運算(計算)思維(Computational Thinking) &程式語言初探

一.運算思維(Computational Thinking)

1.計算(運算)概念

計算是指“資料”在“運算符號”的操作下,按“規則”進行的資料變換。 簡單的例子:從小時候開始學習和訓練的算術運算,如“1+2=3”到國中較複雜的例子:對 ax2+bx+c=0 方程式求解等.由

算盤----->>-----加法器-->>-----計算機-->>----電腦---->>-----雲端

2.科學與思維

一般而論,三種科學對應著三種思維:
a.理論科學 ←→理論思維: 理論思維又叫推理思維,以推理和演繹為特徵,以數學學科為代表。
b.實驗科學 ←→實驗思維: 實驗思維又叫實證思維,以觀察和總結自然規律為特徵,以物理學科為代表。
c.計算科學←→計算思維: 計算思維又叫構造思維,以設計和構造為特徵,以電腦學科為代表

3.CT的概念

CT的本質是抽象(Abstract)自動化(Automation)。它是如同所有人都具備“讀、寫、算”(簡稱3R)能力一樣,都必須具備的思維能力。

英文期刊https://www.cs.cmu.edu/~15110-s13/Wing06-ct.pdf

(1)CT的特徵

計算思維是甚麼
計算思維不是甚麼
是概念化
不是程序化
是根本的
不是刻板的技能
是人的思維
不是計算機思維
是思想
不是人造物
是數學與工程思為的思維與融合
不是空穴來風
面向所有人.所有領域
不侷限於計算學科

解說

範例

資料來源

http://mooc.zut.edu.cn/nodedetailcontroller/visitnodedetail?knowledgeId=3472021

c.其他觀點

BBC

資料引用

http://www.bbc.co.uk/education/guides/zp92mp3/revision

說明

(1)拆解 (Decomposition)

活動設計-拆解練習

哈佛大學公開課程計算機科學CS50

https://www.youtube.com/watch?v=yQVTijX437c

(2)模式識別(Pattern Recognition)

活動設計-規律性練習

遊戲學校找出規律性

https://www.youtube.com/watch?v=SixLnIDV1yY

(3)抽象化 ( Abstraction)

活動設計-抽象的概念練習

什麼是抽象?它是指把現實中的事物或解決問題的過程,通過化簡等方式,抓住其關鍵特徵,降低其複雜度,變為計算裝置可以處理的模型,是一種方法.也是概念

a.藝術領域

b.電腦領域

資料庫

繪圖

對圖1中一朵花進行分析,8個花瓣具有相似性,那麼可以把一片花瓣繪製(抽象)為圖2中的樣子(當然還有繼續抓特徵並繼續完善的餘地)。然後建模,即將8個花瓣圍成360°,每個花瓣圍繞下端的中心點旋轉45°即可實現。通過程式設計實現“自動化”繪製(如圖3),最終達到圖4的效果。如果繪製出來的效果距離抽象的物件(花)太遠,可以繼續修改完善圖2中的單個花瓣,直到滿意為止

原文連結:https://read01.com/RmPKmM.html

https://www.youtube.com/watch?v=RdzYOtxhuDc


(4)設計演算法 (Algorithm Design)

活動設計-演算法練習

https://www.youtube.com/watch?v=N91oCQbWUvA

總結

引自蔡淑玲老師

(3)日常生活中的CT

人們在日常生活中的很多做法其實都和CT不謀而合,也可以說CT從生活中吸收了很多有用的思想和方法。我們來看一些例子。

CT
日常生活
演算法
食譜可以說是演算法(或程式)的典型代表,它將一道菜的烹飪方法一步一步地羅列出來,即使不是專業廚師,照著食譜的步驟也能做出可口的菜肴。這堙A食譜的每一 步驟必須足夠簡單、可行。例如:“將土豆切成塊狀”、“將 1 兩油入鍋加熱”等都是可行的步驟,而“使菜肴具有神秘香味”則不是可行的

模組化
很多菜譜都有“勾芡”這個步驟,與其說這是一個基本步驟,不如說是一個模塊,因為勾芡本身代表著一個操作序列——取一些澱粉,加點水,攪拌均勻,在適當時候倒入菜中。由於這個操作序列經常使用,為了避免重複,也為了使菜譜結構清晰、易讀,所以 用“勾芡”這個術語簡明地表示。這個例子同時也反映了在不同層次上進行抽象的思想。
搜尋
如果要在英漢詞典中查一個英文單詞,相信讀者不會從第一頁開始一頁頁地翻看, 而是會根據字典是有序排列的事實,快速地定位單詞詞條。又如,如果現在老師說請將本書翻到第 8 章,讀者會怎麼做呢?是的,書前的目錄可以幫助我們直接找到第 8 章所在的頁碼。 這正是電腦中廣泛使用的索引技術。

回溯
人們在路上遺失了東西之後,會沿原路邊往回走邊尋找。或者在一個岔路口,人 們會選擇一條路走下去,如果最後發現此路不通就會原路返回,到岔路口選擇另一條路。這種回溯法對於系統地搜索問題空間是非常重要的。
緩衝
假如將學生用的教科書視為資料,上課視為對資料的處理,那麼學生的書包就可以視為緩衝存儲。學生隨身攜帶所有的教科書是不可能的,因此每天只能把當天要用的教科 書放入書包,第二天再換入新的教科書。
多工平行
廚師在燒菜時,如果一個菜需要在鍋中煮一段時間,廚師一定會利用這段時間去 做點別的事情(比如將另一個菜洗淨切好),而絕不會無所事事。在此期間如果鍋堛熊皛搨n 加鹽加佐料,廚師可以放下手頭的活兒去處理鍋堛熊獢C就這樣,雖然只有一個廚師,但他可以同時做幾個菜。

(4)CT應用於各領域

(5)CT重要性及影響

隨著現代科學的形成和發展,人們對CT的作用和意義的認識也越來越提升。在目前的社會,使用CT考慮和陳述問題已經成為越來越熟悉和普遍的事實。CT成為一個現代人所必須具備的素質。周以真教授認為,CT是 21 世紀每一個人都要用的基本工具,它將會像數學和物理那樣成為人類學習知識和應用知識的基本組成和基本技能。當CT真正融入人類活動的整體時,它作為一個問題解決的有效工具,人人都應當掌握,處處都會被使用。而CT是無處不在的,提供了理解世界的智力工具,在人類社會中具有永久的價值。這些都肯定了CT在人類思維活動中 的地位以及在當前科學發展中的重要意義

資料引用參考網站


http://thefoos.com/wp-content/uploads/2015/11/Hour-of-Code-Curriculum-Trad-Chinese.pdf


http://labs.xjtudlc.com/cs4hs/2014/reading/jsswybcddjsj.pdf


http://www.wsbookshow.com/uploads/bookfile/201410/9787517023548_1.pdf


http://www.3dwoo.com/showBookDetail.asp?nb=41196


http://www.ccf.org.cn/resources/1190201776262/digital/cnccpdf/chenguoliang2011-12-12-10_03_14.pdf


http://mooc1.chaoxing.com/nodedetailcontroller/visitnodedetail?courseId=&knowledgeId=81787331

https://www.youtube.com/watch?v=Bb7kebfTwUY&index=2&list=PLcS355A8KwuUh574KJQOY_0qD9UKS1mHt

(7)CT相關網站

https://computationalthinkingcourse.withgoogle.com/unit?lesson=8&unit=1

https://www.google.com/edu/resources/programs/exploring-computational-thinking/

http://blog.orangeapple.tw/posts/what-is-computational-thinking/

http://www.bauhinia.org/index.php/zh-HK/analyses/391

資訊通識教育以及計算思維的教學法(洪士灝教授)

國際運算思維能力測驗

運算思維相關檔案下載

賴和隆老師

張原禎老師

謝東森老師

呂聰賢老師

蔡淑玲老師