从程序设计到计算思维
919141-C语言程序设计教程——面向计算思维和问题求解-第1章-新
常用的计算方法： 离散化方法：通过极限方法、逼近方法
等基本思想和方法，把连续的数学问题转 化为离散问题来处理。
递推方法：构造关于离散变量之间的计
算公式，并由某个离散变量的值逐步推 导出所有离散变量的值。
1.2 计算原理与模型
1.2.3 数值计算
常用的计算方法： 逼近方法：是指用四则运算来进行计算
语言程序设计教程
面向计算思维和问题求解
第1章 计算思维与程序设计
【本章要点】
计算思维 计算原理与模型 计算思维与问题求解 C语言求解问题初步
著名的计算机科学家、1972年图灵奖得 主Edsger Dijkstra说过的一句话“我们所使 用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯， 从而也将深刻地影响着我们的思维能力。”
➢ 计算思维建立在计算过程的能力和限制之上， 由人和机器执行；
➢ 计算思维中的抽象完全超越物理中的时空观， 以致完全用符号来描述。
计算思维本质：
基于可计算的、以定量化方式求解问题的一种思维过程；是通过约简、 嵌入、转化和仿真等方法，把一个困难的问题重新描述成一个成熟的解决 方案和求解它的思维方法。
1.1 计算思维
1.2 计算原理与模型
1.2.1 计算原理
可计算性理论的特点：
➢ 确定性，对给定的初始条件，一定会有相 应的输出结果。
➢ 能在有限时间内，在有限设备上执行。 ➢ 每一个计算过程的执行都是“构造性”的，
且可以被精确的描述。 ➢ 计算过程可以用数学语言和自然语言来描
述。
1.2 计算原理与模型
1.2.2 计算模型
思维的三大特征：
➢ 概括性：将一类事物的共同、本质的特征和 规律抽象出来，加以归纳与概括。
程序设计课程中计算思维和应用能力培养问题研究
程序设计课程中计算思维和应用能力培养问题研究摘要：针对非计算机专业学生对程序设计课程重视程度不够，从概念到知识再到知识运用能力的过渡脱节等问题，以c语言课程为例，结合教学实践，对计算思维和应用能力培养相关问题进行深入探讨，提出以“培养普适思维”激发学生兴趣，以“成就感”维持学生良好学习状态，从原理性内容出发把握概念讲解的深度和广度，以及能力培养一切从设计出发等教学建议和教学方法，以期对非计算机专业程序设计课程改革有所启发。
关键词：程序设计课程；非计算机专业；计算思维；应用能力0.引言计算机程序设计课程如何从应试教育向应用能力培养转变已是老生常谈。
国家教委高教司《对加强工科非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见》中提到，计算机技术基础这一层次教学的主要任务是“使学生掌握计算机软、硬件技术的基础知识、基本思想和基本方法；培养学生利用计算机处理问题的思维方式和利用软、硬件技术与先进工具解决本专业与相关领域中一些问题的初步能力”。
多年来，经过一线教师和教学研究者大量的探索和实践，通过多层次、多方面的改革，计算机程序设计课程的教学和培养效果在逐步改观，但就学生对计算机语言的综合应用能力来说，距离最终的培养目标还有一定距离。
若干年来对非计算机专业学生的问卷调查以及持续追踪访谈显示，现实中真正理解计算机算法和程序设计内涵的学生只有少数；而在真实应用场景下，能主动或潜移默化地使用计算思维并成功解决专业问题的学生更是凤毛麟角。
显然，在计算思维渗透和计算机程序语言应用能力培养方面，一线教师和教学研究者还有很大的努力空间。
1.存在的问题（1）对学生学习程序设计语言课程的思想和动机还需进一步引导。
很多非计算机专业特别是非信息类专业的学生认为程序语言的学习与自身专业无关，只是为了拿到学分而学习，依靠背习题、背程序来达到通过考试的目的。
针对这样的问题，一般的做法是在教学内容和教学方法上将学生的专业知识和程序设计课程教学相结合，建立面向专业的教学模式。
计算思维对程序设计能力培养的作用
摘要
现在以计算机科学为基础的信息技术的快速发展， 计算思维的作用日益凸显。计算思维的对于程序设计能 力培养的作用正在随着计算机速度的迅猛发展而被加速 地放大。为了运用创造性思维，逆向思维等计算思维方 式，加强对程序设计能力的培养，先简要地介绍了计算 思维的概念以及计算思维的现状与发展方向。接着介绍 了几种常用的程序设计语言以及程序设计的一般过程， 然后分别从整体与部分思维、逆向思维、构造性思维、 目标转化思维、猜想与假设思维等思维方式在程序设计 中的运用总结出了计算思维对于程序设计能力培养的作 用，最后给出了将计算思维融入到大学计算机程序设计 课程教学中的具体方法。这些方法的运用能够有效提高 大学生程序设计的能力。
具体将计算思维概括为以下几个方面：
（1）计算思维是一种将具体的程序设计问题的求解转化成为一系列 具有逻辑顺序的解题步骤的思维方法。 （2）计算思维是一种采用分析和概括的方法，对庞大复杂的任务或 者系统进行实施和设计，将问题进行抽象和分解，是一种逐步递进， 分层前进的思维方式。 （3）计算思维从本质上来说又是一种递归思维，它能将数据和代码 进行相互转换，即是一种能把代码翻译成数据，而数据也能翻译成 代码。 （4）计算思维是一种运用行之有效的方式理解与表征问题，可以通 过建模使问题变的更加简单，方便人们快速解决的思维方式
程序设计中常用的计算思维方式
1.整体与部分思维 （1）正确理解整体与部分的关系，准确表征问题 （2）充分利用守恒原理获得有效信息和压缩冗余信息 2.逆向思维 （1）由正及反逆向思维 （2）由果推因逆向思维 3.构造性思维（构造数学模型） 4.目标转化思维 （1）缩小目标 （2）放大目标 5.猜想与假设思维
计算思维
计算思维一．计算思维的定义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。
进一步地定义为：1．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；2．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；3．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（S oc方法）；4．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；5．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；6．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；7．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。
计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。
二．计算思维的深层次理解1．计算思维的优点计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人由机器执行。
计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由个人独立完成的问题求解和系统设计。
2．计算思维的内容计算思维最根本的内容，即其本质（Essence）是抽象（Abstraction）和自动化（Automation）。
计算思维中的抽象完全超越物理的时空观，并完全用符号来表示，其中，数字抽象只是一类特例。
与数学和物理科学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。
数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅仅如此。
操作模式计算思维建立在计算过程的能力和限制之上，由人由机器执行。
《计算机基础与计算思维》(王泽贤)253-0课件 项目六 计算思维与程序设计
根据任一年的公元年号，判断该年是否是闰年。请为其设计算法并用流程图表示。
➢ 步骤1 分析问题。若公元年号满足下面两个条件中的任意一个，则该年为闰年。若 两个条件都不满足，则该年不是闰年。
闰年的条件是： ① 能被4整除，但不能被100整除，如1996年、2004年、2008年等都是闰年。 ② 能被400整除，如1600年、2000年、2400年等都是闰年。 不符合上述这两个条件的年份就不是闰年，如1900年、1997年、2009年都不是闰年。
— 22 —
任务二 认识计算机编程语言
三、主流计算机编程语言→2．C++语言
C++语言是当今最受欢迎的面向对象的程序设计语言之一。 它既具有面向对象的特征，又与C语言兼容，保留了C语言的许多重要特性， 这样使C语言程序员不必放弃自己已经十分熟悉的C语言，而只需要补充学 习C++语言提供的那些面向对象的概念。
1．机器语言
机器语言是计算机硬件系统能够识别、执行的一组指令，指令的集合 称为计算机的指令系统。指令通常分为操作码和操作数两大部分。操 作码表示计算机执行什么操作（如加、减、乘、除、数据传送等）， 操作数表示参加操作的数本身或数所在的地址。机器语言的缺点是指 令难以记忆，且编制的程序也不易理解。此外，用机器语言编写的程 序对不同种类的计算机没有通用性，难以交流和移植。
何条件下，算法只有唯一的一条执行路径，即对于相同的输入只能得到相同的输出。 ③ 可行性：算法中的每一步都应当可以有效执行，并得到确切结果。 ④ 输入：一个算法应该有零个或多个输入。 ⑤ 输出：一个算法应该有一个或多个输出。
— 6—
任务一 计算思维基础
三、算法的表示→1．自然语言
计算思维概念知识点总结
计算思维概念知识点总结计算思维概念知识点总结计算思维是一种关于解决问题和处理信息的思维方式，强调运用信息技术和计算方法来分析和解决问题。
随着智能时代的到来，计算思维的重要性日益凸显，对于培养创新能力和解决实际问题具有重要意义。
本文将综述计算思维的相关概念和知识点，包括算法思维、抽象思维、系统思维、逻辑思维、创新思维等。
一、算法思维算法思维是指从问题到解决方案的过程中，通过设计和运用算法的思维方式。
算法思维强调问题的分解和解决方案的设计，需要具备分析问题的能力和设计解决方案的能力。
对于初学者而言，可以通过学习和实践编程来培养算法思维，掌握常见的算法和数据结构。
二、抽象思维抽象思维是将事物或问题的共性和关键特征抽取出来，形成概念和模型的思维方式。
抽象思维能够帮助我们理清事物之间的关系和逻辑，从而更好地分析和解决问题。
在计算思维中，抽象思维常见于问题建模、问题转化和解决方案的设计过程中。
三、系统思维系统思维是指从整体和结构的角度来看待问题，考虑事物之间的相互关系和影响。
系统思维能够帮助我们发现问题的本质和内在规律，从而提出更好的解决方案。
在计算思维中，系统思维常见于设计复杂系统和优化方案的过程中。
四、逻辑思维逻辑思维是指按照严谨的逻辑和推理方式来分析和解决问题的思维方式。
逻辑思维能够帮助我们通过推理和演绎来验证和证明问题的正确性，从而提高问题解决的准确性和效率。
在计算思维中，逻辑思维常见于设计算法和程序的过程中。
五、创新思维创新思维是指突破传统思维模式，寻找新的解决方案和方法的思维方式。
创新思维能够帮助我们发现和解决问题的新角度和新思路，从而提出更具创新性和独特性的解决方案。
在计算思维中，创新思维常见于设计新的算法和应用的过程中。
六、综合运用在实际问题解决中，计算思维的不同思维方式往往需要综合运用。
例如，在解决一个复杂问题时，可以先通过系统思维分析问题的整体结构和关键因素，然后运用抽象思维和算法思维进行问题建模和解决方案的设计，最后运用逻辑思维验证解决方案的正确性。
高校学生程序学习中计算思维的培养
计算机与多媒体技术Computer And Multimedia Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering 高校学生程序学习中计算思维的培养杜佳慧(山西应用科技学院山西省太原市040000 )摘要：本文基于当前高校学生在程序学习中遇到问题，将计算思维的相关思想和方法融合到具体的课程应用中，培养学生在程序学 习过程中的计算思维能力，提高分析和解决问题的能力。
关键词：程序学习；计算思维；计算机程序1引言2006年3月，美国卡内基••梅隆大学计算机科学系主任周以 真教授在美国计算机权威期刊杂志上首次提出了计算思维的概念。
周教授认为：计算思维时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。
计算思维的概念一经提出，立刻引起了各界的关注，国内外 几乎同步关注到计算思维的研究以及对大学计算机教育带来的潜在 影响，如何将计算思维的理念融入到计算机教学中，培养学生的计 算思维能力是计算机教学研宂和改革的焦点。
基于各界专家学者关 于“计算思维”的研究背景，我们来探究一下在高校学生的程序学 习中如何将计算思维融入其中，提高学生的分析和解决问题的能力。
2高校学生程序学习的现状当代的大学生们基本是出生在2000年左右的“00”后，而当 时社会M络时代己经到来，信息化基本己经应用到生活的方方面面，他们从小学开始就己经在接触计算机，对于他们而言，计算机的基 本知识和应用已经非常熟悉，而计算机专业中的核心课程程序学习 这部分的内容需要很强的逻辑能力、抽象性较强，难以理解，对于 学生而言会有些陌生。
以C语言程序设计为例，学生们在刚接触的 时候，前几章的内容还比较简单，出于对新鲜事物的好奇，学生们 还有极大的学习热情和学习兴趣，但随着后面几章出现函数、指针 和文件操作等内容，知识难度和抽象程度越来越大，学生们的学习 兴趣和热情逐渐消减，很多学生遇到难题不会尽力解决或者采取直 接放弃的态度，学生的学习效率极其低。
在Python算法与程序设计教学中落实计算思维培养
在 Python算法与程序设计教学中落实计算思维培养摘要：python算法与程序设计是八年级上册的教学内容，这一部分的内容比较抽象，学生难于理解与掌握，但对于培养学生的逻辑思维、计算思维有着重要的作用。
要明确计算思维特征，以培养学生的逻辑思维与计算思维能力为教学目标，恰当运用游戏法、任务驱动法与合作探究法教学方法，让学生经历程序设计解决问题的一般过程，提升学生解决问题的能力，实现培养计算思维目标落到实处。
关键词：初中python;算法与程序设计;计算思维;教学方法;培养。
过去旧教材，初中信息技术课程教学一般都是以“实践操作”为主，学生所收获的是“模仿”与“练习”，对培养学生的计算思维甚少，新教材八年级上册的“python算法与程序设计”课程教学内容则有助于培养学生的计算思维。
下面主要从几个方面来阐述初中《python 算法与程序设计》计算思维的培养。
一、初中新教材Python算法与程序设计课程起点和高度。
Python语言目前是一种比较流行的面向对象语言，从初中到大学都分不同深度，不同层次、不同阶段的学习。
初中python教材内容总体上要求学生掌握用自然语言、算法语言或流程图来描述算法的方法，能掌握三种程序设计结构，掌握简单的编程、调试和运行程序，解决日常生活问题，这些都是属于最基础的内容。
所以初中python教学内容的定界是体验和简单应用，而不是系统开发，也不是培养IT行业的从业者。
由于课时有限，在教学过程中尽量使用简单的代码能解决的就力求不使用教材之外复杂的函数或第三方库的方式，这样就可以避免知识面过大，这样就更好培养学生计算思维。
二、明确Python算法与程序设计课程的教学目标定位初中python语言教学的总体目标主要是通过学习“python算法与程序设计”来培养学生的逻辑思维与计算思维能力。
逻辑思维一般都是以数学推理和演译从而得出的结论，靠的是数学推理或成型的数学公式。
比如：A>B,B>C,从而可以推出A>C。
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《信息教研周刊》杂志大篇幅专题报道慈溪市计算思维课题研究成果
刊登课题组5位老师的论文
封面专题的形式刊登慈溪市的计算思维研究进展
04 价值意义
V
A
L
U
E
价值与意义
1
2
3
4
1
信息技术学科价值的深入 拔尖与普及的有机结合
纵向挖掘信息技术学科的 价值特质，探究技术背后 的思维特性
由少量拔尖学生的小团体 培养拓展成面向全体学生 的核心素养提升
从程序设计到计算思维： 信息技术核心素养培养的研究与实践
慈溪市教育局教研室 课题组
马建军、张利波、盛贤良、邹仲杰、钱杰军
目录 Contents
成果概述
PROFILE
实践历程
MILESTONE
主要亮点
LIGHTSPOT
价值意义
VALUE
TIFFANY DAY
01 成果概述 PROFILE
研究缘由
1.确定计算机程序 设计试点校 2.开展程序设计师 资培训 3.规范一年一次的 竞赛制度
1.成立竞赛委员会，定
期研讨
2.试点学校大面积扩展
1.常态性开展以程 3.建立IT拔尖生对口学
序设计教学为主题 校免试直升机制
的教学研讨例会 4.重点开展计算思维相
2.重点进行小组合 关理论及内涵理解为主
作学习研究
NOIP 2008
NOIP 2009
NOIP 2010
NOIP 2011
NOIP 2012
NOIP 2013
NOIP 2014
NOIP 2015
合计
全省人数
83
83
89
88
92
109
134
106
784
慈溪人数 占比
14
19
19
20
15
13
30
16
146
16.87% 22.89% 21.35% 22.73% 16.30% 11.93% 22.39% 15.09% 18.62%
顶层设计与团队建设
从小学、初中到高中的梯 队培养机制，一体化的师 资队伍建设
可借鉴与可复制
对数学、物理、化学、生 物等其他学科以及各类拓 展课程的借鉴意义
辐射与提升
最新消息：NOIP2016再传捷报，慈溪学
7 生再次获得普及组满分，实现全国 连冠！
THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
课堂、兴趣小组
课堂、社团、项目组
程序设计的教学途径是常规的，线性方式； 计算思维的教学途径是辐射方式、灵活变 化。
考察学生的具体编程语言应用 以实际问题的解决过程及结果 能力，以语法等细节为基础 为主要评价依据
程序设计的评价注重结果； 计算思维的评价注重过程。
主要成果
3 重构了信息技术的教学流程
明线 暗线
主要成果
1 解读了计算思维的内涵功能
计算思维（Computational Thinking）是指 个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解 决方案的过程中产生的一系列思维活动。具备计算思 维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的 方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织 数据；通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合 理的算法形成解决问题的方案；总结利用计算机解决 问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解 决中。
的研究
1.培养模式的成型 1.对前期做法进行反思
与推广
和整理
2.支持政策和措施 2.重点加强计算思维学
以教育行政部门文 科融合为主的研究，
件的形式确定
进行相应的项目教学
3.大力宣传先进典 法研究实践
型，取得社会支持 3.开发校本教材和拓展
4.重点开展计算思 性课程
维课堂教学为主的 4.加强课题研究立项和
感知
1 分析 能力
理解
2 探究 能力
模仿
3 实践 能力
创作
4 创新 能力
主要成果
4 提炼了计算思维的培养方法
追问来源
解析思想
延伸应用
剖析原理
迁移知识
主要成果
5 拓展了核心素养的培养路径
学生个体
基础课程 拓展课程 …… 线下社团 线上创客 计算思维
02 实践历程 MILESTONE
实践历程
主要做法
研究
结题
研究阶段
程 序
计 算
设
思
计
维
1996－2000 2000－2005 2005－2009 2009－2013 2013－2016
研究侧重 点及成果
研究初期：进行以程序设计兴趣小 组为主要形式的实践，开展提升程 序设计实效的课堂教学研究，并形 成全市协调发展格局。
研究中期：研究课题化，支持政策 化，试点扩大化。省市立项课题达 5项，多项课题获省市大奖；拔尖 学生政策支持对口升入信息特色学 校上林初中、慈溪中学，潜力学生 被省内热门学校争抢，试点学校达 到30所左右。
计算思维 信息意识
体现信息技术学科特质， 是核心之核心
数字化学习与创新
信息社会责任
信息技术核心素养
主要成果
2 厘清了信息素养的框架体系
程序设计
计算思维
两者关系
教学目标 掌握编程语言技术为主要目标 培养计算思维能力为主要目标
程序设计是途径； 计算思维是目标。
教学内容
以程序设计语言教学为主
以案例为主，语言作为一种工 具之一
近10年被清华北大等国内著名985大学（不含非985的211）和美国麻省理工学院 等国外著名大学录取的信息学优秀学生就达119人。
初中综合素质测评和高中信息技术学业水平考试成绩稳步提升
慈溪市初中毕业生综合素质测评信息 技术项目平均分（2013－2015）
慈溪中学信息技术学业水平考试A率 （2012－2014）
近8年来全国青少年信息学奥林匹克竞赛（NOIP）普及组一等奖人数统计
中小学生人数比例 慈溪：1.89%
其他地区：98.11%
信息学普及组一等奖人数比例
18.62%
慈溪：18.62%
81.38%
其他地区：81.38%
近5年来宁波市小学生计算机程序设计竞赛一等奖人数统计
宁波市小学生计算机程序设计竞赛一等奖人数统计（2011-2015）
小学生人数比例 慈溪：13.38%
015小学生程序设计竞赛一等奖人数比例
50.00%
慈溪：50.00%
50.00%
其他县市区：50.00%
慈溪选手连续6年夺得全国青少年信息学奥林匹克竞赛普及组全国最高分（满分）
1个县级市，
6 全国 连冠！
慈溪市近10年被清华北大麻省理工等著名大学录取的信息学优秀学生
THE END
谢谢您的指导！
前瞻 深入
拔尖 普及 “慈溪现象”
提前3-5年在国内提出计算思维核心观点
• 信息技术学科核心素养
1.信息意识 4. 信息社会责任
信息技术 核心素养
2 .计算思维
体现信息技术学科特质， 是核心之核心
3.数字化学习与创新
近8年来全国青少年信息学奥林匹克竞赛（NOIP）普及组一等奖人数统计
全国青少年信息学奥林匹克竞赛（NOIP）普及组一等奖人数统计（2008－2015）
为什么我们的信息技术缺少
看到的
源头上的创新？
创新能力 计算思维 科学基础
应用计算思维，创造性地解决实际问题。
个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问 题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。
信息科学+信息技术
操作、应用、模仿
目标 关键 前提
主要成果
1 解读了计算思维的内涵功能 2 厘清了信息素养的框架体系 3 重构了信息技术的教学流程 4 提炼了计算思维的培养方法 5 拓展了核心素养的培养路径
研究后期：提升 巩固与调整原有 做法；加强开发 拓展性课程，使 之课程化。相关 竞赛成绩处于全 国一流、省内领 先。
实践历程
培养拔尖学生 训练编程技巧 程 序 设 计
基本技能 工具
面向全体学生 培养计算思维
计 算 思 维 核心素养 人
03 主要亮点 LIGHTSPOT
主要亮点
主要亮点
理论创新 教学实绩 辐射引领
宁波人数 慈溪人数
占比
第26届 （2011）
16
第27届 （2012）
20
第28届 （2013）
30
第29届 （2014）
31
第30届 （2015）
29
9
10
14
16
14
56.25% 50.00% 46.67% 51.61% 48.28%
合计 126 63 50.00%
近5年来宁波市小学生计算机程序设计竞赛一等奖人数统计
程序设计是体现计算思维的典型内容。
教学方法
讲授法、练习法 为主
小组合作学习法、 项目教学法为主
程序设计教学方法相对单一； 计算思维的教学方法强调项目化、合作化。
教学手段 教学途径 教学评价
以大量做题训练为主，强调算 以方法策略的训练为前提，最 程序设计教学手段主要是解题训练；计算
法的熟练性
终完成真实生活情境项目 思维注重实际情境的解决。