基于计算思维的程序设计类课程教学实践.

8 月65

计算机教育

Computer Education

第 15 期2012 年 10 日

中图分类号:G642

文章编号:1672-5913(201215-0065-04基于计算思维的程序设计类课程教学实践

丁金凤1,李英梅1,徐建山2,盛琳阳1

(1.哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院,黑龙江哈尔滨 150025;2.哈尔滨商业大学计算机与信息工程学院,

黑龙江哈尔滨150028

摘要:介绍计算思维的概念和特征,提出在程序设计类课程中强化计算思维的两种方法,即上机操作和算法多样化。以哈尔滨师范大学计算机科学与信息工程学院C 语言程序设计课程为例,介绍强化计算思维训练的教学实践手段。

关键词:上机实验;算法多样化;教学实践

计算思维不同于传统的数学思维,它不关注逻辑关系、推理演算的严谨程度,而是强调问题解决的操作过程和应用实践。《中国高等院校计算机基础教育课程体系2008》提出了计算教学培养应用能力的三大要求:操作演示能力、应用开发能力和创新实践能力。程序设计课程作为计算机应用技术的基础课程,掌握问题求解的算法和实现算法的具体过程是重要的培养目标,这些都需要强化计算思维训练实现。基于计算思维的程序设计课程就是要在教会学生计算机编程的同时培养他们的计算思维能力。

1 计算思维

计算思维最早是由美国的周以真(Jeannette M.Wing教授在美国权威计算机杂志《Communications of the ACM 》上定义的,她指出,计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[1]。计算机的计算思维建立在计算过程的具体实现和约束之上,利

用程序语言控制机器解决实际问题。计算思维的本质是抽象和自动化,计算思维的抽象是使用符号代替实际问题中的各种变量,每个程序包括各种标识符、常量、变量、数组、函数和结构体等符号语言,这些组合在一起就构成了程序设计语言。计算思维的自动化则体现在程序的机械式执行,这也是冯?诺伊曼计算机体系的本质特征。要实现自动化,就必须要设计精确的算法和严格的程序语言体系。计算思维的主要特征如下。

1计算思维是严谨规整的。完备的算法是计算机程序解决问题的基本要求,它的实现必然要使用严格的数学符号描述。数学符号本身就是一种有限确定性的描述问题手段,所以算法必须要保证每一步的操作都是确定无二义的,所以计算

思维体现的正是严谨而又规整的逻辑思维。

不同于人们用自然语言描述现实生活的各种现象,计算思维使用形式化语言科学地描述问题以及求解过程,这样可以避免由于文化习惯的差异造成的二义性现象。比如自然语言“丁老师在上课”可以理解为“丁老师在教课,她在教别人”,但也可以理解为“丁老师在听课,别人在教”。计

基金项目:2010年黑龙江省高等教育教学改革工程项目(2010-45;黑龙江省教育学会“十二五”科研规划课题(XHY125-016;哈尔滨师范大学科技发展省预研项目(10XKYY12,10XYS-03。

作者简介:丁金凤,女,讲师,研究方向为数据库与知识库、网络应用;李英梅,女,副教授,研究方向为数据库、软件工程;徐建山,男,讲师,研究方向为网络计算与网络应用。

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Computer Education 算思维要求用确定、形式化并且无二义性的语言描述问题,这就要求在程序设计课程教学过程中强化计算思维训练。比如学生在编写程序时使用了错误的符号或者语法,都会在编译或者运行时提示错误,我们需要引导学生纠正自己的错误,培养他们严谨的科学实证精神和编程的良好习惯,这些都属于强化计算思维严谨性的范畴[2]。

2计算思维是目标明确的。计算思维是用来解答问题的,它将实际生活中的问题以抽象化和程序化的形式表示出来。通常解答问题的过程如下:发现问题、分析问题、思考问题、解决问题和反思。在程序设计课程的教学过程中,要注意培养学生依据已有的知识体系,提出问题、解决问题的能力,着重强化利用计算思维的方式描述问题和使用机器语言解决问题的训练。例如,火车分段计费问题就是我们在日常生活中感受到的问题,学生可根据自己对火车收费的理解写出数学式,然后用多分支结构算法进行描述,最后上机实现。

3计算思维是机械化的。用来描述问题解决问题的算法有3种形式:①生活算法:完成某项任务的计划,例如一个学期的学习计划;②数学算法:对一类计算问题确定统一的求解方法,例如一元二次方程组的求解公式;③计算思维算法:精确描述问题和求解问题的自动化形式语言,比如高级程序设计语言。计算思维算法强调利用计算机的速度和存储优势,通过严格机械化的操作时序解决实际问题。比如“鸡兔同笼”问

题可以使用两个二元方程组进行数学求解,但是计算机算法则可以使用穷举法进行简单重复的操作求解,充分利用了计算机的计算速度优势。在程序设计课程中强化计算思维训练,可以让学生掌握使用机械化思维进行信息处理的能力[3]。

2 计算思维强化训练策略

2.1 以上机实验为重点

笔者在讲授程序设计类课程教学过程中,摒

弃传统的理论灌输和课后练习的教学模式,采用以上机实践为重点的计算思维教学模式,让学生在亲手操作中学习知识、消化知识,以战代练,强化计算思维。具体的策略包括如下几个方面。

1提高上机实验的地位。程序设计类课程本身就是一门实践型学科,在进行教学活动之前,需要跟学生沟通,让他们明白上机实验的重要性,同时认识到上机不是仅仅为了强化实践能力,而主要是为了培养他们积极思维,自己发现问题、解决问题的计算思维能力。授课教师也应该认识到上机实验应是程序设计课程教学的核心。

2保证实验内容,体现计算思维。要强化计算思维,首先要在实验内容上下功夫。教师要不断学习和创作适合学生知识和心理特点的实验内容。实验内容不应是课堂内容的简单复习,要给学生提供计算思维的创新空间。课堂内容也要符合实验内容,要给学生留问题,让他们自己分析总结,在实验上机时解决,提高自主思维能力。在实验过程中遇到困难和错误,不要轻易否定和批评学生,要指导他们分析难点和错误,让他们自己解决。实验课程要给学生提出新的解决方案或排除未知问题的满足感,激发他们的学习积极性,大胆创新。

3增强实验的趣味性和综合性。实验内容不能太枯燥,也不能是课上例题的验证和重复,这样会使学生失去学习兴趣。应该多选取学生感兴趣的实际问题作为实验内容,利用学生的兴趣增强实验内容的综合型,从而提高学生的计算思维能力。比如在分支程序结构中,安排火车计费程序进行计算思维训练。

2.2 以思维多样化为核心点

由于学生思维能力和心理特征存在个体差异,在程序设计课程的教学活动中,应倡导多样化的算法思维,培养学生的探索精神和创新意识。强调多样化的算法思维,可以有效地强化计算思维,让学生明白“条条大路通罗马”的道理。具体策略如下。

学科建设与教学改革

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1尊重不同的认知方式。计算思维多样化的本质就是尊重学生不同的认知方式。由于认知方式存在差异,在程序设计课程的教学过程中必然会出现思维多样化的现象。教师要尊重这种认知方式的差异,鼓励学生根据自己的兴趣,从不同角度发现问题和分析问题,用不同的算法解决问题,用不同的程序实现算法。

2增强计算思维的重构性。所谓重构,就是在已有的程序基础上衍生出的新的解决问题算法实现。这种通过分析已有程序的优缺点,修改并把自己的思维融入新程序的过程,就是最好的锻炼计算思维的训练手段。好的算法不一定适用于每个问题和每个学生,并且几乎所有的算法都有局限性。在设计上机实验内容时,教师要考虑给出一些可供学生重构的程序片段,培养他们的思维创新能力。

3充分利用算法的简化和优化过程。除了要尊重认知差异和思维重构性,教师还要引导学生进行反思和创新联系,到达简化和优化算法的目的。这个简化和优化算法的过程可以很好地强化计算思维训练,帮助学生举一反三地学好程序设计课程。

3 C语言计算思维能力培养实践

课堂教学采用任务驱动的方式。例如,可以选用涵盖所有知识点的“猜数游戏”程序,让学生围绕这个程序循序渐进地学习,便于思维训练的连贯性。猜数游戏程序知识点分布如表1所示。

序号逐步改进的猜数游戏涉及知识点

1运行结果只给出信息“猜对了”单分支的if语句

2运行结果给出信息“猜对了”、“猜错了”双分支的if-else语句

3运行结果给出信息“猜对了”、“猜大了”、“猜小了”多分支if-else语句以及switch语句

4让猜数者不断地猜数,直到数猜对循环结构

5让猜数者不断地猜数,直到数猜对,但程序中限制猜数的次数循环结构以及break语句、continue语句6通过多次,猜对4个数值组成一个序列数组

7将猜数游戏中“判断数值大小程序”使用函数调到的方式函数

8利用指针实现猜对4个数值的猜数游戏中的相关函数指针

9在程序中保存猜数游戏,猜对学生的班级、姓名结构体

10在程序中保存猜数游戏的排行榜文件

表1 猜数游戏程序知识点分布

C语言程序设计课程中的思维能力训练主要培养学生分析问题、决策和解决问题的能力。我院除了课堂教学中采用项目驱动的方式授课,更加注重个体思维和操作能力的培养,上机环节采用“验证-调试-设计”的形式设计实验内容,力求在课上和课下都有强化计算思维的专项训练。具体做法如下。

1规范化上机。实验采用流程化管理的方式,对于任何实验内容,都要求学生按照“阅读题目-分析总结-设计算法-编写实现代码-上机调试-优化程序”的顺序进行,引导他们养成良好的思维能力和编程习惯,逐步训练、提高他们分析解决问题和开拓创新的能力。

2兴趣化培养。一成不变的枯燥内容很难调动起学生学习的积极性,教师在编写教案时,要多选取贴近生活和趣味性的内容。比如出租车的计费方式和if结构结合、个人所得税的计算和switch结构结合等,这些日常生活中的问题都可以让他们感兴趣解决。

3简优化训练。在鼓励学生发散思维,提倡算法多样化的同时,C语言教学还要引导学生思考和分析已有算法的优缺点,进而进行简化和优化。比如“百鸡百钱”问题,大多数学生都采用三重循环的算法实现。我们就可以提出改进方

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Computer Education 案,鼓励学生积极思考如何采用二重循环的方式实现,然后再比较两种算法的性能,三重循环的次数达到了100万次,而二次循环是1万次,性能提升了99%。一个简单的循环就可以让学生认识到算法优化的魅力,这就可以让他们继续思考如何简化问题,公鸡数量不可超过32,就可以在循环中把公鸡数量由100降到32,同理,母鸡也降到98,这样循环又降低了10 000-32×98=6 864次,比之前的二重循环又减少了70%左右,这一系列的简优化处理,对于增强计算思维能力有极大的促进作用。

4 结语

程序设计课程中的计算思维训练对于计算机学科培养高素质技术人才的培养目标是十分重要的,因为计算思维可以帮助学生理解计算的实现机制,还有利于他们进行实践和创新。计算思维的本质就是信息思维,也就是用计算机的方式思考问题和表达行为,这也是计算机人才必备的能力。我们不仅要在程序设计课程中强化计算思维,还要努力把它推广到更多的课程中去,真正把强化计算思维做到实处。

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(编辑:张玥

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(编辑:郭小明

任务驱动的探究教学模式”相融合的方法,对课堂教学模式进行改革,将大大提升课堂教学效果,提高学生对理论知识的掌握水平;采用“协同学习,合作研究”的实验教学模式”将改变,学生对演示性、验证性实验缺乏学习兴趣的情况,让学生在互动、协作、讨论、探究的过程中掌握实验方法和实验手段,并巩固理论知识;采用“基于任务驱动的DIM 实践教学模式”,将课

堂角色进行必要的转换,主讲教师是指导者、提供建议者,而学生是实践任务的主题,通过分组DIY 的方式完成实验任务,这样可以极大地培养学生的学习兴趣、协作精神和创新能力。基于CDIO 的网络安全类课程教学模式的研究与探索将为信息安全专业课程体系的建设提供有力的支持和保证,并为CDIO 在信息安全专业建设的深入应用奠定理论与实践基础。

(上接第64页

基于计算思维培养的Scratch教学三步曲 教育文档

基于计算思维培养的Scratch教学三步曲当前，以Scratch为代表的可视化图块式编程工具，以其低门槛、高界限、阔空间的特点，受到了广大信息技术教师和中小学生的青睐，也就是说，Scratch容易入门，并且有机会制作较为复杂的项目，逐步进入中小学信息技术课程。如何搞好Scratch 的普及教学，是我们面临的新课题。如果采用传统的程序设计教学观念和教学法，让学生先学会各种命令，然后，再进行编程设计，难以达到理想的教学效果。学习程序设计并不一定学习所有功能，而是要根据项目的需要找到相应的方法来解决问题。我们可以变“教学生用计算机”为“让学生教计算机”，在项目设计过程中，学生对真实世界中的现象提出假设，并在计算机中进行测试，教计算机按照自己的思路去做，达到学会设计的目的。 计算思维是近年来信息技术教育领域普遍关注的热点话题，为了更好地表征和评价学生学习程序设计的活动及其学习结果，我们引入计算思维三维框架，即计算概念、计算实践、计算观念。计算概念是设计者在编程时频繁接触，并在熟练运用中不断加深理解的一组概念，在Scratch中主要有顺序、循环、并行、事件、条件、运算符、数据等；计算实践关注学生的学习过程和问题解决策略，也就是关注学生如何学，包括递增和重复、测试和调试、再利用和再创作以及抽象和模块化；计算观念是学生除概念、实践外的人格塑造，包括表达、联系和质疑，也是作为技术生产者．

自信表现。 从循序渐进的角度出发，可以将Scratch学习分为故事创编、个性游戏、项目设计三个层次进行，每个层次制作1-2个作品，打破零散概念的教学，学生从项目中学习，更容易整体掌握。在教学过程中，注重学生的自主探索，逐步发展计算概念和计算实践的熟悉度和流畅性，从而培养学生的计算观念，最终达到培养学生创新能力的目标。 一、故事创编，走进Scratch Scratch采用模块化的指令集，学生比较容易上手，在故事创编层次中，学生通过创建包括角色、场景来讲故事，接触了包括顺序、事件、循环、并行等计算概念。顺序概念有助于学生将一系列任务表达为计算机执行的指令序列。事件概念可以让学生设计多种触发动作的情境，如：“当绿旗被点击，那么……；当对象被点击，那么……；当空格（或者其他键）被按下，那么……”初步体会互动媒体的本质。循环概念可以让学生明白重复执行相同代码序列的机制。并行概念可以让学生设计不同对象间同时执行的多个脚本。 在故事创编过程中，教师引导学生逐步完善故事情节。首先，从单角色入手，学生利用顺序结构，让角色和观众打个招呼，从中学会字幕、声音的制作。接着，学生可以尝试给故事选择合适的场景，分清角色和背景的异同。在制作脚本时，部分学生提出背景和角色的控件不完全一致，强调要遵循先选择后操作的规．

思维导图的教学设计

思维导图的教学设计 思维导图的教学设计 1.绘制思维导图的特点和步骤 思维导图可以说是作文的地图，按照事先构想好的写作形式和写作思路进行写作，对于命题式的作文，在看到文章的要求之后，首 先要抓住要求的中心句还有关键词，围绕中心句将关键词进行扩展，以中心句为起点，将相关的内容与之联系，逐步扩展，以多种形式 将题目的相关内容呈现出来，这样的方式更加有助于学生进行写作，触发学生的写作思维。 2.思维导图在小学作文教学应用中的优势 2.1有利于启发学生的思维 思维导图就是利用一个关键词或者点进行深入的研究，逐渐扩展，找寻和关键词和句相关的内容进行扩充，形成一个与关键词为中心 的网状结构，根据关键词来确定整篇文章的立意，解决学生对于写 作不知所措的状况，每个学生都是一个独立的个体，思维方式和生 活经历都不同，所以在进行关键词的扩展，也就是思维导图的构建 过程也是不相同的，形成不同的写作风格。 2.2开发小学生的想象能力 将语言首先在大脑中绘制成一幅图画的形式，将复杂的知识点以图画的形式帮助学生更加直观更加形象地体现出来，促进学生的想 象能力。形象的形式要远比语言的形式更加容易记忆，学生经过对 素材的认真思考，根据关键词，运用思维导图的形式进行想象扩展，根据词语展开相关的联想，然后根据想象的内容进行内容的筛选， 组成最佳的写作内容，达到开发学生想象能力的目的。 2.3促进师生之间的交流和沟通

在传统的作文教学中，一般都是学生将写好的文章交给教师，教师进行阅读和批改，师生之间的交流也仅限于对于作文格式以及写 作方向的修改交流，在写作的思路形成以及内容方面教师和学生之 间基本上没有过多的交流，都是教师布置任务，然后学生进行自由 发挥。思维导图需要师生之间进行交流讨论然后激发出更多的思路 和想法。教师有时候可能会由于课堂教学时间的问题造成学生之间 互动交流的机会比较少，无法使学生和教师之间的进行思维的碰撞，学生在这样的教学形式下，经常处于被动的状态，受到了标准答案 和标准格式的规范和束缚，限制了学生创新思维的发展。思维导图 的形式能够让学生成为课堂学习的主体，在课堂上增加师生之间的 互动，进行思维方式的交流，活跃课堂气氛。 3.运用思维导图进行写作教学的方法 3.1运用思维导图的方式优化学生的写作思路 小学生之所以对写作教学不太感兴趣甚至是产生畏惧的心理，主要是学生觉得写作没什么话可说，要是能够打开思路，写作也不是 那么困难的事情，在教学的过程中教师要帮助学生解决这个困难， 调动学生写作的积极性。可以运用思维导图的方式进行学生写作思 路的优化，让学生能够有思路进行写作，消除学生无从下笔的问题，解决“开头难”的问题。 比如：小学第九册单元作文中要求对景色进行描写，教师就可以利用思维导图的形式来开拓学生的思路，比如可以列举春天这个季节，根据这个中心词语联系生活实际进行想象，通过春天这个词， 可以引导学生联想到相关的词语，想象一下春天的特点，春天的代 表颜色还有春天的象征意义等，春天是一个绿色的季节，代表着生 命的复苏，春天是生机的象征，一切事物都从寒冷的冬天中苏醒过来，而且人们也是在春天进行播种，它是孕育生命的开始，代表着 希望。运用思维导图的形式让学生的眼前产生画面感，对于写作的 内容有了更加明确的认识，有了具体的写作思路，在加上自身对于 生活的观察和感悟，学生会产生很多想法和体会，解决了学生写作 思路匮乏的问题，有效地提高学生写作的积极性和主动性。 3.2思维导图拓展学生的想象空间

计算思维课程标准 (2)

《计算思维》课程标准 一、课程性质、定位与设计思路 （一）课程性质 计算思维是计算机软件的专业基础必修课程，课程代码为。课程学时为48课时，其中理论课32学时，上机16学时。该课程的后续课程为C#程序设计、操作系统、数据库程序设计、数据结构。本课程采用教材为：郭艳华，马海燕主编的《计算机与计算思维导论》，电子工业出版社出版。 （二）课程定位 大学计算思维课程是面向大学一年级学生开设的，与大学数学、大学物理有一样地位的通识类思维教育课程。本课程为计算机相关专业技术人员提供必要的专业基础知识和技能训练。通过本课程的学习，使学生能够了解计算机发展历程、基础知识、宏观与微观的计算机系统、信息存储的基本概念、网络世界的信息共享与计算以及计算思维问题求解思想，对计算机的历史、发展现状、未来发展趋势均获得一定了解，为后续的计算机相关课程奠定一定的基础。对于培养学生的独立思考能力、分析和解决问题的能力都起到十分重要的作用。 （三）课程设计思路 本课程标准从计算机软件技术专业的视角出发，以满足本专业就业岗位所必须具备的计算机专业基础为目标，教学内容设计通过岗位工作目标与任务分析，分解完成工作任务所必备的知识和能力，采用并列和流程相结合的教学结构，构建教学内容的任务和达到工作任务要求而组建的各项目，以及教学要求和参考教学课时数。通过实践操作、案例分析，培养学生的综合职业能力。

（四）本课程对应的职业岗位标准 本课程主要针对计算机软件行业、电子商务、信息家电、工业企业等部门，从事软件设计、开发测试、移动应用开发、数据库管理与开发等岗位的的技术技能型人才。主要工作岗位有软件开发工程师、数据库管理员、软件测试人员以及系统维护员等所有与计算机相关的岗位。 二、课程目标 （一）总目标 本课程旨在提高学生的信息素养，使同学在了解计算机相关历史、原理、发展的同时，培养学生发明和创新的能力及处理计算机问题时应有的思维方法、表达形式和行为习惯。计算思维要求学生能够对获取的各种信息通过自己的思维进行进一步的加工和处理，从而产生新信息。因此，在大学里推进“计算思维”这一基本理念的教育和传播工作是十分必要的，计算思维在一定程度上像是教学生“怎么像计算机科学家一样思维”，这应当作为计算机基础教学的主要任务。 （二）具体目标 1、能力目标 （1）专业能力：通过本课程学习，学生了解计算机的发展历程、计算机信息存储的理论、宏观与微观的计算机系统、网络世界的信息共享与计算、计算思维的问题求解思想、计算机发展新技术等内容。从宏观角度对这门学科有全面的了解 （2）方法能力：本门课程主要强调学生思维能力的训练，培养学生科学的认知能力，让学生理解和建立“信息、计算、智能”这三大核心科学概念，围绕计算思维的精髓培养学生掌握以“合理抽象、高效实现”为特征的构造性过程的能力；让学生了解学科发展，展示计算之美。 （3）社会能力：培养学生严谨的工作态度、团队合作精神和创新创业能力，为学生深入学习和运用专业知识与技能奠定基础，同时使毕业生在工作岗位上，表现出很强的适应性，实现学生就业与岗位的零距离。 2、知识目标 (1)了解计算机的发展历程、掌握计算机能做什么，了解什么是计算思维； (2)了解为什么计算机内部只能用0与1来表示，了解二进制如何来呈现数字世界、

跨学科计算思维教学的认识与实践浅谈

跨学科计算思维教学的认识与实践浅谈 摘要：本文介绍了一门跨学科课程的内容与教学实践的体会，该课程以网络为中心，以社会学与经济学的若干经典问题为背景，以应用数学和计算机科学的基本概念为语言，向学生展示了一种交叉学科尤其是计算思维在社会科学中运用的广阔图景。同时，作者也对当下开展跨学科与计算思维教学活动的背景和意义以及开展这类教学活动实践的可行性提出了认识与思考。 关键词：跨学科；计算思维；社会科学；本科生课程；认识；实践 一、“跨学科”与“计算思维” 近年来，在我所处的工作环境中，能感到有两股思潮：一是“跨学科”，二是“计算思维”。有关呼吁或者宣示在许多场合都能听到，人们愿意用这样两个词语描述他们的想法和工作，国内外都是如此。这种氛围，10年前体验不多，20年前感受更少，也就是近几年才浮现起来的。尽管现在看得见摸得着的东西似乎还不多，也有些人表示疑惑，但我体会其所代表的方向性和潮流感是明显的。 我相信这两个观念。这种信念的准确来源难以说清楚，但触发在于一次某国外大学董事会代表团访问北京大学，我参与接待，其中一位著名大学前校长在听完了我们学校的情况例行介绍后问了这样一个问题：How Peking University is addressing the critical challenges our mankind is facing？我立刻感觉这是一个好问题，这后面有个潜台词，那就是大学的教育不能不关注人类发展所面临的重大共性问题。在这样的发问下，简单报告一个大学有多少学科、多少经费、多少成果等等就显得比较苍白了。 人类现在面临什么重大问题？换言之，现在面临的问题与以前有什么显著不同？从第一次工业革命算起，过去二百多年来，人类经济社会发展的主旋律是追求不断提高的生产效率，是要以最少的成本生产最多的产品，是GDP。然而，近几十年来这种情形发生了变化，虽然这个地球上一些地方依然有贫困与饥饿，但从人类已经创造出来的生产力来看，现在面临的主要挑战已不再是吃饭穿衣的困难，而是自然资源消耗过快、全球变暖、环境污染、医疗保障、非传统安全、老龄化、贫富差距过大等严峻问题。 从我熟悉的角度来看，我认为解决这些问题有两个共同的要求，一是多学科交叉，二是离不开计算。这里所说的多学科交叉，不同于在传统学科划分基础上的协作，而是不同学科的思想在方法论层面的融合；这里所说的计算，不仅是用计算机作为工具来提高解决问题的效率，更是计算思维在理解问题本身、寻求解决问题途径中的作用。图灵奖获得者，加州大学伯克利分校Richard Karp教授去年发表过一篇文章Understanding Science Through the Computational Lens，讲的就是计算思维在推动其他科学门类的发展中会发挥日益重要与深刻的作用。

思维导图教案

思维导图操作 第一板块思维导图概述 什么是思维导图? 你需要用哪些工具来绘制思维导图？ 思维导图如何帮助你? 第二板块绘制一幅思维导图 发现你与生俱来的绘制思维导图的能力 想象和联想的游戏 绘制思维导图的七个步骤 绘制你的第一幅思维导图 第三板块使用思维导图，让你每天的生活更加成功沟通与演讲的思维导图 家庭事务计划的思维导图 说服别人与谈判的思维导图 计划一个浪漫周末的思维导图 打电话的思维导图 开始一项新的商务风险投资的思维导图 购物的思维导图 把一本书变成一张簿纸的思维导图 计算机思维导图 第四板块用思维导图最大限度地开发你的创造力用思维导图发掘你惊人的创造力 线性笔记及其问题 你头脑中的万维网及其创造力

伟大的天才和记笔记的方法 第一章思维导图概述 1．什么是思维导图? 思维导图是终极的组织性思维工具。而且，它用起来非常简单！ 下页这张最基本的思维导图是“今天的计划”。从图中心发散出来的每个分支代表今天需要做的不同的事情，例如叫水暖工，或去百货商店购物。 要把信息“放进”你的大脑，或是把信息从你的大脑中“取出”，思维导图是最简单的方法—它是一种创造性的和有效的记笔记的方法，能够用文字将你的想法“画出来”。 所有的思维导图都有一些共同之处。它们都使用颜色，都有从中心发散出来的自然结构，都使用线条、符号、词汇和图像，都遵循一套简单、基本、自然、易被大脑接受的规则。使用思维导图，可以把一长串枯燥的信息变成彩色的、容易记忆的、有高度组织性的图，它与我们大脑处理事物的自然方式相吻合。 你可以把思维导图和一幅城市地图相比较。你的思维导图的中心就像城市的中心，它代表你最重要的思想；从城市中心发散出来的主要街道代

计算机程序设计课程中计算思维能力的培养

计算机程序设计课程中计算思维能力的培养 【摘要】进入新世纪以来，我国在计算机程序方面的取得的成就是非常巨大的。学生的计算方面的思维能力如何在计算机程序设计课程教学中得到充分的培养，是当代的计算机基础教学的一项主要的责任。笔者结合自身的计算机程序设计课程教学，简要的探讨了计算机程序设计课程中学生思维能力的培养，供各位计算机教育教学的同仁们参考，以共同提高我国的计算机设计程序课程的教育教学的质量。 【关键词】算机程序设计课程思维能力培养 一、引言 随着我国的新课程改革的不断深入，对于学生的计算机的各个方面的应用能力的要求也越来越高，学生应当在计算机的操作使用方面的能力、各个应用的开放方面的能力以及相关的研究创新的能力有着非常大的提升，学生应该逐步的养成学习解决问题的思路以及方法、并且详细的理解掌握计算机是如何的实现上述算法的，即学生应该能够利用计算机进行一些有效的编程工作。此外，学生应该掌握一定的相关程序的调试能力，让计算机成为一种实用的工具，进而作为一种独特的思维方式去思考相关的问题并

解决相关问题的能力。那么我们应该在计算机程序设计的教学过程中如何的对学生的思维能力进行对应的培养训练呢？这是一个非常值得教育教学工作者深入探讨的问题。 二、何为计算思维？ 大家常说的的计算思维就是指运用一定的计算机科学中—些相关的概念进行相应的计算机问题求解、计算机系统的设计以及一些相关的人类行为理解等等的一系列计算思维活动。这里需要强调就是上述的思维是指人的相关思维，并不是计算机机器的思维，简要的说就是一种概念抽象化的思维方式，并不是一种简简单单的程序化的思维方式。是一种具体的思维理念，并不是一种实际的商品。这种思维的方式并不是某些计算机方面的专家特有的，而应该是作为一种每个人必备的基本技能的方式而存在。最终达到一种以计算机思维方法论的相关角度来讨论解决学科之间的一些问题以及学科的意识形态。 三、当前的计算机程序设计课程中的一些相关的问题 计算机程序设计课程相对于其他的课程有着非常大的抽象性，这就给相应的课程的教育教学工作带来

《计算思维与实践》课程教学大纲

《计算思维与实践》课程教学大纲 英文：《Computational Thinking and Practice》 一、课程基本信息 课程代码：/ 课程名称：计算思维与实践 课程类别：通识课 理论课学时：8学时/16学时 实验课学时：8学时/16学时 总学时：16/32 学分：1/2 适用对象:非计算机类各学科本科学生 考核方式：课程设计 二、课程简介 中文简介 计算思维是运用计算学科的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解的思维活动，计算思维是的培养是信息时代对人的基本要求，因此在大学本科阶段开设这门课程是十分重要和必要的。《计算思维与实践》课程是一门计算机类通识型课程，也是高等学校计算机基础教学公共课程之一。该课程从培养学生科学认知能力出发，让学生理解和建立“信息、计算、智能”这三大核心科学概念；围绕计算思维的精髓培养学生掌握以“合理抽象、高效实现”为特征的构造性过程的能力；让学生了解学科发展，展示计算之美。初步达到传承计算文化、弘扬计算之美、培养计算思维的目的。 英文简介 This course of computational thinking and practice is about computational disciplines of basic concepts of problem solving, system design, and human behavior understanding of thinking activity, computational thinking is the training is basic requirements of the information age to, therefore in the undergraduate stage opened this course is very important and necessary.

基于计算思维的教学模式探索 文档

基于计算思维的教学模式探索 美国心理学和教育学家Robert J.Sternberg指出：思维教学的核心理念是培养聪明的学习者，教员不仅要教会学员如何解决问题，也要教会他们发现值得解决的问题。教员要为学员提供足够的思维空间，设法激励和引导学员自主学习，发现问题所在继而解决问题[1]。思维教学要以所教授的学员为核心，以培养思维能力为目的，使学员既在思维活动中学习知识，也能够学习思维的方法，达到“鱼”“渔”同授的目的，培养学员良好的思维能力。 1 计算思维 计算思维最早是在2006年，由曾任美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任的周以真（Jeannette M.Wing）教授提出的，他指出：“计算思维代表着一种普遍的认识和一类普适的技能，每一个人，而不仅仅是计算机科学家，都应热心于它的学习和应用。计算思维是每个人的基本技能，不仅仅是计算机科学家。我们应当使每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维。[2]” 中国科学院计算所李国杰院士也指出：“计算思维是运用计算机科学的基础概念求解问题、设计系统和理解人类行为，它选择合适的方式陈述一个问题、对一个问题的相关方面建模，并用最有效的办法实现问题求解。[3]”

因此，对计算思维的认识我们可以这样来理解：计算思维是运用计算机科学的基础概念来进行问题的求解，它是一种本质的、所有人都必须具备的思维方式，就像读书、写字一样，成为人们基础的、不可缺少的思维方式。我们要准备会议，把开会所需的东西放进公文包，这就是“预置和缓存”；当你弄丢了自己的手机，沿着走过的路线去寻找，这就叫“回推”；在食堂排队去买饭时，站在哪一队更快呢？这就是“多服务器系统”的性能模型。这些都是计算思维在我们生活中的运用。学会计算思维，是在信息社会中创新的需要。要培养出创新型人才，教育在思想和方法上就必须摆脱传统教学的偏见，让学员运用高效的思维去思考。 2 基于计算思维的教学模式探索 计算思维是当前教育系统十分关注的一个问题，该文研究的基于计算思维的教学模式，就是综合利用计算思维的教学策略，构建以教员为主导，以学员为主体、以能力培养为目标的思维教学模式。通过任务引领和问题探究，让学员在不断的探索研究过程中启发思考、总结规律、掌握科学方法，培养学员的创新能力和科学精神，提高独立思考和解决问题的能力。 教员在教学过程中创设提出问题的实际情境，刺激学员发现问题，提出高质量的问题，然后不断引导和启发学员采用转化、约简、递归、仿真、启发式推理等方式进行问题的思考和研究解。在此过程中，学员对所学知识进行重构，对新旧[4]决的方法．知识进行意义建构的过程就是计算思维能力培养的过程。通过这

基于计算思维的Excel案例教学研究 教育文档

基于计算思维的Excel案例教学研究 计算思维是由美国卡内基.梅隆大学计算机系主任周以真教授在2006年提出的教育理念。周以真教授对计算思维的定义：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。信息社会中计算思维应该和阅读、写作、算术一样，成为每个人必须具备的基本技能。必须正确认识大学计算机基础教学的重要地位，把培养学生的“计算思维”能力作为计算机基础教学的核心任务。 为了落实大学计算机课程教学中计算思维能力培养的目标，教师应充分考虑学科专业特色，针对不同类别的专业，制定不同的教学内容和教学方案。Excel作为最流行的数据处理和统计分析软件，广泛应用于管理、统计、财经、金融等领域。Excel教学是大学计算机基础教学的重要组成部分，也是经管专业学生的必修内容，很多高校也开设了Excel相关的公共选修课程。Excel 教学是大学培养文科学生计算思维能力的重要手段。 1 Excel课程教学现状分析 Excel的应用非常广泛，只要涉及到数据处理，就可以选择使用Excel来解决。目前的Excel课程教学中存在着几个主要问题：教学过程，很多教师把Excel狭义工具论。目前，在1.1 Excel仅仅作为数据处理工具介绍，着重讲解Excel的操作细节。

教学场景往往是：一边教师先简单介绍Excel菜单功能，再详细演示操作过程；另一边，学生被动接受传授的知识，然后依照教师讲解重复操作。这种“软件培训式”的教学使学生认为学习Excel就是学会如何使用Excel工具，使学生缺乏自主思考和独立解决问题的能力。 1.2 教学内容缺乏针对性和灵活性。不同专业学生的Excel课程采用相同的教学大纲、教学内容和教学案例。使得学生认为Excel课程和本专业的其他课程没有关联，缺乏对Excel课程学习的兴趣和动力，对课程的学习没有给予足够重视。 1.3 教学模式落后。目前，多媒体教学技术已经得到了广泛应用，多媒体教学丰富了教学内容，投影演示等手段使讲解内容更加直观形象。但在Excel课程的实践教学中，多媒体的教学手段并没有改变传统的授课方式，还是以教师课堂上讲，学生在下面听的填鸭式教学模式为主，学生学习的积极性没有充分调动起来。 近年来，大学积极推进计算机基础课程教学改革，把培养学生“计算思维”能力作为计算机基础课程教学的核心任务。教学实践中，程序设计类课程教学作为“计算思维”能力培养重要途径。Excel具有强大的数据处理和数据分析功能，需要学生具有较强的逻辑思维能力和数学知识，如果要实现自动处理功能，还教学能够提高学生计算思维能力Excel需具有一定的编程能力。． 和创新实践能力。 2 基于计算思维的Excel案例教学

9.3 心理课堂——思维导图教案

09心理课堂——思维导图教案 一、教学背景 高中生学习任务重，压力大，大部分原因是学生学习效率低，本节课主要介绍思维导图，一种辅助学习工具，旨在帮助学生学习记笔记，学会发散思维和创新思维，找到学习的乐趣，提高学习效率。 二、教学目标 1.认知目标：明确思维导图的重要性和应用；掌握思维导图的制作方法； 2.情感目标：学生懂得如何运用并且喜欢借助思维导图来主动学习； 3.行为目标：能够把思维导图方法灵活运用到平时学习、生活中。 三、教学过程 1、问题导入 请同学们说说你知道的汽车品牌和手机品牌？ 汽车：大众、宝马、现代、别克、奥迪、奔驰...... 手机：华为、HTC、联想、苹果、酷派、小米...... 师：同学们都说的非常好，你们刚才在回答这个问题的时候，运用的是什么思维啊？很好，联想思维或者发散思维。 老师今天就给大家介绍一种与发散思维有关的学习工具——思维导 图 2、学习新知 2.1知：思维导图，你了解什么？（来源） 思维导图的发明者，英国著名心理学家东尼·博赞在研究大脑的力量

和潜能过程中，发现伟大的艺术家达·芬奇在他的笔记中使用了许多图画、代号和连线。他意识到，这正是达芬奇拥有超级头脑的秘密所在。 思维导图在英国、美国、澳大利亚、新加坡等国家的教育领域也有广泛应用，在提高教学效果方面成效显著。有些国家从小学就开始展开思维导图的教育。这一简单易学的思维工具正被全世界约3.0亿人使用。 2.2定义：心智图（Mind Map），又称脑图、心智地图、脑力激荡图、思维导图、灵感触发图、概念地图、树状图、树枝图或思维地图，是一种图像式思维的工具与及一种利用图像式思考辅助工具来表达思 维的工具。 2.3观看视频《大脑的奥秘》 2.4懂：思维导图：为什么要学习它？ 思维导图的特点 ◆类似于大脑神经元网络分布的图形，让大脑掌握整体内在的联系，同时使一个想法很快而深刻的产生。 ◆思维导图是多色彩的，使用了大脑喜欢的多彩的思考方式。 ◆强调左右大脑的协调合作。思维导图多使用形象的、生动的图片、容易辨识的符号。单一的文字并不是大脑自然适应的思考方式。 师：思维导图可以所有的思维导图都有一些共同之处。它们都使用颜色，都有从中心发散出来的自然结构，都使用线条、符号、词汇和图像，都遵循一套简单、基本、自然、易被大脑接受的规则。使用思维

计算导论与程序设计知识点

计算导论与程序设计复习重点 一、计算、计算机发展史、计算模型 1、计算与计算思维 (1)什么是计算？转换/变换； 广义：计算就是把一个符号串f变换成另一个符号串g。 更广义：计算就是对信息的变换。 (2)什么是计算思维？抽象与自动化 2、图灵机的计算模型：组成，计算过程，状态及状态转移。 a.图灵机的组成： (1)一个无限长的纸带 (2)一个读写头（中间那个大盒子） (3)内部状态（盒子上的方块，比如A,B,E,H）， (4)一个程序，用于对这个盒子进行控制。 b.计算过程：从读写头在纸带上读出一个方格的信息，并且根据它的内部状态开始对程序进行查表，得到一个输出动作和下一时刻所转移到的内部状态。 c.状态：可以将事物区分开的一种标识。 d.状态转移：当在某一状态下读入一个字符时，便使状态发生改变，从当前状态转换到后继状态。 3、结合图灵机，什么是程序？理解程序的含义 程序是一套控制规则，它可以根据当前机器所处的状态以及当前读写头所指的格子上的符号来确定读写头下一步的动作，并改变内部状态，令机器进入一个新的状态。 4、什么是存储程序的概念？ 要求程序和数据一样，也必须存储在计算机的主存储器中，这样计算机就能够自动重复地执行程序，而不必每个问题都重新编程，从而大大加快运算进程。 二、计算机组成与原理 1、冯诺依曼计算机的组成结构 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分组成。 地址总线是控制器向存储器中的地址译码器传送地址编码的通路。 数据总线是在输入输出设备和存储器、存储器和CPU之间传送数据的通路。 控制总线用来传送控制部件向运算部件、存储器、输入输出设备发出的控制信号。

简谈计算机教学的计算思维教育理念

简谈计算机教学的计算思维教育理念 摘要：针对计算学科在跨学科领域的教学问题，分析计算学科的本质、现状及其在跨学科方面的应用，结合参加国内首次跨学科计算思维的学术活动的心得体会，阐述计算学科在跨学科计算思维方面的内容、思路与方法。 关键词：计算学科；跨学科；计算思维；创新思维能力；计算机教育 文章编号：1672-5913（2012）01-0014-04 2012年7月22-28日，北京大学李晓明教授主持了面向全国师资的一次传播跨学科计算思维的课程培训活动。跨学科教育是社会发展的需要，是高效率人才培养的需要，计算思维是在课程整合和专业调整之上的一个更前卫的全新理念。跨学科教育、计算思维是继计算学科规范发展、专业内涵建设、突出专业特色办学后又一提升教育质量的突破点。 1 计算学科的本质 计算学科诞生于20世纪40年代初，它作为现代技术的标志，已成为世界各国经济增长的主要动力，是现代科学体系的主要基石之一，计算机科学、量子力学、相对论、宇宙大爆炸模型、DNA双螺旋结构、板块构造理论等六大科学一起确立了现代科学体系的基本结构。 计算学科作为一门新兴学科，以数学和电子科学为基础，将理论和实践相结合。学科发展的动力来自于科学理论和工程技术发展的驱动，具有自身发展的深度和广度，尤其是应用需求的牵引推动了学科持续高速的发展，并且具有很强的开放性、包容性和吸纳性，其应用广泛普及且与其他学科相互渗透，呈现多学科的交叉和融合，跨学科、跨方向的创新与应用形成计算学科发展的新形态，同时还具有促进其他学科发展的作用。作为一门独立的学科，计算机技术不但与数理化天地生等平行，而且逐渐演变成一种横向的科学技术，并已经成为如数学一样的典型通用技术，兼具理科和工科的双重特性。而从20世纪80年代开始，面对集成电路芯片设计的特约和深入研究所遇到的问题，人们开始认识到学科需要走向深化和普适化。 1.1计算学科的问题与要求 目前计算机的教育和应用存在一些严重的问题，如把计算机简单地作为工具使用的“狭义工具论”，或持“计算机就是编程”的错误认识。对计算学科认识的淡化，不利于对计算机科学的核心思想与基础概念的掌握，无法体验计算的愉悦。从工具使用到初步编程、从零碎的知识掌握到系统级内涵式设计、从跟踪模仿到计算思维的养成，这些积累和应用能很好地激发学生的创新能力和独立思考能力。将计算思维转变成一种普适思维，即一切皆可计算，从物理世界模拟到人类社会模拟，再到智能活动，都是计算的某种形式，包括形式化、模型化描述和抽象思维与逻辑思维能力。

认识思维导图的教学设计方案

认识思维导图的教学设计方案 本节课计划以活动为中心，结合图例分析来使同学们更深入的了解思维导图，了解思维导图在我们的工作和生活中的作用、以及制作思维导图的步骤等，进而引发同学们使用思维导图的意识。 作为教育技术学研一的同学，学习、生活的节奏都比较快，而思维导图作为一种规划、组织的工具，能够帮助我们有效的工作、学习。但是，经过分析得知：学习者虽然很多都用过思维导图，但是对于其制作的步骤以及制作的技法，都不是很熟悉。因而，我们有必要深入地学习思维导图。 目标陈述： 1）、知识与技能目标： 1、学习者能够用自己的言语说出什么是思维导图； 2、学习者能够说出思维导图的功能； 3、学习者能够概括制作思维导图的一般步骤。 2）、过程与方法目标： 1、能够运用一定的技巧，制作出一个思维导图； 3）、情感与价值观目标： 1、能够有意识地使用思维导图来规划、组织自己的学习、生活。（长期目标）

各目标的分析及从属技能分析和入门技能的确定： （图示1）（属于智力技能类的学习目标） - - - - - - - - - （图示2）（也是属于智力技能类的学习目标）（下面的入门技能和图示1差不多，所以就没有标准了） （图示3）（属于智力技能类的学习目标） （图示4）（属于动作技能类的学习目标）

统的态度分析、学习动机分析、学业能力水平分析、学业偏好分析、对提供教学机构的态度、却体特征、应用环境描述、教学环境要求）（通过调查、分析和一定的假设得出的结论） 入门技能分析：（部分信息来源于访谈学习者） 制作思维导图非常简单，不需要之前具备什么东西，我们只需要准备：没有划上线条的纸张、彩色笔和铅笔、你的大脑和你的想象即可。（顺便提一下：现在很多人都是使用计算机软件绘制思维导图，这对于绘图技能不是很好的人来说，特别有帮助，作为教育技术的同学，学习这类软件的能力是很强的，大家可以去尝试一下）同时，我们作为研究生，应该都具备了一般的概括能力和语言组织能力，所以应该能够在适当的提示和指导下，用自己的话说出什么是思维导图、以及思维导图的功能和制作步骤等。 对该领域已有的知识分析：（部分信息来源于访谈学习者） 通过访谈部分学习者，以及对学习者生活和学习情况进行观察，我了解到很多同学已经有使用思维导图的经历，他们经常会在做报告，或者记笔记的时候使用思维导图，作为思维导图的使用者，他们大多数人都承认：思维导图在一定程度上能够帮助他们，但是，他们对思维导图的了解还不够深入、具体。 对教学内容和传递系统的态度分析：（部分信息来源于访谈学习者） 学习者相信，他们具体、深入地了解思维导图对他们是有帮助的，能够使自己的学习和生活更高效。他们也相信：多了解并使用思维导图的制作技法对他们是有帮助的。我们选择传统的传递系统，最主要的原因就是实际情况的约束，我们的教学只能够在普通的教师进行，而我们这次的教学内容也

基于计算思维的项目教学法的与实践

一、计算思维与项目教学法 １．计算思维。周以真教授认为，计算思维是一种以计算科学为核心，运用计算科学的基本概念进行问题求解、系统设计和行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。这种思维在不久的将来，将如同人人都具备的“读、写、算”（简称“3R ”）能力一样，成为每一个人的技能组合。计算思维和理论思维、实验思维一起被称为推动人类社会文明进步和科技发展的三大科学思维。 ２．项目教学法。项目教学法是师生通过共同实施一个完整的项目而进行教学活动的教学方法，目前被广泛应用于教学实践中。项目教学法建立在建构主义、多元智能理论等现代教育思想、教学理论和学习理论的基础之上，有别于传统教学方法。它强调教学活动以学生为主体，学生在教师的帮助和指导下，通过探索和协作获得知识，而教师的主要任务更侧重于设计教学情境，营造学习氛围，组织和引导教学过程；它把学生引入真实的工作情景，利用“项目工程”驱动学生自主地应用已有知识和汲取新的知识去破解项目“难题”，使学生在项目计划的实施过程中发现知识、应用知识、提高技能；它允许学生在一定时间范围内自行组织和安排自己的学习行为，并且有明确而具体的成果，能够满足学生自我实现的需要。毋庸置疑，项目教学法“教、学、做”合一，“寓教于做”，尊重学生的价值，是一种能够有效激发学生的学习主动性和创造性，提高学生实践能力的先进教学方法。项目教学法的整个教学过程可以粗略地分为三个阶段：开始阶段、主体阶段和结尾阶段。在开始阶段，学生与教师一起确定项目任务，制订工作计划；在主体阶段，学生根据各自在小组中的分工以及合作形式，按照已确立的工作步骤和程序开展工作；在结尾阶段，全班同学共同分享并获得评价。 学会计算思维，是信息社会中创新的需要，是大学生创新性思维培养的重要组成部分。项目教学法采用类似科学研究与实践的方法，促进学生主动学习、自主发展，且具有较为稳定、具体 的教学活动进程，这些特点使得项目教学法具备了培养学生思维能力的良好基础。 二、基于计算思维的项目教学法需注意的问题 基于计算思维的项目教学法是指在项目教学法的相关环节中融入计算思维的训练，通过训练使学生领悟计算思维的概念，习得计算思维能力，并在计算思维的指导下更好地完成项目任务。基于计算思维的项目教学法是一种渗透式教学，它使思维训练和学科教学相统一，知识随着思维的讲解而展开，思维随着知识的贯通而形成，最终使能力随着思维的理解和训练而提高。这样的项目教学法虽然过程没有发生变化，但是内涵却更丰富了。基于计算思维的项目教学法要做到以下几点： １．使学生了解计算思维的原理和方法。适量而准确的知识有助于将无意识的习得化为有意识的学得，有助于将混沌的内隐能力转化为明晰的外显能力，从而提高学习效率。比如，关注点分离是计算思维的重要原则之一，教师可以给学生事先讲解关注点分离的概念，并举例说明作为一种普适的处理复杂问题的系统思维方法和原则，如何在完成一项复杂任务时获得恰如其分的分离视角以及简明优雅的合成策略。这样学生在接到复杂的项目任务时，就能够有意识地运用这种思维方法，把复杂项目转化成几个简单的能够完成的子项目。通过这些训练，把类似的计算思维能力内化到学生的能力结构中，使学生能够自如地应用。 ２．创设良好的计算思维环境。计算思维不是靠教师简单地传授计算思维知识和方法就能形成的，而是在某种情境中，包括思维者所处的内部环境（知识、经验、情感）和外部环境，以及内外环境相互作用下产生的。作为教师，要为计算思维的形成创设合适的思维环境。比如，通过各种载体为学生提供丰富的实例，让学生在模仿中逐渐形成计算思维能力；把学生引入真实的工作情景，激发其自觉运用计算思维的方法原则；营造宽松、和谐、民主的氛围，鼓励学生独立思考，提出问题，激发学生高涨的 ［摘要］文章提出了基于计算思维的项目教学法，认为该方法应用中需要注意计算思维知识传授、计算思维环境创设、师生的思维沟通、多元评价体系建立的问题。同时，以“ＶＦＰ程序设计”课程为例，按照项目教学法的基本流程，即项目设计、计划制订、计划实施、小组自评、展示交流和综合评价六个步骤，将基于计算思维的项目教学法在实际教学中进行了实践。 ［关键词］计算思维项目教学法 教学实践 ［作者简介］薛磊（１９６９－），女，山东青岛人，常州大学信息科学与工程学院，副教授，研究方向为数据挖掘；孙玉强（１９５６－），男，河南郑州人，常州大学数理学院院长，教授，博士，研究方向为并行计算；顾晓清（１９８１－），女，江苏常州人，常州大学信息科学与工程学院，讲师，研究方向为计算机网络、信息安全。（江苏常州 ２１３１６４） ［基金项目］本文系２０１１年常州大学教育教学研究课题“‘大工程观’下大学计算机公共基础课程改革的研究与实践”的研究 成果。 ［中图分类号］Ｇ６４２．４ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００４－３９８５（２０１２）３２－０１４８－０２ 基于计算思维的项目教学法的研究与实践 薛磊孙玉强顾晓清

计算思维与项目教学法

计算思维与项目教学法 1.1计算思维 周以真教授认为,计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维和理论思维、实验思维一起被称为推动人类社会文明进步和科技发展的三大科学思维。 进一步地定义为:通过约简、嵌入、转化和仿真等方法,把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法;是一种递归思维,是一种并行处理,是一种把代码译成数据又能把数据译成代码,是一种多维分析推广的类型检查方法;是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法,是基于关注分离的方法(SoC方法);是一种选择合适的方式去陈述一个问题,或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法;是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式,并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法;是利用启发式推理寻求解答,也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法;是利用海量数据来加快计算,在时间和空间之间,在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。 1.2项目教学法 项目教学法就是在老师的指导下,将一个相对独立的项目交由学生自己处理。对C++项目式教学法还包括:人员的组织与管理、软件度量、软件项目计划、风险管理、软件质量保证、软件过程能力评估、软件配置管理等都由学生自己负责,学生通过项目的训练,了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求。 计算思维是信息社会中创新的需要,是大学生创新性思维培养的重要组成部分。C++项目式教学不能仅限于软件工程指导下的C++语言基础的综合训练,还应该在软件项目管理原则下的培养创新性思维。 2C++项目的教学实践

程序设计中常用的计算思维方式

程序设计中常用的计算思维方式 算法思维 逻辑思维 第1章正确认识和处理整体与部分的关系 概述： “整体”与“部分”是一对虽然对立、但并非僵化不变的概念。在一定条件下，“部分”可以看作“整体”，“整体”又可以看作是另一个“整体”的“部分”，两者相互依存和影响。“整体”与“部分”又可以相互转化的。“整体”的问题可以分割成“部分”来处理，“部分”的问题也可以通过“整体”来解决。 1.1 整体实现的关键是准确地应用必要条件 A、选择有助于简化问题、变难为易的必要条件 这里面就是说我们要在坚持“简化问题、变难为易”的原则下，尽力寻找“精确”的必要条件，以缩小求解范围，提高出解速度。当碰到一道难题时，总是尝试从最简单的特殊情况入手，找出有助于简化问题、变难为易的必要条件，逐渐深入，最终分析归纳出一般规律。 B、合成必要条件，从整体结构上优化 在搜索和动态规划中，必要条件有期很好的应用价值。一般地，对于深度优先搜索和广度优先搜索，如何限制搜索范围、减少搜索量最有效的手段是“剪枝”。然而由于问题的错综复杂，所以我们要找最高效的优化条件，来提高程序的效率。所以我们可以尝试从多个侧面分析寻找必要条件，把问题分解，根据各部分的本质联系，将各方面的必要条件综合起来使用。 C、必要条件与原有模型比较、更新算法 上面所说的两种优化程序的策略其实是都是在“缩小求解范围”，改进在有算法的基础上进行的，属于局部优化。然而精确选择揭示问题本质的必要条件，与原有的模型比较， 小结：必要条件是逻辑推到的理论依据，也是思考过程的一种取向。解题时，若能寻找出精确的必要条件，一方面能帮助我们揭示问题的本质，设计出正确的算法；另一种方面又能“缩小求解范围”，提高算法效率。因此，准确地应用必要条件是整体实现的关键。所以我们要在坚持“具体问题具体分析”的原则，不拘一格，灵活处理；在分析问题时，要勤于思考，善于发现。 1.2 整体思考的一个重要角度是“守恒” A、从具体问题中抽象出守恒量 守恒量需要通过联想和化归思维将其抽象出来，从问题本身的结构中抽象出守恒量。 B、根据问题的本质构造守恒量 有时候，如果能为每一个元素标一个权值，就可以揭示问题“守恒”规律。在总价值不变的前提下，或许能将整个问题转化成一个简单的、或者是经典的问题。比如构造成Fibonacci数列等。 C、在交互式问题中构造变化中的不变量 考虑可能出现的各种情况和最优策略，找变化中的不变量，运用“守恒”法寻找解题的突破口 小结：守恒是问题分析问题的一种思维方式一种整体意识和解题方法，通过联想和化归思维将其抽象出来。 1.3 提高整体实现效率的基本途径是“充分利用有效信息”和“压缩冗余信息” A.计算过程中充分利用有效信息： 在记忆化搜索和动态规划中充分利用信息，特别指出在动态规划中改变状态的表示含义对优化问题是个很好的策

思维导图教学设计

《思维导图的应用》教学设计 肇庆市第一中学姓名梁立 课型：讲授课课时：1 课时授课年级：高一4班 【教材分析】 本章是信息技术基础。 本章重难点分析：。 思维导图以及其应用 【教学设计基本理念和教学目标】 教学设计基本理念： 教学目标：旨在增强学生的立体思维能力（包括思维的广度与深度），培养总体规划能力，让学生掌握思维运行方式，并掌握发展思维的好工具——思维导图，使其思维方式可以得到最大的解放与更新，提高学习能力、知识组织和表达能力，从而让学生生活、工作、学习更有效率。 【教学策略】 【教学过程】

【教学反思】 实践证明，在新课程理念下的教学，还给学生作为学习和考试的主体应有的自主活动的权利，教学各程序中加大学生主动参与，自主完成的活动，真正做到使学生积极主动地获取知识，形成终身学习能力。克服以往毕业班课

堂教学存在学生活动结构不合理，知识运用过程（即练习）的学生活动偏多，而其他过程的学生活动明显不足的现状，做到为意义建构学习设计教学。 1、自主构建知识网络的活动，加深学生对知识体系的理解，提高了复习效率。 从形成学科能力的角度来认识知识的复习，复习知识是为了运用知识，网络化的知识是形成学科能力的坚实基础。高考中考查的能力是以知识为载体的，基础知识的复习整理和结构化，显然是十分重要的。本节课着力在相关知识的联系和区别上使学生得到深刻的理解；将一部分知识或全部所学的知识做一个系统化的梳理，建立所学知识的网络结构。本节课成效体现在改变向学生直接呈现知识归纳的网络结果，让学生自主参与到知识网络的构建之中，有学生自己的理解和加工，每一部分知识复习后都能归纳整理出一个知识系统的示意图。这使学生受益非浅，一方面他对每一个部分知识加深了理解，更重要是在他头脑已经形成一个可以运用的知识网络，复习每一个事实、概念、规律时，都能在这个网络上找到它所处的位置和发挥的作用。 例：……………..。 正如现代教育学认为学习的过程就是将各种事物联系的过程，联系的结果便形成了网络，只有对这个知识网络关系清晰明了，学生就会轻松自如地跳跃于网络之间，并能将其自我发展、扩充下去。 2、精编课堂练习，科学训练，提升了学科能力 高考着重学科能力的考查，科学的训练是形成学生学科能力的途径。因为从对外界信息的识别、分析、输入，到对内部存储陈述性知识的检索、提取、迁移，然后按一定的程序有序的组合、加工，最终形成结果。这是一个知识活化运动的复杂过程，这种过程只有多次重复才能被强化，才能形成某种学科能力。在设计本节复习课的教学过程中，在形成知识体系和网络的基础上，选择体现“考试说明”对本单元的能力要求的典型例题，让学生在课堂上按整合的教材主线进行训练，并通过自主“建模”的策略来加强学生对地理事物内在规律的把握。 与此同时，课堂上在教师的带领下的训练做到有针对性、层进性，学生练习中的表现可以得到及时的反馈和指导，给学生留下较为深刻的印象。这样不仅对学生起到鼓励和指导作用，同时对能力的提高和升华提供了素材。 3、互动复习方式暴露学生知识的缺陷、思维的障碍，激活学生复习课的参与性。 课堂教学中，实施有效的接受式教学与独立自主、合作交流相结合的学习方式，提供学生思维暴露、思维碰撞空间和时间，激发参加课堂复习的欲望。如在自主完成知识梳理的过程中暴露出学生对气候类型的分布位置含糊不精的知识缺陷，自然带的分布又和气候类型的分布密切相关。导致对自然带分布的不清晰。实质是对气候分布成因的不理解，从而使学生产生加强这方面复习的迫切感。堂上练习的总结归纳，强调学生自我感悟、自我反思，学生通过反馈实现自我调控、自我提高，以达到高考能力要求。