Transcript 计算思维与网络——构想

计算思维与网络
∙∙∙∙∙∙一点想法
浙江大学
陆汉权 徐镜春
2015年4月29日
计算思维与网络
 教学中如何体现计算思维的思想
《大学计算机基础》的定位与知识结构
 以网络内容为例看如何体现计算思维
《大学计算机基础》的两个基本目标
想法--如何体现计算思维的思想？
 将计算思维的手段(2A)体现在教学过程中
 抽象(Abstraction)
 自动化(Automation)
体现解决问题的以下方法与形式：
 约简、嵌入、转化、仿真、递归、并行、多维分析、
类型、抽象、分解、SoC，保护、冗余、容错、纠错、
系统恢复、启发式、规划、学习、调度、折衷等
想法--如何体现计算思维的思想？
 具体落实到：
 适合的教材编写
 教学组织
 精选引导知识点的实例
 实例引入
 问题（贴近现实、易于理解）
 问题抽象化的描述
 寻找解决方案
 计算机实现过程
 现实问题的延伸
《大学计算机基础》的定位
 反思04年以来大学计算机基础课程的建设
从使用计算机到理解计算机转变
 如何进行“基础课”建设
 基础课程的基本特点
课程基础性——各专业公共课程
知识的相对稳定——不能“追新”
反映计算机的特点：新
 再思
定位在“计算机科学基础”……“计算思维”
想法——知识结构
1、计算模型
– 图灵机/波斯特（Amil Post）模型（Turing/Post
Model）
– 图灵-丘奇（ Alonzo Church ）命题
2、处理器模型
– 数据处理机/具有程序能力的数据处理机
3、计算机基础
– 进制/逻辑
想法——知识结构
4、算法与程序
– 算法的要素、分类与评价
– 程序存储理论、形式化表达
– 结构化与面向对象
5、信息系统
– 要素：硬件、软件、数据、过程、用户、通信
– 信息资源
6、操作系统
– 平台、资源分配与协调
7、网络
– 资源共享、虚拟社会
8、……
举例——网络
问题引入（网络的跨时空性导致的问题举例）
最早的“联网” —— MIT的学生用电话线联机
（约简、仿真）
多方步调如何协调一致——红军/蓝军对垒
（并行、多维分析）
发现传输错误——奇偶校验
（保护、冗余、容错、纠错、系统恢复）
防止程序冒充人——输入校验码
（保护、冗余）
举例——网络-Cont
“联网”解决方案的核心—— 协议（约定）
什么样的约定——解决数据交换类型
（规划、类型、抽象、分解、SoC ）
如何约定——解决交换过程
（调度、保护、冗余、容错、纠错）
举例——网络-Cont
问题的抽象描述
有网络必有通信
有通信必有协议——约定（多维分析、类型、抽
象、分解、SoC、调度、折衷等）
实现过程
OSI层次结构/Internet结构（约简、分解、SoC 、
调度等）
类比——书信过程（约简、分解、SoC 、调度等）
各种网络协议/功能（分解、 SoC、折衷）
举例——网络-Cont
提出更多的问题，引入知识表达，例如
 多机通信，如何约定？——ID：IP地址
（并行、多维分析、类型、抽象、保护）
 如果IP地址枯竭，如果解决——按需分配，DHCP
（冗余、容错、并行、折衷）
 机器多了，如何处理？——网络规模
 多种通信需求：邮件，实时，We（抽象、分解、SoC ）
• 实现——Socket
 如果出现传输错误？——重发
（保护、冗余、容错、纠错、系统恢复）
 ……
举例——网络-Count
进一步的
网络模型的抽象表示
关于“新”——是新应用，不是“新技术”
关于“虚拟世界”——社会形态
更多地
引入网络应用
由问题引起学生对问题的思考
想法-Count
充分体现计算思维要素的教学过程设计
问题设计需要有针对性：
 引导概念的问题设计
例如网络中的MAC/LCC就是解决适合介质的访问控制
/链路问题
 需要学生思考的问题设计（且能够思考的问题）
例如层次结构类比的书信通信过程
不是专业词汇的解释和堆砌，应该是能触类旁通
 需要带着问题学习的问题设计
不是简单地寻找答案，且判断为对或否，是能够激
发学生去主动思考
《大学计算机基础》 ——两个目标
 基本了解计算机的工作原理和工作过程
从而理解信息处理的过程、网络社会的运行机理
 培养和训练“计算思维”方法，具体表现在：
 明白：哪些是能够用计算机来做，哪些是不能
用计算机来做？
 选择：当学生面临需要解决问题时，能够“习
惯”且“自然”想到：如果使用计算机，将如
何做？
 正如：提及数字就有量的概念——自然反应—
—数学思维
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