计算思维和信息素养课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,杜忠友,大学计算机,理论篇,第,1,章 计算思维和信息素养,1,2,3,4,计算思维,(,重点,),信息技术,计算机文化,信息素养,2024/11/15,1,杜忠友大学计算机理论篇1234计算思维(重点)信息技,计算思维,要学会计算思维,!,如何用计算机解决这些实际问题？,我们生活在人类社会最高端的计算机时代、信息时代,我们要学会：,用计算机解决所学专业领域、学习和日常生活中的实际问题,什么是,计算思维？,1,2024/11/15,2,计算思维要学会计算思维!如何用计算机解决这些实际问题？我们生,计算思维,什么是,计算思维？,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。,1,2024/11/15,3,计算思维什么是计算思维？计算思维是运用计算机科学的基础概念1,计算思维,运用计算机科学,的,基础概念,求解,问题,设计系统,理解,人类行为,例如,例如,例如,方程,求解,例如,ax,2,+bx+c=0,定理证明,例如四色定理,表达式,求值,说谎问题求解,设计,Windows7,、,Word,AutoCAD,Flash,、,Photoshop,游戏软件,求解问题的行为：,分析问题、,建立数学模型,构造算法和数据结构,编写程序,调试运行。,其他行为,1,2024/11/15,4,什么是计算思维？,计算思维运用计算机科学的求解问题设计系统理解人类行为例如例如,计算思维,运用计算机科学的,基础,概念求解问题,人要适应计算机，,要,将问题转化为计算机能够处理的形式,意味着,:,1,2024/11/15,5,计算思维运用计算机科学的基础概念求解问题,计算思维,例如一个说谎问题：,有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。,甲说：“乙说假话。”,乙说：“甲和丙是同一种人。”,问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？,人是,怎么解答的,？,答：进行逻辑推理,先假定甲说,真话,那么,甲说,:”,乙,说假话,。,”,就是真的,则,乙说假话,。,乙说,:”,甲,和丙是同一种人,。,”,则,甲和丙不是同一种人,。,得到,:,丙,说假话,。,因此,结果为,:,甲,说,真话,乙,说,假话,丙说,假话,。,再假定甲说,假话,那么,甲说,:”,乙,说假话,。,”,就是,假,的,则,乙,说真话。,乙说,:”,甲,和丙是同一种人,。,”,则,甲和,丙是,同一种人,。,得到,:,丙,说假话,。,因此,结果为,:,甲说假话,乙说真话，,丙,说假话,。,1,2024/11/15,6,运用计算机科学的概念求解问题意味着：,要将问题转化为计算机能够处理的形式,计算思维例如一个说谎问题：人是怎么解答的？答：进行逻辑推理,计算思维,这里,用变量,a,、,b,、,c,表示甲、乙、丙三人说话的真假,，,当,变量值为,1,时表示此人说,真话,变量,值为,0,时,表示说,假话,。,甲说,:”,乙,说假话,。,”,这,有两种,可能,:,甲,说的是,真话,而,乙确实说,假话,即,:a,=1,且,b=0,或者甲说的是假话，而乙说真话，即,：,a,=0,且,b=1,由此可得逻辑表达式,：,(,a=1,且,b=0),或,(a=0,且,b=1,),乙说,:”,甲,和丙是同一种人,。,”,这有两种,可能,:,乙,说,真话,而,甲和丙确是同一种,人,即,:,b=1,且,a=c,或者乙说的是,假话,而,甲和丙不是同一种,人,即,:b,=0,且,a,c,。,由此可得逻辑表达式,：,(,b=1,且,a=c),或,(b=0,且,ac),计算机怎么解答？,答：不是像人这样推理。是,用,穷举法测试。,分析,问题,建立模型,计算机这个处理的过程,现在不会不要紧，知道思路即可。穷举法以后还要学习。,1,例如一个说谎问题：,有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。,甲说：“乙说假话。”,乙说：“甲和丙是同一种人。”,问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？,2024/11/15,7,运用计算机科学的概念求解问题意味着：,要将问题转化为计算机能够处理的形式,计算思维这里用变量a、b、c表示甲、乙、丙三人说话的真假，计,计算思维,和,两个逻辑表达式要同时,成立,（因为,应满足的条件都要,满足）,最终,得到确定谁说真话的逻辑表达式,(a=1,且,b=0),或,(a=0,且,b=1),且,(b=1,且,a=c),或,(b=0,且,ac,),穷举,每个人说真话或说假话的各种,情况,用,上述表达式,逐个,测试,使,上述表达式的值为,1(,成立,真,),的,情况就是正确的结果。,分析,问题,建立模型,计算机怎么解答？,答：不是像人这样推理。是,用,穷举法测试。,1,例如一个说谎问题：,有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。,甲说：“乙说假话。”,乙说：“甲和丙是同一种人。”,问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？,2024/11/15,8,运用计算机科学的概念求解问题意味着：,要将问题转化为计算机能够处理的形式,计算思维和两个逻辑表达式要同时成立分析问题计算机怎么解答,计算思维,数学模型,是：,(a=1,且,b=0),或,(a=0,且,b=1),且,(b=1,且,a=c),或,(b=0,且,ac,),0,a1,0b1,0c,1,（,a,b,c,是整数）,分析,问题,建立模型,计算机怎么解答？,答：不是像人这样推理。是,用,穷举法测试。,1,例如一个说谎问题：,有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。,甲说：“乙说假话。”,乙说：“甲和丙是同一种人。”,问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？,2024/11/15,9,运用计算机科学的概念求解问题意味着：,要将问题转化为计算机能够处理的形式,计算思维数学模型是：分析问题计算机怎么解答？答：不是像人这样,计算思维,构造算法,计算机怎么解答？,答：不是像人这样推理。是,用,穷举法测试。,1,例如一个说谎问题：,有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。,甲说：“乙说假话。”,乙说：“甲和丙是同一种人。”,问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？,2024/11/15,10,运用计算机科学的概念求解问题意味着：,要将问题转化为计算机能够处理的形式,计算思维构造算法计算机怎么解答？答：不是像人这样推理。是用穷,计算思维,编写,程序,调试运行,结果是：,a=1,b=0,c=0,a=0,b=1,c=0,与人的逻辑推理结果相同。,这就是将问题转化为计算机能够处理的形式。,因此，要学习计算思维。,计算机怎么解答？,答：不是像人这样推理。是,用,穷举法测试。,1,例如一个说谎问题：,有甲、乙、丙三人，每人或者说真话，或者说假话。,甲说：“乙说假话。”,乙说：“甲和丙是同一种人。”,问甲、乙、丙三人谁说真话，谁说假话？,2024/11/15,11,运用计算机科学的概念求解问题意味着：,要将问题转化为计算机能够处理的形式,计算思维编写程序结果是：这就是将问题转化为计算机能够处理的形,计算思维,科学,思维,理论思维,实验思维,方程求解,定理证明,表达式求值,设计和构造算法，,让计算机,自动,求解,计算思维,推理和演绎,数学,归纳,物理,观察总结自然规律,F=ma,I=U/R,自动求解,计算机,1,2024/11/15,12,计算思维是三大科学思维之一,计算思维科学思维理论思维实验思维方程求解设计和构造算法，计算,计算思维,1,2024/11/15,13,理论思维、实验思维和计算思维构成了科技创新的三大支柱,计算思维12023/9/2513理论思维、实验思维和计算思维,计算思维,计算思维的本质,自动化,抽 象,抽出问题的本质特征,例如,:,对说谎,问题,建立,数学模型的过程,例如,:,哥尼斯堡七桥,问题,1,2024/11/15,14,计算思维计算思维的本质自动化抽 象抽出问题的本质特征例如:,计算思维,计算思维的本质,自动化,抽 象,自动化就是机械地一步步,地,自动,执行。,例如,:,计算机,的,开机就是,自动,执行的。,例如,:,执行,一段事先编写的排序,程序,对,指定数据的排序就能迅速地自动,完成,不必,人们再加干预,。,抽出问题的本质特征,例如,:,对说谎,问题,建立,数学模型的过程,例如,:,哥尼斯堡七桥,问题,为了确保自动执行，就需要进行抽象,建,立数学模型，构造,算法和编写程序。,1,2024/11/15,15,计算思维计算思维的本质自动化抽 象自动化就是机械地一步步地,计算思维,计算思维的特征,1,2,3,4,是,概念化,，不是程序化,是,根本,的技能，不是刻板的技能,是,人,的思维，不是计算机的思维,是,思想，不是物品,5,是数学和工程思维的互补与融合,计算,思维要求能够像计算机科学家那样在抽象的多个层次上思维,，,强调概念和思想（,例如说谎问题的穷举思想）,，,而,不只是计算机编程,。,计算机科学,不只是关于计算机，就像音乐不只是关于麦克风一样,。,1,2024/11/15,16,计算思维计算思维的特征1234是概念化，不是程序化是根本的技,计算思维,计算思维的特征,2,是,概念化，不是程序化,是,根本的技能，不是刻板的技能,是,人,的思维，不是计算机的思维,是,思想，不是物品,5,是数学和工程思维的互补与融合,根本,的技能就,像,（,阅,）,读,、,写,（,作,）,和,（,做,）,算,（,术,）,一样,是基本的技能，是每个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的,。,要能灵活运用，举一反三。,刻板,的技能意味着简单机械的重复，缺乏,创新性,，,换个题目就不会做了。,1,1,3,4,2024/11/15,17,计算思维计算思维的特征2是概念化，不是程序化是根本的技能，不,计算思维,计算思维的特征,2,是,概念化，不是程序化,是,根本的技能，不是刻板的技能,是,人的思维，不是计算机的思维,是,思想，不是物品,5,是数学和工程思维的互补与融合,计算,思维是人类求解问题的一条途径，是人的思维方式，不是计算机的思维方式,。,计算机,之所以能求解问题，是因为人将计算思维赋予计算机，计算机按人设计的程序去执行,；,同时,，借助计算机，人类就能用自己的智慧去解决那些在计算机产生之前难以解决的,问题,(,例如四色定理的证明,),。,1,1,3,4,2024/11/15,18,计算思维计算思维的特征2是概念化，不是程序化是根本的技能，不,计算思维,计算思维的特征,2,是,概念化，不是程序化,是,根本的技能，不是刻板的技能,是,人的思维，不是计算机的思维,是,思想，不是物品,5,是数学和工程思维的互补与融合,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。,1,1,3,4,2024/11/15,19,计算思维计算思维的特征2是概念化，不是程序化是根本的技能，不,计算思维,计算思维的特征,2,是,概念化，不是程序化,是,根本的技能，不是刻板的技能,是,人的思维，不是计算机的思维,是,思想，不是物品,5,是数学和工程思维的互补与融合,计算,思维既要以数学为,基础,（,例如说谎问题的数学模型用到数学知识）,，,又要,考虑工程上是否可行,（,考虑,计算机的存储空间和计算速度是否,允许,。例如汉诺塔问题，计算速度不允许,）,。,1,1,3,4,2024/11/15,20,计算思维计算思维的特征2是概念化，不是程序化是根本的技能，不,计算思维,计算思维的,基本方法,周以真归纳了七大类方法,高度概括,比较抽象,.,本,课程,学习下列方法（算法）,穷举法,迭代法,递归法,分治法,贪心法,分 解,集成,(,封装,),查找算法,排序算法,1,2024/11/15,21,计算思维计算思维的基本方法周以真归纳了七大类方法,高度概括,计算思维,1,例如：,用,Word,进行文档编辑,需要分析问题、设计编