信息技术教育中计算思维.pptx

信息技术教育中的计算思维; ……学会运用计算思维对问题进行识别、分析、抽象、建模并设计系统解决方案…… -- 摘自《高中信息技术课程标准修订（草稿）》学科核心素养总目标; 运用计算机科学领域的思想方法形成解决问题方案的过程中，所包含的一系列思维活动即计算思维。 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，抽象问题特征，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，运用算法设计解决问题的方案；总结利用计算机解决问题的过程与方法，并将其迁移到与其相关的其他问题解决之中。 -- 摘自《高中信息技术课程标准修订（草稿）》学科核心素养部分; “计算思维”是信息社会运用信息技术解决问题的主要思维方式，作为人类三大科学思维方式之一，计算思维对学生世界观、人生观、价值观的形成有着重要影响。计算思维的本质是抽象和自动化，在不同的模块课程中有不同的表现形式。 任何一种思维方式从形成到内化都需要在解决问题的过程中经过多次运用才能逐步完成。教学时要在各个模块课程中提炼计算思维的具体表现，将思维过程设计为教学中每个范例的主线，每个实践项目的主线，让学生在解决不同问题的情境中，反复亲历思维的全过程，不断运用学科思维，从而达到内化程度。 -- 摘自《高中信息技术课程标准修订（草稿）》教学建议部分;计算思维兴起的缘由;1991年，美国联邦政府立法将建立联网的大规模超级计算中心（资源）作为保持美国科学技术领先地位的一项重要措施。 今天我们所熟悉的一些新技术，包括大数据、数据可视化及云计算等均源自于这场运动。 国内很多大学数学学院中的“信息与计算”专业也是在这个时期陆续出现的。;;更传统意义上的计算机科学（Computer Science，指围绕计算现象和计算对象的研究）反而受到了冷落甚至质疑。 进入二十一世纪后，美国报考各大学计算机科学及其相关专业的优秀学生数量开始呈明显下降趋势，高规格的科研资助力度和水平有所降低。 这标志学科的影响力和社会认知度出现了危机。;计算思维兴起的缘由;;从算法思维到计算思维;“算法思维”着重强调在（数学）问题求解过程中算法构造的核心作用。 现代“计算思维”的含义比“算法思维”要更广泛。 计算思维包含了多种抽象层次、发展算法的数学以及对跨越不同尺度问题的算法效率的分析等方面。;（现实世界中的）问题与模型;数学模型与数学思维;计算模型与计算思维;从小处看计算思维;如何防止非正常用户破解密码？ 常规的解决方法：使用复杂的密码、限制密码输入次数、限制输入的时间… 关键：防止非法用户利用计算机快速尝试不同的密码。 计算思维的解决方法：只有人能做好但计算机做不好的。;日常应用中的计算思维;整数乘法的计算问题 使用标准的乘法算法，两个 n 位整数相乘的“计算量”大致上与n2成正比。 用计算理论的术语说：两个 n 位整数乘法的“计算复杂度”为O(n2). 例如，两个10000位整数乘法大约需要10000 ?10000 = 1010次标准运算。 对于“大”整数（如1010 位以上级别的）的乘法，这个复杂程度是不可接受的。 ;1971年，基于著名数学家高斯在十九世纪的一个古老的思想，计算机科学家们设计出一种快速的乘法算法，其计算复杂度为 O(n log n log log n) 这个算法每年节省的计算资源价值数以百亿元！ ;例如，Web上总共大概有1011个页面，做一次关键词搜索要做多次1011 ? 1011阶矩阵的乘法，这个计算量约为1025次标准计算单位。 假设计算机每秒计算1015次（这已经超过了当前最快的计算机数百万倍了），那么做一次搜索就需要大概1010秒。 使用快速乘法算法，计算量大约只有大约1012次！;大问题中的计算思维;用计算思维解决问题的一个非平凡例子;用计算思维解决问题的一个非平凡例子;;零知识认证问题 – 一个简化的版本;零知识认证问题;零知识认证问题 – Goldwasser的解答;一组人通过各自拥有的私秘信息共同产生一个可共享的信息信息，但在过程中不能向其他人透露出其个人秘密。;1. 每人随机选择0到1000之间的两个数，然后再选择出第三个数，使得三个数之和模1000后恰好是自己的体重。;一个思考题;计算思维与数学思维的关系;什么是计算思维？;计算思维的特征;计算思维的教育价值;计算机科学的核心价值在于计算能够做些什么（计算理论）、如何做（算法）、能做多好（计算的效率）、能建造什么样的计算工具（计算机工程）。 计算思维是实践中回答上述问题的思维方式。 计算思维是体现计算机科学价值和方法论的重要方面，但计算思维并不是计算机科学所独有的，也不能作为??算机科学的唯一特征。;计算机科学与信息科学;谢谢！ 欢迎批评指