計算思維的結構課程是桂林電子科技大學建設的慕課，是國家精品線上開放課程。該課程於2016年9月20日首次在中國大學MOOC開設，授課教師是董榮勝、李鳳英、汪華登等。據2021年6月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課10次。
計算思維的結構課程共7章，包括緒論、計算學科的基本問題、計算學科的3個學科形態、計算學科的核心概念、計算學科中的數學方法、計算學科中的系統科學方法、跨學科的計算問題案例等內容。
基本介紹
- 中文名：計算思維的結構
- 首開時間：2016年09月20日（首次）
- 建設院校：桂林電子科技大學
- 類別：慕課、國家精品線上開放課程
- 授課教師：董榮勝、李鳳英、汪華登等
- 授課平台：中國大學MOOC
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課程建設
“計算思維的結構”課程建設為2014年教育部高教司—微軟公司校企合作專業綜合改革一類項目，項目得到微軟公司的資助。
2019年1月8日，計算思維的結構課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”。
課程性質
- 課程背景
2016年1月，教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會推出了《大學計算機基礎課程教學基本要求》，明確將計算思維能力的培養作為“大學計算機基礎”課程的核心內容。為了給認知計算提供方法，為學生未來的科學發現與技術創新播下科學思維的種子，桂林電子科技大學開設了計算思維的結構慕課課程。
課程簡介
計算思維的結構課程講授的主要內容有：偉大的計算原理，計算思維的結構，計算機方法論概述，課程評價問題的探討（BLOOM分類法、SOLO分類法，難度、複雜度與能力）；計算學科的基本問題（算法複雜性中的難解性問題，RSA公開密鑰密碼系統，組合爆炸問題，程式設計中的結構問題，軟硬體資源的管理問題，計算機中的博弈問題等）；計算學科的抽象、理論和設計3個學科形態（計算機語言的發展及其3個學科形態的內在聯繫）；計算學科的核心概念（算法，數據結構，數據的存儲和表示，數據的編碼、校驗）；計算學科中常用的數學方法（集合，函式和關係，代數系統，定義、定理和證明，必要條件和充分條件，證明方法，遞歸和疊代，公理化方法，形式化方法）；計算學科中常用的系統科學方法（系統科學的基本思想，軟體開發引入系統科學方法的原因，使用系統方法的思考）；跨學科的計算問題案例等。
課程大綱
第1章 緒論 【第1課時】偉大的計算原理 【第2課時】計算思維的結構 【教學文檔】第1章 緒論 【習題1】 【第3課時】難度、複雜度與能力（補充知識） 【第4課時】SOLO分類法（補充知識） 【討論1-1】 【討論1-2】 【討論1-3】 【1-0-控制複雜工程問題的方法討論-貫穿課程】 【淺談“計算學科的方法論”】 【計算思維的深入研究需要新的元素周期表】 【單元測驗1】 第2章 計算學科的基本問題 【第1課時】漢諾塔問題 【第2課時】證比求易算法和P=NP？ 【第3課時】RSA公開密鑰密碼系統 【第4課時】旅行商問題與組合爆炸 【第5課時】GOTO與程式結構 【第6課時】哲學家共餐問題 【第7課時】兩軍問題 【第8課時】圖靈測試 【教學文檔】第2章 計算學科的基本問題 【習題2-1】 【第9課時】實驗預備知識 【第10課時】第2章實驗 【習題2-2】（Raptor基礎知識考查，不在測驗範圍內） 【第11課時】停機問題 【第12課時】找零問題、背包問題與貪婪算法 【單元測驗2】 第3章 計算學科的3個學科形態 【第1課時】學生選課實例 【第2課時】自然語言與形式語言 【第3課時】自然語言形式化及實例 【第4課時】圖靈機的工作原理 【第5課時】VComputer軟體的演示、說明及下載使用 【教學文檔】第3章 計算學科的3個學科形態 【習題3】 【第6課時】第3章實驗 【第7課時】虛擬機與分層抽象 | 【單元測試3】 第4章 計算學科的核心概念 【第1課時】算法的基本知識 【第2課時】兩個常見的算法 【第3課時】數據結構 【第4課時】數據的存儲和表示 【教學文檔】第4章 計算學科的核心概念 【習題4】 【第5課時】第4章實驗 【第6課時】編碼 【單元測驗4】 第5章 計算學科中的數學方法 【第1課時】遞歸與疊代 【教學文檔】第5章 計算學科中的數學方法 【習題5】 【第2課時】第5章 實驗 【第3課時】隨機數和蒙特卡羅方法 【第4課時】數學與計算機科學的不同 【第5課時】必要條件和充分條件 【第6課時】猜姓氏遊戲和猴子吃桃問題 【單元測驗5】 第6章 計算學科中的系統科學方法 【第1課時】系統同構 【教學文檔】第6章 計算學科中的系統科學方法 【習題6】 【第2課時】實驗-基於Access的簡單資料庫設計 【第3課時】人固有能力的局限性及使用工具後產生的力量 【第4課時】軟體開發的系統化方法需要遵循的基本原則 【單元測驗6】 第7章 跨學科的計算問題案例 【第1課時】道德選擇 【第2課時】檢舉 【教學文檔】第7章 跨學科的計算問題案例 【習題7】 【第3課時】第7章 實驗 【第4課時】割圓術的計算問題 【第5課時】森林火災的計算問題 【第6課時】都卜勒效應的計算問題 【第7課時】小世界網路模型的計算問題 【第8課時】科赫曲線 【第9課時】向日葵種子生長模擬 【第10課時】煙花模擬 【第11課時】俄羅斯方塊遊戲 【單元測驗7】 |
參考資料（註：課程大綱排版從左到右列） | |
課程特色
該課程在跨學科的若干計算問題案例中，包括社會與職業中的計算問題，數學領域中的割圓術和科赫曲線，地球科學領域中的森林火災，物理學領域中的都卜勒效應，社會學領域中的小世界網路，生物學領域中的向日葵模擬，藝術領域中的煙花模擬，遊戲領域中的俄羅斯方塊等。除了社會與職業中的3個計算問題外，該課程給出的其他案例均採用了可視化的計算機模擬仿真實現。
該課程通過學科方法論的講授來提高學生的計算思維能力，從方法和內容上，符合《大學計算機基礎課程教學基本要求》的要求。教師可以在本MOOC課程的基礎上，從學科方法論的高度構建一門計算機課程。
開課信息
開課次數 | 開課時間 | 授課教師 | 學時安排 | 參與人數 |
|---|---|---|---|---|
第1次開課 | 2016年09月20日~2016年12月20日 | 董榮勝、鐘艷如、陳光喜、常亮、徐周波、曾聰文、王慧嬌、汪華登、孫晉永、王沖、劉洪波、王代君、孟瑜、李鳳英、唐麟 | 3~4小時每周 | 7460 |
第2次開課 | 2017年02月27日~2017年06月20日 | 董榮勝、鐘艷如、陳光喜、王沖、汪華登、李鳳英 | 4小時每周 | 3550 |
第3次開課 | 2017年09月12日~2018年01月15日 | 董榮勝、鐘艷如、陳光喜、常亮、徐周波、李鳳英、王沖、汪華登 | 5533 | |
第4次開課 | 2018年03月10日~2018年06月30日 | 董榮勝、李鳳英、孟瑜、汪華登 | 4116 | |
第5次開課 | 2018年09月10日~2019年01月10日 | 董榮勝、鐘艷如、李鳳英、孟瑜、汪華登、孫晉永 | 4570 | |
第6次開課 | 2019年02月25日~2019年06月21日 | 董榮勝、鐘艷如、李鳳英、孟瑜、汪華登、孫晉永、曾聰文 | 4503 | |
第7次開課 | 2019年09月10日~2020年01月15日 | 董榮勝、常亮、鐘艷如、李鳳英、孟瑜、孫晉永 | 4481 | |
第8次開課 | 2020年02月24日~2020年07月06日 | 董榮勝、李鳳英、汪華登 | 3833 | |
第9次開課 | 2020年09月16日~2021年01月16日 | 3~4小時每周 | 3256 | |
第10次開課 | 2021年03月06日~2021年06月10日 | 4小時每周 | 2331 | |
（註：表格內容參考資料 ） | ||||
教學目標
計算思維的結構課程根據計算機方法論的結構框架組織教學，旨在通過計算機方法論的學習，認知計算學科，同時，藉助案例加深人們對計算機科學基礎概念的理解，提高人們問題求解、系統設計和人類行為理解方面的計算思維能力，促進各學科的交叉融合。
學習預備
- 參考教材
- 參考資料
書名 | 作者 | ISBN | 出版時間 | 出版社 |
|---|---|---|---|---|
《計算機科學與技術方法論》 | 董榮勝、古天龍 | 7115103240 | 2002年 | 人民郵電出版社 |
《人工科學:複雜性面面觀》 | [美]司馬賀(Herbert A.Simon)等 | 75428-36641 | 2004年 | 上海科技教育出版社 |
《系統化思維導論》 | [美]傑拉爾德·溫伯格(Gerald M.Weinberg)等 | 7302068046 | 2003年 | 清華大學出版社 |
《程式開發心理學》 | 7302070261 | |||
《布盧姆教育目標分類學》 | 洛林·W.安德森(Lorin W.Anderson)等著 | 9787560091105 | 2009年 | 外語教學與研究出版社 |
《學習質量評價:SOLO分類理論》 | 約翰 B.彼格斯（John B.Biggs）、凱文 F.科利斯（Kevin F.Collis）著 | 9787107228858 | 2010年 | 人民教育出版社 |
《Networks, Crowds, and Markets》 | D.Easley，J.Kleinberg | - | 2011年 | 清華大學出版社 |
《理論思維與工程思維》 | 徐長福 | 7208040737B.324 | 2002年 | 上海人民出版社 |
《計算機科學概論》 | J.Glenn Brookshear | 978-7-115-26196-0 | 2011年 | 人民郵電出版社 |
教師簡介
董榮勝，教育部高等學校大學計算機課程教學指導委員會委員、中國計算機學會教育專業委員會委員、國家精品線上開放課程“計算思維的結構”MOOC課程負責人，國家精品課程“計算機科學導論”負責人。
鐘艷如，女，1965年3月生，教授。
陳光喜，1971年5月生，工學博士，桂林電子科技大學學科教學示範教授，藝術與設計學院院長，碩士/博士生導師，中國計算機學會會員。
常亮，2008年7月畢業於中國科學院計算技術研究所，獲工學博士學位。2011年12月通過廣西教授資格評審，獲教授職稱。
徐周波，博士、教授、CCF高級會員。2011年12月於西安電子科技大學獲模式識別與智慧型系統專業博士學位。
曾聰文，男，1972年11月生，江西鷹潭人，副教授，博士。
王慧嬌，桂林電子科技大學，計算機與信息安全學院，副教授，碩導。
汪華登，桂林電子科技大學計算機教師。
孫晉永，桂林電子科技大學，計算機與信息安全學院，副教授。
王沖，計算機理論與編程教學，從事多媒體教學軟體研發、遊戲開發、信息檢索技術等方面的理論與套用研究。
劉洪波，桂林電子科技大學高級實驗師。
王代君，在高校長期從事計算機實驗教學，對計算機軟體實驗和實驗室管理有著豐富的經驗。
孟瑜，桂林電子科技大學，計算機與信息安全學院，副教授。
李鳳英，2011年12月畢業於西安電子科技大學，獲工學博士學位。
唐麟，桂林電子科技大學計算機教師。
