计算思维案例及平时成绩讨论题

1.5本章计算思维的典型案例

案例1：

计算作为人类文明的开端，从最远古的手指计数到中国古代的算盘计算到近代西方的纳皮尔算筹及帕斯卡机械式计算机，至当前的电子计算机的高速度计算，不管是计算方法还是计算工具都有了变革性的创新，计算也作为一种思维方式存在，并成为人类科学思维的重要一员。从算盘到计算机的发展过程是计算思维内容不断拓展的过程。

现今，我们面临着一个问题：计算机能不能再快些？我们还能不能依靠单一的电子器件加快我们的“大脑”？从历史来看，机械到电子不但是材料的进步，也是思维方式的进步。计算机发展，归根结底是计算思维的传承和发扬光大。计算机的历史就像一个孩子的成长史，它已经经历了少年时期的疯长，进入了青年时期。它还会有下一轮的飞速成长，但是要靠人类的智慧作为营养哺育它。在不久的将来，我们会将计算机变成一个众多学科交叉结合而成的精灵。而到那时，我们相信那个精灵传承和发扬的仍然是计算思维。

案例2：

抽象就是忽略一个主题中与当前问题(或目标)无关的那些方面，以便更充分地注意与当前问题(或目标)有关的方面。通过抽象，人们可以从众多的事物中抽取出共同的、本质性的特征，舍弃其非本质的特征。抽象是一种从个体把握一般、从现象把握本质的认知过程和思维方法。

在本章中介绍了图灵机模型，它是一个抽象的计算模型。图灵把他的计算模型抽象成一种非常精简的装置：一条无限长的纸带、一个读写头、一套控制读写头工作的规则、一个状态寄存器。有了图灵机这一抽象模型，我们可以得到很多本质的规律，通过抽象我们能够抽取事物的本质特性、忽略烦琐的细节，在抽象的模型上进行科学研究，有助于发现事物的内在规律。虽然图灵机是现代计算机的数学模型，但它不等同于实际的计算机，如何设计实际可用的计算机系统，也需要抽象的思维。在第3章中介绍的冯·诺依曼体系结构就是对现代计算机体系结构的一种抽象认识。

本章小结与思考

本章通过对计算技术的发展起到关键作用的人物和事件的介绍，回顾了计算机的发展简史。从计算机的起源开始，介绍计算机系统的发展历程及未来可能的发展趋势。介绍了科学技术的发展特别是电子器件的发展在计算机发展中的重要作用。了解了计算机的“存储程序方式”和采用二进制思想。

计算机是20世纪最伟大的发明之一。计算技术从简单到复杂，经历了漫长的发展过程，但最近20余年却取得了飞速的进展。这里面蕴含了其自身的规律性，值得深刻领悟。计算机及计算机网络的应用己使人类社会的各个领域都发生了翻天覆地的变化，计算和计算机的应用己经无处不在。

信息作为继物质和能源之后的第三类资源，它的价值日益受到人们的重视。在计算机渗透到社会各行各业的今天，每一名大学生都应该接受信息技术教育，应该具有“获取信息、分析信息、加工信息”的基础知识和实际能力。

计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为，它包括了涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。计算思维的本质是抽象和自动化。计算思维

代表着一种普遍的认识和一类普适的技能，因此每个人都应热心于计算思维的学习和应用。

计算机作为一种工具，既然为人类所广泛使用，它必将对人类的思维产生影响。计算机赖以运行的思想和方法也将从后台进入前台，走进人类的生活，成为人类工作和生活有力助手。如同所有其他学科一样，计算学科也有自己的认识和处理世界事物的方法学。未来，计算思维必将随着计算学科的发展而不断丰富和完善。

学习完本章后，请思考并讨论以下提出的几个问题：

1．你认为一个学生应具有什么样的信息素养，才能在未来的职业生涯中具有较强的竞争力？这些竞争力体现在哪些方面？

2．结合你所学的专业谈谈计算思维对本学科研究领域的影响和应用。

3．新一代计算机的发展趋势是什么？谈谈你对未来计算机发展及应用的看法。

2.4本章计算思维的典型案例

案例1：

现实世界可以表示为0 和1→用0 和1 可进行逻辑与算术运算→0 和1 可以用电子技术实现→用二极管、三极管等实现基本门电路→组合逻辑电路实现→芯片（复杂组合逻辑电路）。

具体来说，0 和1 的思维蕴含着：信息表示。数值信息和非数值信息均可用0 和1 表示，均能够被计算；符号化数字化。物理世界/语义信息→符号化→0和1（进位制与编码）→数字计算（算术运算，逻辑运算）→硬件与软件实现。即任何事物只要能表示成信息，也就能够表示成0 和1，也就能够被计算，也就能够被计算机所处理。

案例2：

递归是计算思维的方法之一。当我们通过键盘将字母“A”输入到计算机，在计算机内部它将以二进制代码形式存储，但从显示器或打印机输出的依然是字母“A”,由此体现了一种递归的方式。

究竟什么是递归呢？其实，递归就是大鱼吃小鱼，就是一条蛇咬住自己的尾巴。递归是指一样东西自己包含了自己。例如，当两面镜子相互之间近似平行时，镜中嵌套的图像是以无限递归的形式出现的。递归在数学与计算机科学中，是指在函数的定义中使用函数自身的方法。递归一词还较常用于描述用相似方法重复事物的过程。

案例3：

当数据被储存在硬盘或传送到网络上时，它们一般是不会发生改变的．不过，有时候一些故障也会导致数据值突然改变，比如电子干扰。而避免这类事件的发生至关重要。利用类似奇偶校验的方法，可以保护计算机中几乎所有的数据。数据硬盘、CD、DVD、闪存、网络下载、电子邮件和网页都在数据中添加了你看不到的校验码。一旦系统中个别比特发生错误，计算机就会在你不知情的情况下自动恢复原始数据。这充分体现了计算思维是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法。

奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法。根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验。采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验。采用何种校验是事先规定好的。通常专门设置一个奇偶校验位，用它使这组代码中“1”的个数为奇数或偶数。若用奇校验，则当接收端收到这组代码时，校验“1”的个数是否为奇数，