核心通识课《生活中的计算思维》讲义 .pdf
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计算思维与大学计算基础套课件幻灯片完整版ppt教学教程最全电子讲义(最新)
集成电路中的晶体管数平均每18个月翻一番，芯片的性 能 也随之提高一倍
2003年2月摩尔发表讲话说，摩尔定律至少在未来10年 中还能继续发挥作用
*
16
计算机发展的几个阶段
第一代 （1946~1956）
电子管 5千~4万（次/秒）
第二代 （1957~1964）
晶体管 几十万~百万（次/秒）
第四代 （1971~90年代）
集成电路 几百* 万~几亿（次/秒）
第三代 （1965~1970）
集成电路 百万~几百万（次/秒） 17
电子管时代(1945-1956)
• 1904年,世界上第一只电子管在英国物理学 家弗莱明的手下诞生。
• 电子管不但可以作为放大器件，也可以作 为开关器件。
*
18
电子管时代(1945-1956)
*
37
智能化时代
让计算机具有人的听、说、读、写和思维推理能力
神经网络计算机
用数据单元模拟人 脑的神经元，并利 用神经元结点的分 布式存储和相互关 联来模拟人脑活动
生物计算机
使用蛋白分子为主 要原料制成的生物 芯片构成，存储能 力巨大，而且以波 的形式来传播信息
*
38
3. 微型机的发展
微型机已从4位机、8位机、16位机、32位机发展到64位机。 微型机的 核心是微处理器
• 5000次加法/秒
• 体重28吨
• 占地170m2
• 18,000多只电子管
• 1500个继电器
• 功率150KW
*
20
世界上第一台电子管计算机ENIAC
• 程序指令存放在机器的外部电路里，利用硬件即利用插线 板和转换开关所连接的逻辑电路来控制运算 – 需要计算某个题目，必须首先用人工 接通数百条线路， 需要几十人干好几天之后，才可进行几分钟运算
2003年2月摩尔发表讲话说，摩尔定律至少在未来10年 中还能继续发挥作用
*
16
计算机发展的几个阶段
第一代 （1946~1956）
电子管 5千~4万（次/秒）
第二代 （1957~1964）
晶体管 几十万~百万（次/秒）
第四代 （1971~90年代）
集成电路 几百* 万~几亿（次/秒）
第三代 （1965~1970）
集成电路 百万~几百万（次/秒） 17
电子管时代(1945-1956)
• 1904年,世界上第一只电子管在英国物理学 家弗莱明的手下诞生。
• 电子管不但可以作为放大器件，也可以作 为开关器件。
*
18
电子管时代(1945-1956)
*
37
智能化时代
让计算机具有人的听、说、读、写和思维推理能力
神经网络计算机
用数据单元模拟人 脑的神经元，并利 用神经元结点的分 布式存储和相互关 联来模拟人脑活动
生物计算机
使用蛋白分子为主 要原料制成的生物 芯片构成，存储能 力巨大，而且以波 的形式来传播信息
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38
3. 微型机的发展
微型机已从4位机、8位机、16位机、32位机发展到64位机。 微型机的 核心是微处理器
• 5000次加法/秒
• 体重28吨
• 占地170m2
• 18,000多只电子管
• 1500个继电器
• 功率150KW
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20
世界上第一台电子管计算机ENIAC
• 程序指令存放在机器的外部电路里，利用硬件即利用插线 板和转换开关所连接的逻辑电路来控制运算 – 需要计算某个题目，必须首先用人工 接通数百条线路， 需要几十人干好几天之后，才可进行几分钟运算
计算思维(201201)
的处理包括分析、抽象、综合、概括等。
科学的重要性在于，它是真理，推动着人类文明进步和科技的发展。
科学思维是什么呢？它一般包括理论思维、实验思维和计算思维。
理论思维又称推理思维，以推理和演绎为特征，以数学学科为代表。
实验思维又称实证思维，以观察和总结自然规律为特征，以物理学科为代表。
计算思维又称构造思维，以设计和构造为特征，以计算机学科为代表。
国科发财〔2008〕197号文《关于创新方法工作的若干意见》认为“科学思维不仅是一切科学研究和技术发展的起点，而且始终贯穿于科学研究和技术发展的全过程，是创新的灵魂”。
科学思维的含义和重要性在于它反映的是事物的本质和规律。
计算思维计算思维的定义：它是运用计算的基础概念（Fundamental Concept ）去求解问题、设计系统和理解人类行为的一种方法（Approach ），是一类今天我主要谈谈计算思维。
我报告的题目是：“计算思维：大学计算教育的振兴，科学工程研究的创新”。
为什么讲这个题目，因为是计算机大会，在座的都是搞计算机的。
那么我们的计算机科学与计算机学科的现状是什么样的？计算思维将如何成为振兴大学计算教育的途径？计算思维与技术创新又是什么关系？计算科学是很伟大的，理论科学、实验科学、计算科学被称为推动人类文明进步和科技发展的三大科学，或者叫三大支柱。
但是我们的现状是什么呢？计算机学科，计算机教育，尤其计算机的基础教育是有问题的，甚至计算机基础教育存在着危机。
作为计算机教育者和改革者，我们应该积极地改变这种局面，纠正社会上对计算机科学的片面理解。
要改变计算机学科不需要什么理论的错误观点，要扭转“计算机只是工具”的社会不良形象，要消除计算机学科特别是计算机基础教育“可有可无”的影响，要积极传播计算机科学的魅力、愉悦和力量。
要改变现在的情况，就要提倡计算思维，宣扬计算思维在教育和科研中的作用，并把这种思维普适化、大众化，真正融入到人类的一切活动中。
科学与思维什么是科学？达尔文曾经给科学下过一个定义：“科学就是整理事实，从中发现规律，做出结论”。
计算思维概述 ppt课件
④ ICER Final Report of the Northwest Regional Meeting • 内容及建议
以上四个文件分析了美国计算教育出现的问题，报告建议在美国国家科学基金的资助下全面 改革美国的计算教育。以下两个问题和一个建议值得我们注意： ① 大学第一年计算机课程的构建问题； ② 多学科的融合问题； ③ 报告建议加强美国中小学学生抽象思维与写作能力的训练，目的，使学生平稳过渡到
（3）“讨论”出服务排队的核心方法：
–先来先服务（FCFS) –短任务优先（SJF) –最短剩余时间优先（SRTF) –优先级调度（HPF) –时间片轮转（RR)
例4 装箱问题模拟
问题：用尽可能少的箱子装下若干物体
#include <stdio.h> main() {
int i, j, Cur, N, Max=0; static int S[1001]; scanf("%d", &N); for(i=1; i<=N; i++) {
科学的美不逊于艺术的美。
1.1 科学与科学思维
1. 科学的概念
词源
“science”来源于拉丁文”scientia”, 意为“知识 与学问”。
达尔文
“科学就是整理事实，从中发现规律，作出结 论。”
科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现 实世界中各种现象的本质和运动规律的知识体系。
1.1 科学与科学思维
2. 科学的分类 广义科学
自然科学：以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和 臻美等方法，解释自然的奥秘。
人文科学：以人类为主要研究对象，，运用实地考察、诠 释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精 神素质和思想境界。
以上四个文件分析了美国计算教育出现的问题，报告建议在美国国家科学基金的资助下全面 改革美国的计算教育。以下两个问题和一个建议值得我们注意： ① 大学第一年计算机课程的构建问题； ② 多学科的融合问题； ③ 报告建议加强美国中小学学生抽象思维与写作能力的训练，目的，使学生平稳过渡到
（3）“讨论”出服务排队的核心方法：
–先来先服务（FCFS) –短任务优先（SJF) –最短剩余时间优先（SRTF) –优先级调度（HPF) –时间片轮转（RR)
例4 装箱问题模拟
问题：用尽可能少的箱子装下若干物体
#include <stdio.h> main() {
int i, j, Cur, N, Max=0; static int S[1001]; scanf("%d", &N); for(i=1; i<=N; i++) {
科学的美不逊于艺术的美。
1.1 科学与科学思维
1. 科学的概念
词源
“science”来源于拉丁文”scientia”, 意为“知识 与学问”。
达尔文
“科学就是整理事实，从中发现规律，作出结 论。”
科学是运用范畴、定理和定律等思维形式反映现 实世界中各种现象的本质和运动规律的知识体系。
1.1 科学与科学思维
2. 科学的分类 广义科学
自然科学：以自然界为主要研究对象，运用实证、理性和 臻美等方法，解释自然的奥秘。
人文科学：以人类为主要研究对象，，运用实地考察、诠 释和启示等方法，认识人、人性和人生的意义，提升人的精 神素质和思想境界。
第1课 生活中的算法
在好友资料和Tips中查看在线等级。
三、手工洗衣的算法
日常生活中，洗衣服是最常做的家务。洗衣时，我们常用的方法是用洗衣机洗衣和手工洗衣。现在虽然洗衣机已经十分普及，但在衣服比较少时，我们还要采用手工洗衣的方式来洗衣服。
手工洗衣时，掌握正确的洗衣方法很重要。我们通常采用下面的步骤：
第1步：用清水泡几分钟。
年级
学科
课题
主备人
修改
六
信息技术
第3单元算法思想初步
第1课生活中的算法
教学目标
知识目标：
了解生活中常见的各种问题以及解决它们的算法。
技能目标
学会分析生活中的问题，能给出各种问题常见的解决方法和步骤。
情感、态度和价值观目标
体会生活中算法运用的普遍性，理解生活中算法的重要作用。
重点
知识目标、技能目标、情感、态度和价值观目标
刁藩都的墓碑是这样的：
刁藩都长眠于此，倘若你懂得碑文的奥秘，它会告诉你刁藩都的寿命。诸神赐予他的生命的6分之1是童年，再过了生命的12分之1，他长出了胡须，其后刁藩都结了婚，不过还不曾有孩子，这样又度过了一生的7分之1，再过5年，他获得了头生子，然而他的爱子竟然早逝，只活了刁藩都寿命的一半，丧子以后，他在数学研究中寻求慰藉，又度过了4年，终于也结束了自己的一生。
兄弟3人决定按老农的分法去试一试。这时，他们手****有18头牛，老大分1/2，得9头牛；老二分1/3，得6头牛；老三分1/9，得2头，真是巧极了，这么一来，他们刚好分掉了自己家里的17头牛，而且还余下1头，正好原封不动地还给那位老农。
这个难住了那么多人的数学问题，就在这变魔术似的一借一还中，干脆利落地给解决了。
与计算机下象棋 自动提款机
借助计算机，人们很多的算法思想正在变成现实。如把中国象棋的规则方法借助计算机来实现，可以实现人与计算机下棋；工业机器人可以实现生产流水线上的各种操作步骤，而且做起来更精确，提高了生产的质量，降低了成本；利用银行自动提款机的各种提示进行操作，可以实现自动提款。
三、手工洗衣的算法
日常生活中，洗衣服是最常做的家务。洗衣时，我们常用的方法是用洗衣机洗衣和手工洗衣。现在虽然洗衣机已经十分普及，但在衣服比较少时，我们还要采用手工洗衣的方式来洗衣服。
手工洗衣时，掌握正确的洗衣方法很重要。我们通常采用下面的步骤：
第1步：用清水泡几分钟。
年级
学科
课题
主备人
修改
六
信息技术
第3单元算法思想初步
第1课生活中的算法
教学目标
知识目标：
了解生活中常见的各种问题以及解决它们的算法。
技能目标
学会分析生活中的问题，能给出各种问题常见的解决方法和步骤。
情感、态度和价值观目标
体会生活中算法运用的普遍性，理解生活中算法的重要作用。
重点
知识目标、技能目标、情感、态度和价值观目标
刁藩都的墓碑是这样的：
刁藩都长眠于此，倘若你懂得碑文的奥秘，它会告诉你刁藩都的寿命。诸神赐予他的生命的6分之1是童年，再过了生命的12分之1，他长出了胡须，其后刁藩都结了婚，不过还不曾有孩子，这样又度过了一生的7分之1，再过5年，他获得了头生子，然而他的爱子竟然早逝，只活了刁藩都寿命的一半，丧子以后，他在数学研究中寻求慰藉，又度过了4年，终于也结束了自己的一生。
兄弟3人决定按老农的分法去试一试。这时，他们手****有18头牛，老大分1/2，得9头牛；老二分1/3，得6头牛；老三分1/9，得2头，真是巧极了，这么一来，他们刚好分掉了自己家里的17头牛，而且还余下1头，正好原封不动地还给那位老农。
这个难住了那么多人的数学问题，就在这变魔术似的一借一还中，干脆利落地给解决了。
与计算机下象棋 自动提款机
借助计算机，人们很多的算法思想正在变成现实。如把中国象棋的规则方法借助计算机来实现，可以实现人与计算机下棋；工业机器人可以实现生产流水线上的各种操作步骤，而且做起来更精确，提高了生产的质量，降低了成本；利用银行自动提款机的各种提示进行操作，可以实现自动提款。
第一讲 计算思维概述PPT演示课件
计算思维（构造思维）的培养，将有助于临床医生 提出“整体构架设计解决方案”的治疗方案。
44
计算思维的特性
1 概念化，不是程序化。
抽象
多层次思维
计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家 那样去思维意味着远远不止能为计算机编程。它要 求能够在抽象的多个层次上思维。
45
计算思维的特性
2 基础的，不是机械的技能。
B说：c是小偷 3
C说：小偷肯定是d 4
D说：c在冤枉人 5
三真一假
计算
1
X≠1
1or0
2
X=3
1or0
3
X=4
1or0
4
X≠4
1or0
5
3
26
编程实现
For x=1 to 4 If (x<>1+(x=3)+(x=4)+(x<>=3) then Print x
Next x
27
百元买白鸡
• 公鸡每只5元，母鸡每只3元，小鸡一元3只， 一百元买一百只鸡，问有几种买法？
问题分析： X+Y+Z=100 5X+3Y+Z/3=100
28
编程
For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100 then Print x,y,z End if Next for
Next for
• 计算思维能够反映人类思维活动，高效执行。
• A=R，B=R时，A=3，B=3； • A=T，B=S时，A=5，B=0； • A=S，B=T时，A=0，B=5； • A=P，B=P时，A=1，B=1。
44
计算思维的特性
1 概念化，不是程序化。
抽象
多层次思维
计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家 那样去思维意味着远远不止能为计算机编程。它要 求能够在抽象的多个层次上思维。
45
计算思维的特性
2 基础的，不是机械的技能。
B说：c是小偷 3
C说：小偷肯定是d 4
D说：c在冤枉人 5
三真一假
计算
1
X≠1
1or0
2
X=3
1or0
3
X=4
1or0
4
X≠4
1or0
5
3
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编程实现
For x=1 to 4 If (x<>1+(x=3)+(x=4)+(x<>=3) then Print x
Next x
27
百元买白鸡
• 公鸡每只5元，母鸡每只3元，小鸡一元3只， 一百元买一百只鸡，问有几种买法？
问题分析： X+Y+Z=100 5X+3Y+Z/3=100
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编程
For x=1 to 100 For y=1 to 100 Z=100-x-y If 5*x+3*y+z/3=100 then Print x,y,z End if Next for
Next for
• 计算思维能够反映人类思维活动，高效执行。
• A=R，B=R时，A=3，B=3； • A=T，B=S时，A=5，B=0； • A=S，B=T时，A=0，B=5； • A=P，B=P时，A=1，B=1。
计算思维与思维导图 ppt课件
O 2010年7月19日至20日，北京大学等九所知名高 校在西安交通大学举办了“C9高校联盟计算机 基础课程研讨会”。教育部高等学校计算机基 础课程教学指导委员会主任陈国良院士亲临大 会，作了“计算思维能力培养研究”的报告。 大会就增强大学生计算思维能力的培养发表了 “C9高校联盟计算机基础教学发展战略联合声 明”。
计算思维与思维导图
1
2020/11/24
计算思维
概念 发展史 理论体系
核心内容 应用方向
2020/11/24
2
精品资料
2020/11/24
3ห้องสมุดไป่ตู้
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
O 当我们必须求解一个特定的问题时，首先会问：解决这个
问题有多么困难？怎样才是最佳的解决方法？计算机科学
根据坚实的理论基础来准确地回答这些问题。表述问题的
难度就是工具的基本能力，必须考虑的因素包括机器的指
令系统、资源约束和操作环境。
2020/11/24 11
O 为了有效地求解一个问题，我们可能要进一步问：一个近 似解是否就够了，是否可以利用一下随机化，以及是否允 许误报（false positive）和漏报（false negative）。 计算思维就是通过约简、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怎样解决的问 题。
2020/11/24 12
O 抽象和分解 来迎接庞杂的任务或者设 计巨大复杂的系统。它是关注的分离 （SOC方法）。它是选择合适的方式去陈 述一个问题，或者是选择合适的方式对 一个问题的相关方面建模使其易于处理。 它是利用不变量简明扼要且表述性地刻 画系统的行为。它使我们在不必理解每 一个细节的情况下就能够安全地使用、 调整和影响一个大型复杂系统的信息。 它就是为预期的未来应用而进行的预取 和缓存。
计算思维与思维导图ppt课件
10
• 抽象和分解 来迎接庞杂的任务或者设 计巨大复杂的系统。它是关注的分离（ SOC方法）。它是选择合适的方式去陈述 一个问题，或者是选择合适的方式对一 个问题的相关方面建模使其易于处理。 它是利用不变量简明扼要且表述性地刻 画系统的行为。它使我们在不必理解每 一个细节的情况下就能够安全地使用、 调整和影响一个大型复杂系统的信息。 它就是为预期的未来应用而进行的预取 和缓存。
15
理论体系
• 脑科学 大量实验研究和临床证据表明，人的大脑分左右
两个半球，思维导图运用了学生的左右两边大脑一起 参与学习和记忆。一般而言,左脑偏重于逻辑思维,右 脑偏重于形象思维,形象记忆更轻松、更容易被人所接 受。
• 认知心理学 结构性知识也称理性知识,指某一领域内各概念如
何相互关联的知识。结构性知识将陈述性知识整合成 有用的知识结构,描述了个体对不同内容领域概念的组 织(知识结构)。结构性知识有助于促进先前知识的运 用。
• 计算思维不仅影响着美国，也影响着英国的教 育，在英国的爱丁堡大学，人们在一连串的研 讨会上探索与计算思维有关的主题。每次研讨 会，都有不少专家讨论计算思维对不同学科的 影响。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、 物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的 领域。
• 国内有关计算思维的研究 上世纪80年代，钱学森先生在总结前人的
19
应用方向
• 思维导图可以用于工作、学习和生活中的任何 一个领域里。
• 1、作为个人：计划，项目管理，沟通，组织 ，分析解决问题等；
• 2、作为学习者：记忆，笔记，写报告，写论 文，做演讲，考试，思考，集中注意力等；
• 3、作为职业人士：计划，沟通，项目管理， 组织，会议，培训，谈判，面试，评估，掀起 头脑风暴等。
• 抽象和分解 来迎接庞杂的任务或者设 计巨大复杂的系统。它是关注的分离（ SOC方法）。它是选择合适的方式去陈述 一个问题，或者是选择合适的方式对一 个问题的相关方面建模使其易于处理。 它是利用不变量简明扼要且表述性地刻 画系统的行为。它使我们在不必理解每 一个细节的情况下就能够安全地使用、 调整和影响一个大型复杂系统的信息。 它就是为预期的未来应用而进行的预取 和缓存。
15
理论体系
• 脑科学 大量实验研究和临床证据表明，人的大脑分左右
两个半球，思维导图运用了学生的左右两边大脑一起 参与学习和记忆。一般而言,左脑偏重于逻辑思维,右 脑偏重于形象思维,形象记忆更轻松、更容易被人所接 受。
• 认知心理学 结构性知识也称理性知识,指某一领域内各概念如
何相互关联的知识。结构性知识将陈述性知识整合成 有用的知识结构,描述了个体对不同内容领域概念的组 织(知识结构)。结构性知识有助于促进先前知识的运 用。
• 计算思维不仅影响着美国，也影响着英国的教 育，在英国的爱丁堡大学，人们在一连串的研 讨会上探索与计算思维有关的主题。每次研讨 会，都有不少专家讨论计算思维对不同学科的 影响。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、 物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的 领域。
• 国内有关计算思维的研究 上世纪80年代，钱学森先生在总结前人的
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应用方向
• 思维导图可以用于工作、学习和生活中的任何 一个领域里。
• 1、作为个人：计划，项目管理，沟通，组织 ，分析解决问题等；
• 2、作为学习者：记忆，笔记，写报告，写论 文，做演讲，考试，思考，集中注意力等；
• 3、作为职业人士：计划，沟通，项目管理， 组织，会议，培训，谈判，面试，评估，掀起 头脑风暴等。
计算思维和信息素养课件
做不同的动作
人也抽象为图灵机
1.将人具备的知识技能和由五 官感知周围环境获得的一切看 成输入集合 2.将人作出的一言一行看成输 出集合 3.将人脑（保存脑中所有神经 细胞的状态）看成状态寄存器 4.将人对外界所作出的反应（ 一言一行）看成执行了一套复 杂的控制规则
27
1 计算思维
与计算思维有关的计算
什么是计算？
计算的过程
计算的本质
计算的外延
图灵通过构造图 灵机，形式化地阐述 了计算的本质：
任何计算，在本 质上都可以还原为计 算者（人或机器）对 一条两端可无限延长 的纸带上的一串0、1 进行变换，最后得到 一个满足预先规定的 符号串的过程。
2023/10/2
计算的本质是：
计算思维不是软件、 硬件等人造物品，而 是设计和制造软件、 硬件中的思想，是计 算这一概念用于求解 问题、管理日常生活 以及与他人交流和互 动的思想。
而且，计算思维要 用于所有的人，所有 的地方。
2023/10/2
19
1 计算思维
计算思维的特征 1 是概念化，不是程序化 2 是根本的技能，不是刻板的技能 3 是人的思维，不是计算机的思维 4 是思想，不是物品 5 是数学和工程思维的互补与融合
2023/10/2
23
1 计算思维
为了能用计算思维和计算机求解实际问题
学习
算
数 据
程 序
法
组 织
设 计
2023/10/2
24
1 计算思维
与计算思维有关的图灵机
图灵分析了人的计算过程， 将计算归结为最简单、最基本、最确定的操作动作， 从而用一种简单的方法来描述直观上具有机械性的基本计算程序，
使任何机械（能行）的程序都可归约为这些动作， 实现了计算的自动进行。
人也抽象为图灵机
1.将人具备的知识技能和由五 官感知周围环境获得的一切看 成输入集合 2.将人作出的一言一行看成输 出集合 3.将人脑（保存脑中所有神经 细胞的状态）看成状态寄存器 4.将人对外界所作出的反应（ 一言一行）看成执行了一套复 杂的控制规则
27
1 计算思维
与计算思维有关的计算
什么是计算？
计算的过程
计算的本质
计算的外延
图灵通过构造图 灵机，形式化地阐述 了计算的本质：
任何计算，在本 质上都可以还原为计 算者（人或机器）对 一条两端可无限延长 的纸带上的一串0、1 进行变换，最后得到 一个满足预先规定的 符号串的过程。
2023/10/2
计算的本质是：
计算思维不是软件、 硬件等人造物品，而 是设计和制造软件、 硬件中的思想，是计 算这一概念用于求解 问题、管理日常生活 以及与他人交流和互 动的思想。
而且，计算思维要 用于所有的人，所有 的地方。
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1 计算思维
计算思维的特征 1 是概念化，不是程序化 2 是根本的技能，不是刻板的技能 3 是人的思维，不是计算机的思维 4 是思想，不是物品 5 是数学和工程思维的互补与融合
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1 计算思维
为了能用计算思维和计算机求解实际问题
学习
算
数 据
程 序
法
组 织
设 计
2023/10/2
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1 计算思维
与计算思维有关的图灵机
图灵分析了人的计算过程， 将计算归结为最简单、最基本、最确定的操作动作， 从而用一种简单的方法来描述直观上具有机械性的基本计算程序，
使任何机械（能行）的程序都可归约为这些动作， 实现了计算的自动进行。