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XuetangX

计算思维导论

Guangxi University of Science and Technology via XuetangX

Overview


计算思维教育已然形成了共识和热潮,却也遇到了极大的挑战——挑战一:计算思维及其教育的本质内涵到底是什么?挑战二:计算思维教育所涉及的教学理念、教学内容、教学方法和手段等到底如何确定、凝练和解决?挑战三:现有的教学条件如何应对?



必须指出的是,计算思维不是计算机思维,计算思维教育也不是计算机基础知识教育。就教学内容而言,我们认为应该在以下两方面进行挖掘和凝练:(1)深入计算学科,探寻计算机科学家们面向计算时求解问题的思想和方法;(2)跳出计算学科,面向所有的领域、所有的人,如何基于计算去求解问题、设计系统,乃至理解人类行为。


显然,计算思维是一种方法论,计算思维教育奉行的是“不要告诉我世界是怎么样的,告诉我如何创造世界”,它可以启迪大家心灵与智慧,可以提升大家的创新意识和能力。

Syllabus

  • 第一单元
    • 1.1 计算思维及其教育
  • 第二单元
    • 2.1 计算是什么
    • 2.2 计算与自动计算
    • 2.3 计算机及其计算本质特征(I)
    • 2.4 计算机及计算的本质特征(II)
  • 第三单元
    • 3.1 数的表示与模拟计算
    • 3.2 数的表示与数字计算
    • 3.3 二进制加法运算的机器化
    • 3.4 “九九归一”的加法运算
    • 3.5 二进制之优越性及问题与代价
  • 第四单元
    • 4.1 从数学危机到图灵机
    • 4.2 图灵机的计算能力
    • 4.3 什么问题都能计算吗?
    • 4.4 冯•诺依曼机及其发展与演化
    • 4.5 从算盘到图灵机——机械计算的本质
    • 4.6 电子计算机——透过现象看本质
  • 第五单元
    • 5.1 思维可机械计算吗(I)
    • 5.2 思维可机械计算吗(II)
  • 第六单元
    • 6.1 量子理论
    • 6.2 量子计算机
  • 第七单元
    • 7.1 人类求解问题之过程
    • 7.2 基于计算(机)的问题求解过程
    • 7.3 面向过程的结构化设计方法学
    • 7.4 面向对象之方法学
    • 7.5 面向对象技术
    • 7.6 抽象
    • 7.7 计算学科中的抽象
    • 7.8 时间与空间及其相互转换
    • 7.9 技术层面的其他方法学
    • 7.10 认知层面的其他方法学
  • 第八单元
    • 8.1 算法与程序
    • 8.2 算法设计方法——枚举
    • 8.3 算法设计方法——递推
    • 8.4 算法设计方法——递归
    • 8.5 算法设计方法——分治
    • 8.6 算法设计方法——仿生
  • 第九单元
    • 9.1 机器间的通信方式
    • 9.2 数据转发方法
    • 9.3 网络分层体系结构
    • 9.4 有趣的对称加密技术
    • 9.5 难解的非对称加密技术
    • 9.6 数字签名及其应用
    • 9.7 从自然智能到人工智能
    • 9.8 符号主义的基本思想
    • 9.9 连接主义Ⅰ
    • 9.10 连接主义Ⅱ
    • 9.11 行为主义的基本思想
    • 9.12 机器翻译的愿景与困难
    • 9.13 峰回路转的自然语言处理
    • 9.14 信息传输中的问题与挑战
    • 9.15 重复传输与冗余编码
    • 9.16 校验与校验和
    • 9.17 信息传输中的错误定位
    • 9.18 自纠错技术及应用
    • 9.19 两种简单的数据压缩方法
    • 9.20 哈夫曼编码
    • 9.21 数据压缩极限与LZ压缩方法
    • 9.22 大海捞针的搜索引擎
    • 9.23 网页排序方法(PageRank)
  • 第十单元
    • 10.1 有限划分,无限逼近——定积分计算
    • 10.2 重复迭代,寻根问底——方程求根
    • 10.3 大事化小,小事化了——有限元分析法
    • 10.4 千年求精,万年求真——圆周率π及计算
    • 10.5 赌城之名,绝妙之法——蒙特•卡罗法
    • 10.6 万事俱备,不欠东风——数值天气预报
    • 10.7 精确制导,百步穿杨——巡航导弹
    • 10.8 土木施工,建筑加瓦——BIM
    • 10.9 文学寻梦,艺术添彩——
    • 10.10 未卜先知的大数据
  • 第十单元
    • 10.1 计算文化
  • 期末考试
    • 期末考试

Taught by

Tang Peihe and Xu Yiyi

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