思维的特征究竟是什么？凭什么说它是与实证思维和逻辑思维不一样的第三凭什么说它是与实证思维和逻辑思维不一样的第三 种科学思维？种科学思维？在课程中怎么讲就叫做培养了

28、计算思维？在课程中怎么讲就叫做培养了计算思维？工程思维，大数据思维，网络思维，算法思维等等工程思维，大数据思维，网络思维，算法思维等等思维是以形式与标准划分的，而不是对象。思维是以形式与标准划分的，而不是对象。思维需要有严格体系。思维需要有严格体系。思维要有明确的应用环境和对象。思维要有明确的应用环境和对象。第32页，共37页。计算思维的三个特征计算思维的三个特征：放弃对于数学模型的依赖；放弃对于数学模型的依赖；在与数据交互中求解问题和建立模型；在与数据交互中求解问题和建立模型；用关联关系替代因果关系和逻辑关系。用关联关系替代因果关系和逻辑关系。通过讲授应用和方法揭示背后的思维特点，培养学生通

29、过讲授应用和方法揭示背后的思维特点，培养学生对于计算思维的理解和意识，形成更为系统和完整的对于计算思维的理解和意识，形成更为系统和完整的思维体系，成为信息社会一代新人。思维体系，成为信息社会一代新人。第33页，共37页。在大数据时代，这些新的分析工具和思路为我们提供了在大数据时代，这些新的分析工具和思路为我们提供了一系列新的视野和有用的预测，我们看到了很多以前不一系列新的视野和有用的预测，我们看到了很多以前不曾注意到的联系，还掌握了以前无法理解的复杂技术和曾注意到的联系，还掌握了以前无法理解的复杂技术和社会动态。但最重要的是通过这些去探求社会动态。但最重要的是通过这些去探求“是什么是什么”而而

30、不是不是“为什么为什么”。（当然这句话应该仅限于计算机科学和工程领域而言。（当然这句话应该仅限于计算机科学和工程领域而言。）第34页，共37页。从因果关系到相关关系的思维变革才是大数据从因果关系到相关关系的思维变革才是大数据的关键，建立在相关关系分析法基础上的预测的关键，建立在相关关系分析法基础上的预测才是大数据的核心。才是大数据的核心。真正的革命并不在于分析数据的机器，而在于真正的革命并不在于分析数据的机器，而在于数据本身和我们如何运用数据。数据本身和我们如何运用数据。第35页，共37页。大数据时代将要释放出的巨大价值使得我们选择大数据的理念和方法不再是大数据时代将要释放出的巨大价值使得我们

31、选择大数据的理念和方法不再是一种权衡，而是通往未来的必然改变。但是在我们到达目的地之前，我们有一种权衡，而是通往未来的必然改变。但是在我们到达目的地之前，我们有必要了解怎样才能到达。必要了解怎样才能到达。高科技行业里的很多人认为是依靠新的工具，从高速芯片到高效软高科技行业里的很多人认为是依靠新的工具，从高速芯片到高效软件等。当然，这可以理解为因为他们自己是工具创造者。这些问题件等。当然，这可以理解为因为他们自己是工具创造者。这些问题固然重要，但不是我们需要考虑的问题。固然重要，但不是我们需要考虑的问题。信息技术变革随处可见，但是如今信息技术变革的重点在信息技术变革随处可见，但是如今信息技术变革的重点在“T”（技术（技术）上，而不是在）上，而不是在“I”（信息）上。现在，我们是时候把聚光灯打向（信息）上。现在，我们是时候把聚光灯打向“I”，开始，开始关注信息本身了。关注信息本身了。通过交流和讨论，深入思考计算机基础课程改革。通过交流和讨论，深入思考计算机基础课程改革。第36页，共37页。祝贺全国高等学校计算机基础祝贺全国高等学校计算机基础教育研究会成立教育研究会成立30周年周年携手并进，共创未来携手并进，共创未来第37页，共37页。