【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 amp。 Information Science amp。 Engineering)學(xué)部 2020年率先啟動(dòng)了“ 擴(kuò)大計(jì)算參與面 ”計(jì)劃，它通過(guò)擴(kuò)大計(jì)算的參與對(duì)象，使更多的人，特別是美國(guó)的少數(shù)民族和婦女受益。 (3) 美國(guó) NSF的 CPATH(CISE Pathways to Revitalized undergraduate Computing Education)計(jì)劃 ① 目標(biāo) ? 促成造就具有基本計(jì)算思維能力的、在全球有競(jìng)爭(zhēng)力的美國(guó) 勞動(dòng)大軍 ，確保美國(guó)在全球創(chuàng)新企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。 ? 將 計(jì)算思維 學(xué)習(xí)機(jī)會(huì) 融入 到計(jì)算機(jī)、信息科學(xué)、工程技術(shù)和其他領(lǐng)域的本科教育中，以 增強(qiáng)開(kāi)發(fā) 具有計(jì)算思維能力的 學(xué)生的人數(shù) 。 ? 展示突破性的、可在多類學(xué)校中推廣的、以計(jì)算思維為核心的 本科教育模式 。 ② 現(xiàn)狀 CPATH計(jì)劃認(rèn)為：盡管有的研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)對(duì)此做出了卓越的、開(kāi)創(chuàng)性的工作，但目前美國(guó)更多的 大學(xué)計(jì)算教育仍然沿襲的是幾十年前的教學(xué)模式 。 17 三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑 (7) ③ CPATH項(xiàng)目： ? 2020年啟動(dòng)，當(dāng)年投入 600萬(wàn)美元 ? 2020年投入 500萬(wàn)美元 ? 2020年投入 1000萬(wàn)美元 ? CPATH項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介： 26項(xiàng)，其中 ? CT with K12 Connection 4項(xiàng) ? CT in STEM(Science, Technology, Engineering and Mathematics) Disciplines 4項(xiàng) ? CT across All Disciplines 4項(xiàng) ? Tools amp。 Resources for Undergraduate Computing Education 3項(xiàng) ? CT in Computing Science amp。 Engineering 11項(xiàng) (4) 美國(guó) NSF的 CE21(Computing Education for 21st Century)計(jì)劃 2020年度 NSF啟動(dòng)了 CE21計(jì)劃，計(jì)劃是建立在 CPATH計(jì)劃成功的基礎(chǔ)上，其目的是提高 K14（中小學(xué)和大學(xué)一、二年級(jí)）老師與學(xué)生的計(jì)算思維能力。 18 三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑 (8) 4. 計(jì)算思維在我國(guó) (1)中國(guó)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委的近期工作 ① ：在 合肥 會(huì)議上 討論了 培養(yǎng)高素質(zhì)的研究性人才，“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”這門(mén)課程應(yīng)該包含哪些內(nèi)容，如何將計(jì)算思維融入到這門(mén)課程中？ ② ：在 西安 會(huì)議上 發(fā)表了 《 九校聯(lián)盟 (C9)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明 》 ， 確定了 以計(jì)算思維為核心的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革。 ③ ：在 太原 會(huì)議上 決定了 將合肥會(huì)議和西安會(huì)議中有關(guān)計(jì)算思維的討論形成書(shū)面材料，以“計(jì)算思維：確保學(xué)生創(chuàng)新能力”為主題向教育部領(lǐng)導(dǎo)諫言和申請(qǐng)立項(xiàng)研究。 ④ ：在 濟(jì)南 會(huì)議上，將在全國(guó)更大范圍內(nèi)，深入討論以計(jì)算思維為核心的基礎(chǔ)課教學(xué)改革，并將太原會(huì)議的初步材料加以討論和修改后正式上報(bào)教育部袁貴仁部長(zhǎng)，并“以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心推進(jìn)大學(xué)通識(shí)教育改革的研究與實(shí)踐”為項(xiàng)目， 建議立項(xiàng)研究 。 ⑤ ：在 北京 “以計(jì)算思維為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程建設(shè)”研討會(huì)上，組織有關(guān)高校 圍繞“計(jì)算思維的實(shí)質(zhì)”和“如何在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的第一門(mén)課程中體現(xiàn)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)”進(jìn)行了廣泛的 討論。 19 三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑 (9) ⑥ ：在 深圳 召開(kāi)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委高層研討會(huì)（第 6次工作會(huì)議），主要研究以計(jì)算思維為主題向教育部、科技部、國(guó)家自然基金委 申請(qǐng)立項(xiàng)研究 計(jì)算思維事宜。 ⑦ ：在 杭州 召開(kāi)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委第 7次工作會(huì)議，主要審定第 6次工作會(huì)議確定的三個(gè)立項(xiàng)報(bào)告，最終向教育部、科技部、國(guó)家自然基金委提交正式申請(qǐng)報(bào)告。 ⑧ ：在深圳召開(kāi)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教指委第 8次工作會(huì)議，會(huì)議期間舉行了“計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育論壇”，深入交流了大學(xué)計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育的方方面面，探討了計(jì)算文化、計(jì)算科學(xué)、計(jì)算思維在大學(xué)計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育中的重要作用。 ⑨ ：在深圳大學(xué)召開(kāi)了教指委第九次工作會(huì)議，集中討論了“基于計(jì)算思維的復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算抽象理論與方法”重大項(xiàng)目立項(xiàng)建議的審定工作，會(huì)議決定在再次修改后于 3月底正式向國(guó)家自然基金委提交。 ⑩ ：在西安 (2) 計(jì)算思維課程在部分中國(guó)高校中正式開(kāi)始實(shí)踐 ① 2020年秋季，在上海交通大學(xué) ② 2020年春季，在南方科技大學(xué) ③ 2020年春季，在西安交通大學(xué) ④ 2020年秋季，在深圳大學(xué) 20 三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑 (10) 5. 實(shí)例研究：大學(xué)計(jì)算思維課程總體框架 (1)基本框架 ① 計(jì)算理論：可計(jì)算性與計(jì)算復(fù)雜性。 ② 算法和通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 ③ 實(shí)踐基礎(chǔ)：計(jì)算機(jī)硬件和軟件最小知識(shí)集。 (2)內(nèi)容規(guī)劃 ① 計(jì)算思維基礎(chǔ)知識(shí) ? 基本概念 ： 什么是科學(xué)、思維、學(xué)科？科學(xué)與思維，理論思維，實(shí)驗(yàn)思維，計(jì)算思維。 ? 科學(xué)發(fā)現(xiàn)的第三支柱 ： 科學(xué)發(fā)現(xiàn)的三大支柱（理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)、計(jì)算科學(xué)），計(jì)算科學(xué)的作用（PITAC 2020報(bào)告），名人名言（ H. Davy, 化學(xué)家 )。 ? 計(jì)算科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)以及計(jì)算機(jī)學(xué)科： 什么是計(jì)算科學(xué)？什么是計(jì)算機(jī)科學(xué)？什么是計(jì)算機(jī)學(xué)科？計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展的歷程（ EE、 CE、 CS、 SE、 IT、 IS）。 ? 計(jì)算思維： 什么是計(jì)算思維？例子、主要特征（它是什么？它不是什么？）、對(duì)其他學(xué)科的影響（生物學(xué)、腦科學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)、工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)科學(xué)、醫(yī)學(xué)、法律、娛樂(lè)、藝術(shù)、體育、教育 ? ）。 ? 熱身問(wèn)題： 20次猜測(cè)、七橋問(wèn)題、國(guó)王的婚姻、漢諾塔、旅行商問(wèn)題 ? 21 三、計(jì)算思維是大學(xué)計(jì)算教育振興的途徑 (11) ② 計(jì)算理論和計(jì)算模型 ? 人類對(duì)計(jì)算本質(zhì)的認(rèn)識(shí)過(guò)程 ? 計(jì)算手段應(yīng)該 器械化 （算盤(pán)、手搖計(jì)算機(jī)、微分機(jī)、模擬機(jī)等） ? 計(jì)算過(guò)程應(yīng)該 形式化 （圖靈模型） ? 計(jì)算執(zhí)行應(yīng)該 自動(dòng)化 （馮 諾依曼模型） ? 計(jì)算理論 ? 函數(shù)及其計(jì)算 ? 圖靈機(jī) ? 通用 Bare Bones語(yǔ)言 ? 不可計(jì)算函數(shù)與停機(jī)問(wèn)題 ? 計(jì)算復(fù)雜性（多項(xiàng)式與多項(xiàng)式函數(shù)， P類問(wèn)題， NP類問(wèn)題， NPC類問(wèn)題） ? 馮 諾依曼計(jì)算機(jī)模型 ? 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 機(jī)器指令與機(jī)器語(yǔ)言 ? 匯編語(yǔ)言程序的執(zhí)行舉例 虛擬機(jī) ? 計(jì)算的數(shù)學(xué)理論 ? 計(jì)算理論 ：包括算法理論、可計(jì)算性理論、計(jì)算復(fù)雜性理論等。 ? 高等邏輯 ：包括模型論（研究邏輯系統(tǒng)的語(yǔ)義，構(gòu)造形式系統(tǒng)模型）和非經(jīng)典邏輯（研究時(shí)序邏輯、模態(tài)邏輯、概率邏輯、模糊邏輯、歸納邏輯、非單調(diào)邏輯等）。 ? 形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī) ：包括形式語(yǔ)言（研究語(yǔ)言的語(yǔ)法 (詞法和文法 )和構(gòu)造性結(jié)構(gòu)）和自動(dòng)機(jī)（研究各種能自動(dòng)處理符號(hào)的數(shù)學(xué)機(jī)器）。 ? 形式語(yǔ)義學(xué) ：主要指用數(shù)學(xué)方法研究計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)義（包括操作語(yǔ)義、指稱語(yǔ)義、公理語(yǔ)義和代數(shù)語(yǔ)義等） 。 ? 計(jì)算機(jī)科學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：離散數(shù)學(xué) ? 數(shù)理邏輯 ：包括命題邏輯的概念、等值演算與推理，一階邏輯的概念、等值演算與推理等。 ? 集合論 ：包括集合代數(shù)，二元關(guān)系，函數(shù)和集合的基數(shù)等。 ? 代數(shù)系統(tǒng) ：包括代數(shù)