浅谈《计算思维》课程的教学内容与教学方法.docx

浅谈《计算思维》课程的教学内容与教学方法 马小虎摘 要：介绍了新生研讨课《计算思维》的主要教学内容，给出了一些典型实例，探讨了如何讲授好该课程的一些教学方法关键词：计算思维；教学内容；典型实例；教学方法1 教学内容《计算思维》课程是我们近年来给一年级新生开设的一门新生研讨课，在实际讲授该课程时我们采用了由唐培和、徐奕奕和王日凤编著的《计算思维导论》作为参考教材该参考教材主要教学内容包括七章，这七章内容可概括如下[1]：第一章主要介绍计算思维的基本概念，学习计算思维的目的和意义，国内外研究计算思维的基本情况，计算思维的学习方法第二章主要讨论狭义计算思维的理论与技术基础其主要内容包括：数据与符号在机器内部是如何表示的，图灵机及其计算思想，冯诺依曼机及其工作原理，非传统计算方法与技术，还介绍了可计算性问题与计算复杂性问题第三章专门讨论计算思维的逻辑基础，主要介绍了布尔代数、命题逻辑、谓词逻辑以及逻辑演算第四章重点介绍了计算思维的方法学其主要内容包括：问题求解过程、数学模型、数据存储结构、程序设计方法论，分析与讨论了时空概念、抽象、局部化与信息隐藏、精确、近似与模糊、折中与中庸之道以及问题描述方法。

第五章重点介绍了计算思维的算法基础这一章首先介绍算法的基本概念、算法的性质、算法的描述、算法的简单分析方法等，然后介绍算法设计的基本思想与方法，最后介绍了几个常用的经典算法第六章讨论了程序设计中的特定思维主要内容包括：数据的类型与本质、变量的特定含义、有穷与无穷、程序的基本控制结构、问题求解的本质过程、效率与可读性、程序的构造特性等内容第七章主要介绍了计算思维在其他学科中的应用比如：有限元分析与计算、数值天气预报、蒙特卡洛方法等内容2 典型实例计算思维课程中具有大量的经典案例下面以经典的递归算法和图论方法给出两个实例进行说明如下：例1：汉诺塔问题题目：把A杆上的全部64个金盘借助B杆全部移到C杆上，并仍保持原有顺序叠好操作规则：每次只能移动一个盘子，并且在移动过程中三根杆上都始终保持大盘在下，小盘在上，操作过程中盘子可以置于A、B、C任一杆上算法分析：1）以C杆作为中介杆，将A杆n-1个金盘移动到B杆2）将A杆中唯一剩下的一个金盘移动到C杆（此时A杆为空杆，取代C杆地位）3）以A杆为中介，将B杆n-1个金盘移动到C杆从以上分析可以看出汉诺塔问题是一个典型的递归问题当n=1时，需要移动2^1-1=1次盘子，当n=2时，需要移动2^2-1=3次盘子，当n=3时，需要移动2^3-1=7次盘子，当n=64时，则需要移动2^64-1=18446744073709551615次盘子，假设计算机每秒可移动1000万个盘子，那么也需要花费大约58490年的时间。

例2：过河问题题目：农夫需要把狼、羊、菜和自己运到河对岸去，只有农夫能够划船，除农夫之外每次只能运一种东西，如果没有农夫看着，羊会偷吃菜，狼会吃羊请考虑一种方法，让农夫能够安全地安排这些东西和他自己过河算法分析：设一个四维向量（a，b，c，d）令1表示在河的这边，0表示在河的另一边a代表人，b代表狼，c代表羊，d代表菜则人狼羊菜在河这一边的状态可用分量为1和0的四维向量表示排除不可能的状况，比如狼和羊在一边（0，1，1，0），羊和菜在一边（0，0，1，1）则由穷举法可知，最后可得到十个不同的四维向量1，1，1，1）为初始状态，（0，0，0，0）为结果状态人为变化的主体，所以相邻两个向量第一个分量不同由图可知，一共有两种方案，两种方案都需要七次才能把所有东西运过河方法一（红线）：步骤1将羊带到对岸；步骤2人独自回去；步骤3将菜带到对岸；步骤4人将羊带回；步骤5将狼带到对岸；步骤6人独自回去；步骤7将羊带到对岸方法二（黑线）：步骤1将羊带到对岸；步骤2人独自回去；步骤3将狼带到对岸；步骤4人将羊带回；步骤5将菜带到对岸；步骤6人独自回去；步骤7将羊带到对岸可以推广到更加复杂的情况这就是经典算法中的图论方法。

3 教学方法《计算思维》课程是我们为一年级新生开设的研讨课，选该课程的同学来自各个学院的不同专业，学生们一般没有什么计算机基础知识，更没有编程基础，所以在讲授该课程时，讲的是解决实际问题的思想和方法，而不是程序设计该课程应该注重培养学生的思想、方法、意识、兴趣和能力，二不是灌输一大堆概念与知识通常由主讲老师先讲授第一章与第五章内容，然后，由学生分组完成其他章节的演讲，该新生研讨课学校规定学生总人数限定在30人之内，以便每个学生都至少有一次机会上台演讲一个主题，事先认真做好PPT，讲完以后，由主讲老师负责点评通过这种师生互动、学生为主角的方式，同学们的积极性得到了充分的调动，有些同学还查阅了大量的教材之外的内容，做出了非常漂亮的PPT，演讲得也非常熟练、非常成功4 结束语《计算思维》课程是一门新开设的新生研讨课，我们还在不断探索、实践中，其教学内容与教学方式还在不断完善之中在这里仅对我们已经开展的一些实践工作做一些初步总结，以便能跟同行们一起交流、一起提高参考文献[1]唐培和，徐奕奕，王日凤编著.计算思維导论[M].桂林：广西师范大学出版社，2012. -全文完-。