程序设计中的计算与设计

一个修道士在日出前离开他的修道院，走着去高山顶峰的教堂。上山的路只有一条，非常狭窄和蜿蜒，他有时会走得很慢，但他总能在日落前抵达教堂。第二天早上，他沿原路返回，还是在日出前动身，回到修道院的时候又是在日落时分。

问题是：在这条路上有没有一个地点他会在两天中的同一个时间经过？不需要找出这个地点，只需要回答——有还是没有。

——《思维简史》

正如所有优秀科学家所知道的，这取决于你以正确的方式提出问题的能力，退后一步，以一个略微不同的视角来审视这个问题。一旦你这么做了，就可以轻松找到答案。但问题难就难在你该如何找到这个视角。起手一道智力题：思维启动热热身思维知识设计计算程序设计2021苏州信息技术线上培训程序设计、计算思维、设计思维，显然是2020年信息技术学科、信息技术学科教师中的热词，一定是给反复的提及，无论是在说课、试讲、上课，也无论是在交流、讲座、论文和课题研究中。随着国家的一系列举动、一系列文件的出台，更是热上加热。前言目录03010204聊聊程序设计谈谈计算思维说说设计思维讨论相关案例第一部分程序设计01教育部：中小学开设这门课程，进行普及教育关于政协十三届全国委员会第三次会议第3172号（教育类297号）提案答复的函教材提案〔2020〕400号您提出的《关于稳步推动编程教育纳入我国基础教学体系，着力培养数字化人才的提案》收悉，现答复如下：教育部高度重视学生信息素养提升，已制定相关专门文件推动和规范编程教育发展，培养培训能够实施编程教育相关师资，将包括编程教育在内信息技术内容纳入到中小学相关课程，帮助学生掌握信息技术基础知识与技能、增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力、树立正确的信息社会价值观和责任感。一、制定相关专门文件推动和规范编程教育发展二、将编程教育纳入中小学相关课程三、培养培训能够实施编程教育相关师资四、下一步工作主要安排考虑1.推动编程教育纳入信息科技课程标准。2019年初，教育部启动了义务教育课程修订工作，已完成了前期调研、顶层设计和整体规划，初步确定在小学、初中开设信息科技课程并组织研制义务教育信息科技课程标准，根据需要将编程教育有关内容纳入其中。2.进一步培训提升相关教师软件编程能力。根据需要，继续组织开展相关教师软件编程能力提升培训工作，推动各地开展经验分享交流活动，进一步提升编程教育实施水平。感谢您对教育事业的支持和关心！教育部2020年11月6日2014年，浙江省高考改革方案，将信息技术科目(含编程)加入高考。2016年，《教育信息化"十三五"规划》将信息化教学能力纳入学习办学水平考核。2017年，《义务教育小学科学课程标准》将小学科学课提前到小学一年级。2018年－2019年，教育部先后发布《教育信息化2.0行动计划》和《关于引导规范教育移动互联网应用有序健康发展的意见》，推动和规范编程教育发展。2018年，《新一代人工智能发展规划》，提出在中小学阶段推广编程教育。全国计算机等级考试开始加入Python程序语言，山东省最新出版小学信息技术六年级教材加入Python内容。2019年，广东省将信息技术(含编程)加入高考内容。2022年，全国一线城市初高中将加入编程必修课。程序设计是大热门，编程课程的开设被媒体一炒再炒，而最终是被大多数的培训机构所引用，作为他们吸引学生和家长的不二利器。引用：关于政协十三届全国委员会第三次会议第3172号提案答复的函社会大背景:程序设计、编程课程、思维培养和训练被大炒，继而大热，不过更多的是低幼化的一些班在炒作。

社会上炒的火热，学校依然还是那么淡定，兴奋的信息技术教师们并没有等到下文，信息技术课程的开设一如从前。在教育系统，在学科内部：在不少教师的心中，程序设计的分量开始变重。在教研部门的活动中、比赛中，程序和算法之类的试题、竞赛逐渐在增加。第一单元：初识数据与计算我们身边的数据、数据的计算第二单元：编程计算计算机解决问题的过程、做出判断的分支

周而复始的循环、可以复用的代码第三单元：认识数据数据编码、数据与结构

数据与系统、加密与解密第四单元：计算与问题解决算法及其特征、数值计算

非数值计算、综合问题的解决第五单元：数据分析与人工智能走近数据分析、探秘人工智能2020年9月，高中新教材如期上线，江苏所使用的教材中也加入了python内容：必修1：数据与计算2020年9月，初中信息技术教材改版上线，八年级中在VB后面加入了新的小节：初识Python所有的这一切，都昭示了一个现象：不会程序设计，不会教程序设计，不能平稳过渡到退休，当然更不能顺利晋级到新的骨干称号（文章、比赛各类相关）。第二部分计算思维02学科内部大背景：正值高中新课程的推广实施，学科核心素养横空出世，对于信息素养进行了更明确的界定、标定。原来已经是泛化的信息素养，被赋予了新的内容，被赋予了更具体的内容：四大学科核心素养，其中的计算思维更是隐隐有独占鳌头的态势。计算思维(Computationalthinking）是由周以真（JeannetteM.Wing）教授在2006年提出的。计算思维是一种解决问题的思维过程，可划分为四个步骤：Google计算思维课程中，这四个步骤是：

（1）分解：把数据、过程或问题分解成更小的、易于管理的部分。

（2）模式识别：观察数据的模式、趋势和规律。

（3）抽象：识别模式形成背后的一般原理。

（4）算法设计：为解决某一类问题撰写一系列详细步骤。计算机出现后，人类的世界变得和原来完全不一样了。计算机是什么？——自动化计算工具，前所未有强大的计算工具。计算机给人类带来了什么？——算力，空前的算力，不断增强的算力。我们怎么掌握这些算力？在这种算力的出现之初：在这种算力的继续繁盛时期：在这种算力越来越强大的时候：在这种算力强大到你无法想象的时候：爱因斯坦：想象力比知识更重要。想象力比知识重要，成功需要想象力。昨天说到想象力的重要，但想象力从哪里来是一个问题。前两天，我想吃烤肉，觉得用家里的电饼铛很麻烦，于是就到网上搜烧烤炉，接着又想到不能外出，烧煤是个问题——这些都是来自以前在户外烧烤的经验。但在网上看到原来有家用的电烤盘，根本不用烧无烟煤，我就突然想到就是做一个合格的吃货也是需要想象力的。事实就是这样，我们平常都是活在自己的思维惯性里，人的见识不一样，一般人很难超越自己的惯性和见识，所以就局限了自己的能力。——来自网络一个人的优势会成为一个人的缺陷。——周迎春？《能力陷阱》

你一定有擅长的事情，你也一定喜欢它，因为它给你带来的成就感无与伦比。完美很乐于去做那些我们擅长的事，于是就会一直去做，最终将使得我们一直只会擅长的那些事。做的越多，就越擅长。这样一个闭合循环如同吸毒一样，我们深深为之吸引，因为我们的快乐和自信都来源于它。它还会让我们产生误区，让我们相信我们擅长的事情就是最有价值的、最值得投入时间的。

久而久之，那些擅长的事务占据了我们绝大部分的时间，使我们无暇顾及其他更有意义、更有价值的事情。当我们正为期望的结果努力时，“能力陷阱”就会出现。当我们超额超量完成上级指派的任务时，由于表现良好且无可替代，而在领导力方面又有所欠缺，我们极有可能被留在原来的岗位上。

我们就这样被自身的优势和最擅长的技能禁锢住了。

我们很乐于去做那些我们擅长的事，于是就会一直去做，最终将使得我们一直只会做擅长的那些事。

我们需要明白，越是在最忙的时候，越需要空出一些时间来应对一些意想不到的事。

——《能力陷阱》有时候，我们以为，贫穷不过是难以温饱，实际上，更刻骨铭心的贫穷，是没有选择。这就是生活最无力之处。你想努力拼搏，想伸手去抓住什么梦想时，却是重拳砸在棉花上的无力！像个溺水的人，却只能在水中拼命挣扎。神兵：计算思维可拯救学科于危难中，可改变学科孱弱之地位，可改变信息技术教师现状。我想要传授给学生的思维技能，研究者用了几十年时间设法厘清，最终发现技能依赖于知识。最初，他们认为，拥有专业知识意味着拥有更快或更卓越的思维能力，比如，善于决策、创造性思维和解决问题等能力。他们相信，虽然专家们需要一些背景知识，如国际象棋大师需要掌握象棋的规则，但他们可以通过研究军事战略或其他棋类游戏来提高国际象棋的水平。对此，西蒙和蔡斯的一项突破性研究提出了质疑。他们的研究建立在阿德里安·德·格鲁特的研究基础上。德·格鲁特发现，国际象棋专家一眼就能记住比赛布局场景，而新手只能记住少量棋子的布局。但西蒙和蔡斯发现，如果这些棋子是随机放置的，大师们的记忆和新手差不多。这说明，因为象棋大师学习并记忆棋子布局模式，所以他们一眼就能了解布局情况。他们之所以能赢得比赛，并不是因为他们思维敏捷，而是因为他们拥有的知识让他们能够在不知不觉中迅速识别出比赛模式，而这看似合理的举动几乎是自动发生的。在这项研究的基础上，以下三个观点进一步证明了一般思维技能适用性的局限：1.专家对自己的领域了解甚多：就像国际象棋大师一样，他们知道棋类模式，知道何时应用，并能够据此进行推理。2.解决问题的一般化策略成效不佳，而且往往徒劳无益：如果将问题分解，你就要知道解决办法，并能够实现，否则没有意义。3.同一技能很难应用在不同的情境中：优秀的象棋手并不擅长其他战略游戏，比如围棋。我相信学生可以学习技能，并将其应用于其他知识领域。反之亦然，学生也许只能在他们拥有相关知识的领域展示技能。例如，要培养批判性思维，就要掌握相关领域的知识，并且需要了解这个领域的成功案例。解决数学问题意味着要明确运算过程，并能够正确计算，我们可以称之为“问题求解”。我们希望学生在解决问题的时候可以“深思熟虑”，但除非学生认识到问题是什么，并知道解决问题的步骤，否则只告诉他们要解决问题（或深思熟虑）没有任何帮助。我们可以教学生深刻地、批判性和创造性地思考，但思考的内容仅限于他们所知道的。我赞成推广评价机制，却忽略了学生掌握知识的重要性，比如，如果我没有教学生历史知识，那么教他们巧妙地思考必定以失败告终。经过证明，获取知识、组织知识十分重要，这有助于思考教学。学习意味着在记忆中加入新的元素：象棋大师学习下棋的位置分布，历史学家学习历史事件，医生学习疾病症状和案例。

然而，他们不只是在积累事实：专家的知识是有组织的、有效的，所以他们处理问题时能够突出要点，有效地理解和处理问题，更高效地思考问题，并自动做出反应。例如，医生掌握的知识使他们能够快速而准确地诊断病情。

为了帮助学生成为专家，我们要将专家所知道的知识教授给学生，而不是期望他们在没有必要知识的情况下充当专家。我们希望学生可以分析、讨论并解决问题，但这取决于他们的知识储备以及学生如何看待词汇、观点和概念之间的联系。

如果将奥赛罗与哈姆雷特这两个人物进行比较，学生就要充分了解哈姆雷特这个人物的语言和行为特征，这样他们在讨论人物性格时，就不必提醒自己哈姆雷特是个什么样的人，做过什么。

学习不仅意味着要记忆新的元素，还意味着把我们所知道的信息组织起来，联系起来，并自主解决小问题，然后才能专注解决大问题，学生就是这样获得某一学科的专业知识的。（英）哈利·弗莱彻·伍德(2020-11-19).基于问题导向的互动式、启发式与探究式课堂教学法（入选《泰晤士报高等教育》2018年十大教育图书，畅销经典《像冠军一样教学》作者力荐）(Kindle位置254-271).Kindle版本.你指望学生如何解决问题学生学生学生能用已知的知识技能解决问题吗？你是否可以指望这一点？学生能用未知的知识技能解决问题吗？你是否可以指望这一点？已知知识技能未知知识技能美国前国防部部长唐纳德·拉姆斯菲尔德说：有些事是已知的已知——有的事情我们知道自己知道；有些事是已知的未知——有的事情我们知道自己不知道；有些事是未知的未知——有的事情我们不知道自己不知道。彼得·C·布朗;亨利·L·罗迪格三世;马克·A·麦克丹尼尔.认知天性：让学习轻而易举的心理学规律（樊登推荐！）(Kindle位置393-396).中信出版集团.Kindle版本.已知的已知已知的未知未知的未知已知未知先验经验Get新经验教师：现有a、b、c三个不相等的数，请比较他们之间的大小，并输出其中最小的一个数。请环顾自己的四周10秒钟……请环顾自己的四周10秒钟……教师：现有a、b、c三个不相等的数，请比较他们之间的大小，并输出其中最小的一个数。教是为了不教。那么，经过上述演练，上述练习，我们教了什么？什么是可以不教了呢?度因知而能，度其时而为。教师：让问题变得复杂；让情境变得真实把选择还给学生。学生：使思考真实发生；使记忆伴随线索；让选择纠结于心。术因时而起，技相机而用。高中信息技术教材：房间内有3盏灯，房间外有3个开关，可以任意拨弄开关，但是只能进入房间一次，你能用什么方式来解决这个问题。高中信息技术教材：房间内有3盏灯，房间外有3个开关，可以任意拨弄开关，但是只能进入房间一次，你能用什么方式来解决这个问题。ABC100101110111000001010011+热、温、冷李艺老师：三层架构学科基础知识学科基本技能问题求解学科思维第三部分设计思维03设计思维是一种方法论，用于为寻求未来改进结果的问题或事件提供实用和富有创造性的解决方案。——百度百科鸡兔同笼问题求解——软件版本更新结果计算结果计算结果鸡：兔：结果计算结果鸡：兔：输入输入头：脚：结果计算结果鸡：兔：图片软件名称结果计算结果鸡：兔：输入输入头：脚：图片结果计算结果鸡：兔：输入输入头：脚：图片制作者分支结构：IF0和1代表开和关。获取数据和信息也可以通过传感器。IF检测到超重Then

警示灯开

报警器鸣叫Else

警示灯关

报警器关EndIFIF？Then

？？？

？？？Else

？？？

？？？EndIF学生1……学生2……学生3……每个程序员写的程序应该都是不一样的，只要一样，视为抄袭，不给平时分。学生N……分支结构：IF循环嵌套？你们准备怎么教学，平时是怎么教学的。分支