计算思维与信息技术课程的发展讲述.doc

计算思维与信息技术课程的发展 ? (2012-02-12 23:58:34) ?? ??最近，一些从事信息技术教学的中小学教师向我咨询，未来信息技术课程改革与发展的方向和趋势是什么，如何提高信息技术课程的教学质量？关于信息技术课程发展的方向，可以参考周以真教授提出的“计算思维”，并结合自己学校的实际情况来考虑。 ??据美国自然科学基金官方网站消息，卡内基-梅隆大学计算机学院院长、亚裔女性周以真（Jeannette Wing）将出任NSF计算机与信息科学与工程部（CISE）副部长。她将于2007年7月1日上任。周以真将负责管理美国NSF在信息科学和计算机研究领域的基金。CISE每年的预算高达五亿两千七百万美元，CISE提供的经费占整个美国联邦政府对计算机科学研究经费的86％。 　　卡内基梅隆大学的校长Jared L Cohon评价说：“周以真是当今世界上最有创新精神、最具原创力的计算机科学家之一。她在科研、教学和行政上均做出了重大贡献。NSF不可能找到一个比周以真更好的人选了。” ? 以下有关“计算思维”的内容转引自华南师范大学附小吴向东老师博客，吴老师早在2007年就开始关注计算思维与科学教学改革的问题，/post/1191.html ? 周以真：计算思维 Jeannette M. Wing (周以真） 翻译：徐韵文，王飞跃 校对：王飞跃 中国计算机学会通讯 2007年第十一期 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任何个人独自完成的问题求解和系统设计。计算思维直面机器智能的不解之谜：什么人类比计算机做得好？什么计算机比人类做得好？最基本的问题是：什么是可计算的？迄今为止我们对这些问题仍是一知半解。 ?计算思维可以做什么？???????计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家。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（Reading, wRiting, and aRithmetic——3R），还要学会计算思维。正如印刷出版促进了3R的普及，计算和计算机也以类似的正反馈促进了计算思维的传播。???????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。???????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。???????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。???????计算思维是一种递归思维。它是并行处理。它是把代码译成数据又把数据译成代码。它是由广义量纲分析进行的类型检查。对于别名或赋予人与物多个名字的做法，它既知道其益处又了解其害处。对于间接寻址和程序调用的方法，它既知道其威力又了解其代价。它评价一个程序时，不仅仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而对于系统的设计，还考虑简洁和优雅。???????计算思维采用了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。它是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。???????计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式从最坏情形恢复的一种思维。它称堵塞为“死锁”，称约定为“界面”。计算思维就是学习在同步相互会合时如何避免“竞争条件”（亦称“竞态条件”）的情形。???????计算思维利用启发式推理来寻求解答，就是在不确定情况下的规划、学习和调度。它就是有哪些信誉好的足球投注网站、有哪些信誉好的足球投注网站、再有哪些信誉好的足球投注网站，结果是一系列的网页，一个赢得游戏的策略，或者一个反例。计算思维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权衡。???????考虑下面日常生活中的事例：当你女儿早晨去学校时，她把当天需要的东西放进背包，这就是预置和缓存；当你儿子弄丢他的手套时，你建议他沿走过的路寻找，这就是回推；在什么时候停止租用滑雪板而为自己买一付呢？这就是在线算法；在超市付帐时，你应当去排哪个队呢？这就是多服务器系统的性能模型；为什么停电时你的电话仍然可用