计算思维养成指南

作者通过对以往的计算思维模式和计算思维概念进行回顾整理，在已有研究的基础上，大胆提出了新计算思维框架，本书便是围绕这一框架对计算思维展开讲解。书中通过“发现并分析问题、系统模型设计、实施解决方案、分析验证解决方案、系统维护”五个思维过程循序渐进地向读者介绍计算思维的四大思维模式：数学思维、算法思维、编程思维、工程思维，并详细展示它们在日常生活中和编程中的体现。书中列举的案例贴近生活，生动有趣，便于青少年读者轻松习得计算思维知识，从而提高自身的创新思维能力和发散思维能力。

李泽，国内资深创客，软件设计师、信息系统项目管理师。2013年毕业于新疆医科大学信息管理与信息系统专业，有十余年编程实战经验。教育部教育装备研究与发展中心中小学人工智能教材项目课标组和编写组成员，《青少年编程能力等级》标准主要起草人，工信部人才交流中心“蓝桥杯青少年创意编程大赛”Scratch专家委员会委员。自媒体“科技传播坊”（公众号：kejicbf）研发百余集少儿编程教学视频，已出版《Scratch高手密码》《计算思维养成指南》等共十余本著作。

陈婷婷，北京交通大学硕士。曾就职于索尼移动通信产品有限公司，八年软件开发工作经验，通过国际PMP认证，2017年底加入编程猫负责教研工作。参与教育部教育装备研究与发展中心中小学人工智能教材项目，负责小学人工智能编程课程研发设计工作。

金乔，美国明尼苏达大学计算机科学与工程系在读博士，在中国科学院自动化研究所获得硕士学位，山东大学获得本科学位。主要研究方向为情感计算及面向儿童的人机交互技术。在ACM Interaction Design and Children（儿童交互设计）等国际会议发表多篇论文，拥有三项国家发明专利，参与过多个儿童认知与编程环境相关的国家自然基金项目。

前言

新计算思维框架

第一章 挖掘身边的疑问——发现并分析问题

数学思维

分类/分组 为什么要把商品分类摆放？

对照 没有尺子怎么测量长度？

比较 闪电与电火花是一回事儿吗？

类比 鸟和蜻蜓与飞机有什么关系？

概率 同月同日生的“奇妙缘分”很难寻吗？

求同/求异/模板/泛化/特化 为什么居里夫人能找到“钋”和“镭”？

算法思维

算法权衡 医生如何选择合适的治疗方案？

编程思维

输入输出 计算机的“眼”“耳”和“口”在哪里？

抽象/具象 苹果落地和重力是如何联系起来的？

工程思维

预处理 为什么跳水比赛要去掉最高分和最低分？

分解 学霸是怎样炼成的？

可行性分析 为什么永动机是无法实现的？

签名 古代调兵遣将为什么要用兵符？

统筹 如何举办一场精彩的联欢晚会？

协议/契约 商鞅是如何取信于民的？

防御性思想/最坏打算 为什么汽车要配置安全气囊？

持久化 文物出土后是如何被保存的？

第二章 解决难题的思路——系统模型设计

数学思维

特征识别/模式识别/概括 为什么人类能区分动物或表情？

映射 没有名字的世界会怎么样？

替代/替换 如何测量一个灯泡的容积？

排列/组合 如何在小空间中放置多种家具？

分离 为什么空调压缩机要安装在室外？

算法思维

索引 为什么图书要有目录？

先进先出 什么是“先进先出”的现象？

先进后出 什么是“先进后出”的现象？

信息编码 盲人是如何阅读的？

编程思维

状态机 为什么切换软件界面时不会发生混乱？

信息压缩 如何更快地记录老师的板书？

模块化 为什么汽车制造采用模块化的生产方式？

预置/缓存/缓冲 为什么店铺内要设置储存室？

事件驱动 为什么生活就是被事件所驱动的？

参数化 如何成为摄影小达人？

工程思维

分布式/去中心化 小蜜蜂是如何搬家的？

分层/层次化 多级运载火箭有什么优势？

可视化 篮球明星库里和科比的投篮风格有什么不同？

单一职责 为什么拍摄电影需要各种专业人士？

接口依赖 为什么点餐时不直接和厨师交流？

原型 以“米老鼠”为原型的建筑是什么样的？

第三章 落地思路的策略——实施解决方案

数学思维

近似 国土资源面积是精确的数值吗？

蒙特卡洛 为什么套圈游戏总是套不中？

枚举/穷举 警察叔叔是如何破案的？

计数 2500年前的罗马人是如何计数的？

算法思维

排序 为什么酒店的房间号是有顺序的？

搜索/检索 如何在图书馆里找到一本书？

递推 侦探推理的诀窍是什么？

递归 雪花和羽毛有什么奇妙的规律呢？

分治 罗马帝国为什么会被一分为二？

回溯 迷宫游戏有没有什么窍门？

动态规划 如何寻找自驾游的最短行程呢？

唯一依赖 为什么购买火车票需要身份证？

启发式算法 为什么地图软件会给出多条线路？

编程思维

初始化 篮球比赛中的24秒规则是什么？

顺序/序列 月相的变化规律是什么？

选择/分支 为什么相近血缘的“达尔文雀”看起来差别很大？

循环/重复 西西弗斯的石头代表了什么？

嵌套隐藏 在俄罗斯套娃背后的秘密是什么？

串行/并行 飞机场是如何提高安检效率的？

同步/异步 多人如何分享一台掌上游戏机？

代理 为什么要选出课代表？

互斥/对立 为什么厕所门上的锁很重要？

时空互换 如何避免频繁重复地输入登录信息？

助记 为什么说好记性不如烂笔头？

优先级 为什么假期作业总是被拖到最后一刻？

信息隐藏 如何使用诗词传递秘密信息？

信息加密 杨子荣是如何智取威虎山的？

工程思维

冗余/冗稳性/备份 为什么高铁“小黄车”从不载客？

协作 玲珑的犀牛鸟为什么与粗笨的犀牛是“知心朋友”？

复用 乐高积木是如何被批量生产出来的？

集成 《论语》是孔子写的吗？

第四章 检验策略的优劣——分析验证解决方案

数学思维

边界值/临界值/阈值 地球上新的一天从哪里开始？

等价 为什么原始社会能以物易物？

极限 圆周率是怎么计算出来的？

抽样 如何调查城市植物的种类情况？

算法思维

约简 第一部移动电话是什么样的？

编程思维

优化 如何避免“鼠标手”？

调试 为什么电力系统安装后不能立刻投入使用？

自动化 为什么机器人的工作能力比人类强？

工程思维

容错 正在编辑的文件会不会因断电而丢失？

测试 如何在上市前保证新药的安全性？

第五章 维系完善的方法——系统维护

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