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思考的演算:跟著電腦學思考,你也可以成為計算思考大師

思考的演算:跟著電腦學思考,你也可以成為計算思考大師

The Power of Computational Thinking: Games, Magic and Puzzles to Help You Become a Computational Thinker

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內容簡介

「程式語言」只是表層,更重要的是背後的——「計算思考」
西方國家已經將「計算思考」列入中小學課程。107年,台灣也正式列入!

  計算思考:新世代的必備思考工具與溝通能力!

  許多國家都在提倡計算思考,甚至將之列入中小學課程。在此全世界都在夯程式設計之時,我們不禁問:一定要學會程式語言嗎?事實上,比起程式語言,更重要是學會背後的電腦運算思維,即計算思考。而計算思考的核心,就是培養解決問題的能力,是新世代必備的溝通能力。

  所以即使你不會寫電腦程式,你也可以成為一個計算思考者。不論您的天賦為何,都能在了解計算思考的基本概念後,和自己的生活或是擅長領域結合來使用。換句話說,無論你未來的職業為何,都需要學習計算思考的技巧。

  然而,計算思考到底是什麼?它所能做的事情超過你的想像!

  .透過不斷改良搜尋演算法,電腦科學家可以幫忙閉鎖症患者如鮑比,更有效率寫出《潛水鐘與蝴蝶》一書,也幫助因肌肉萎縮症而無法說話的偉大物理學家霍金,無礙地跟和世界溝通!

  .魔術師擁有電腦設計師一樣的思考!計算思考能讓魔術師在舞台上永不出錯!

  .只要一張紙、一隻筆,你也可以立刻設計出你的對話機器人,甚至詐騙機器人。

  .如何讓一台電腦學會真正的「觀看」,背後的演算思考出乎你意料之外的簡單。

  .你放假在咖啡店打工,然而每到假日咖啡店就大排長龍,顧客排到火冒三丈。透過計算思考,你找出問題,並對工作團隊做些微小改變,整個流程就會變快,問題獲得解決。

  本書在國外是為青少年而寫,內容簡潔易懂,案例豐富有趣,是每個人都可以真正讀懂的計算思考入門書籍。書中以解謎、魔術、桌遊、實際醫學應用案例、建造簡單的談話與詐騙機器人等真實又具挑戰性的例子,實體又清楚地將計算思考原則一一帶出,讓人了解現代電腦可以做到的事,以及如何做到的。

  在這個計算思考已經改變所有人生活、工作、遊戲方式,以及科學進行的方式的年代,這本書能讓你對程式書寫所需的技巧初步瞭解,並能協助改善你生活中的解決問題能力,更能讓你更深入瞭解你自己的大腦以及數位世界,讓你能發想出絕妙點子並能付諸實行,絕對值得一讀!

名人推薦

  賴以威/數感實驗室負責人 、鄭國威/泛科學總編輯
  陳  立/陳立教育集團創辦人、楊致芳/台北大學資訊工程系助理教授
  洪士灝/臺大資訊工程系、網路與多媒體所教授

推薦語

  「巨大的需求,傑出的作者團隊,在這個特定領域擁有傑出成績。你還能奢求更多嗎?」──西蒙.佩頓.瓊斯(FRS),英國劍橋微軟研究中心
 
 

作者介紹

作者簡介

保羅.科松 、彼得.馬克歐文


  保羅.科松是倫敦瑪麗皇后大學的電腦科學教授。他的研究興趣是電腦科學教育、人機互動以及正規方法。他於2010年得到了高等教育學院全國教學獎,並贏得2007年的英國工程和自然科學研究委員會年度非職業電腦科學作家以及數個教學獎項。他共同創辦了Teaching London Computing (www.teachinglondoncomputing.org),為教師提供持續專業發展課程。保羅第一次自學寫程式是在南法的一個海灘上。

  彼得.馬克歐文也是倫敦瑪麗皇后大學的電腦科學教授,研究興趣是電腦視覺、人工智能和機器人學。他於2008年獲頒高等教育學院全國教學獎,並因為對於不同領域觀眾推廣電腦科學的努力於2011年獲得IET Mountbatten獎章。彼得是個業餘魔術師,對於科幻小說有著健康的喜愛。

  保羅和彼得共同創辦了國際知名的電腦科學好好玩(Computer Science for fun)計畫(www.cs4fn.org),並是英國Computing at School網絡(CAS)的創始成員。保羅現在是CAS的董事會成員。
 
 

目錄

序言
關於作者
致謝

第1章 未來必備的思考能力
像電腦科學家一樣思考,你可以將隨處可見的想法化為現實

第2章 尋找說話的方式
若你某天跟《潛水鐘與蝴蝶》作者尚-多明尼克.鮑比(Jean-Dominique Bauby)一樣,在醫院的病床上醒來後,發現自己全然癱瘓,只剩下眼睛可以眨動,你要怎麼跟外界溝通?電腦科學家也能幫助閉鎖症候群患者溝通嗎?

第3章 魔術也是一種演算法?
想成為一位傑出的舞台魔術師,你需要的技巧竟然和傑出的電腦科學家一樣?
計算思考如何讓你的魔術萬無一失?

第04章 投入一萬個小時練習,能讓你成為專家
如果你想要成為某領域的專家,就要發展你的模式比對和通化技巧。
若要被認可為專精於某項技巧,首要規則就是你需要投入一萬小時的練習。

第5章 騎士之旅和城市導遊
兩個表面上看來不同的問題一旦經過通化後,實際上是同一個問題,解也一模一樣。

第6章 人類初學者的機器人建造課
就算沒有電腦,你也可以創造自己的聊天機器人。
你只需一疊空白卡片、一支筆和一點思考,就可以辦到。

第7章 建立一顆腦
有了人工智慧電腦,我們便可以直指核心深入探索,身為人類是什麼意思?

第8章 建造一個詐騙機器人
巴納姆效應建基於一個事實:當一段敘述可應用於大多數人身上時,人們往往會相信這段關於他們的敘述是對的。就好像「有時你懷疑自己是否做了正確的選擇」,或是「你的某些夢想滿不切實際的」。
    
第9章 生命也可以轉變成網格遊戲?
細胞自動機的遊戲,讓我們理解植物在雨林中如何散布生長、珊瑚礁如何發展、地震如何發生,以及動物如何遷徙。也讓我們理解塞車如何形成,疾病在人群中如何傳播。

第10章 如何讓電腦觀看?
人類大腦總是在尋找模式,因為要在影像中觀察到模式,才能辨認出圖像中的事物。因此我們的觀看能力來自於我們能在影像中找到邊界。那麼,電腦要如何「觀看」到邊界呢?

第11章 翻轉醫學的奇蹟
高科技醫療器能拯救生命,也能奪走生命。這些儀器都是醫護人員在使用,但醫院是個繁忙又充滿壓力的地方,因此科技在設計時應該把這點考慮在入,讓心理學家及人因專家參與其中,一起創造出更為實用的科技。

第12章 人類也能像電腦一樣完美思考?
人類大腦有許多偏誤和偏見,因此我們常常會犯錯,但機器能幫助我們不犯錯。提款機先取回卡片後吐鈔的設計,就是機器幫助我們減少犯錯的案例之一。

第13章 究竟什麼是計算思考?
對人有所瞭解,必須是計算思考問題解決的中心。
 
 

推薦文

現代人非學寫程式不可嗎?
洪士灝 (臺大資訊工程系、網路與多媒體研究所教授)


  思考的演算(computational thinking),也稱計算思考或運算思維,是當前我們很希望融入教育、改良產業,讓社會更進步的重要技能。電腦已經大幅改變了這個世界,但還有更多、更大的改變正在發生之中,因為對現代社會的人們來說,計算的能力已經無所不在,但如何利用這些隨手可得的計算能力來強化思考、解決問題,難道只有少數懂得寫程式的人才行嗎?事實上並非如此,近年來用計算思考來解決問題的門檻已經大大地降低了,而廣義的計算思考更是擴大問題的範疇到社會的各層面,涵蓋了教育、產業、消費、娛樂,乃至於改變我們學習、工作和生活的方式。

  因此,許多國家都在提倡計算思考,甚至將之列入中小學課程。然而,我們要如何學習和應用計算思考呢?非學會寫程式不可嗎?其實,理解計算思考的方法很多,透過寫程式與電腦互動是最直接有效的方法,但寫程式這件事情並不是計算思考的全貌,好比學會寫字並不代表能寫出一篇好文章,而且文字只是諸多創作的方式之一,繪畫、音樂、舞蹈、戲劇也都是創作展演,除了通曉技能之外,創作者的素養也是極為重要的。從某個角度看,計算思考也是一種創作,把想法透過計算的形式呈現出來,但創作者必須理解計算、駕馭計算的工具,才會產生出好的作品。

  究竟什麼是計算思考?這是一個非常難回答的問題。如果讀者先翻到《思考的演算》這本書的最後一章,會讀到一些非常抽象的概念,包括演算法思考、計算模型、科學思考、抽象化、通化、拆解、評估、創造力,但可能在讀完這一章後對這些抽象概念仍然非常模糊。很多會寫程式的人對計算思考也是一知半解,因為對於現代電腦如何做好工作,缺乏系統性的理解。

  我認為,廣義的計算(computation)不只是算術,而是包括所有能夠用電腦(computer)完成的工作。這樣的定義有點弔詭,因為如果我們把電腦定義為做計算的東西,那麼就成了循環定義,但我想強調的重點在於:現代電腦能夠完成的工作,遠遠超過一般人所理解的計算,也遠超過數學所關切的範疇,與其定義電腦,不如直接去認識電腦以及電腦能做的事情。所以我建議學生在學習計算思考的時候,除了由下而上從基本的演算法和程式邏輯學起,最好也由上而下去看看現代電腦能夠做什麼,理解如何能做到那些事情。透過研究思考個案把上下融會貫通起來,才能真正體會計算思考的內涵。

  國內現在有很多教程式設計的地方,也有不少創客(maker)的社群和教材,但是非常缺乏由上而下從問題導向去探索計算思考的科普教材。本書的出現,對於我們提倡計算思考的教育工作者,如同一場及時雨。作者藉由豐富有趣的個案引人入勝,介紹現代電腦能做的事情,並且引領讀者去探索電腦如何能做到那些事,由這些個案呈現出解決問題的方法,歸納出關鍵的計算思考,這是我樂見的教學法。每一章的個案,都有助讀者理解某些有助於解決問題的計算思考法則,而本書的十件個案,極有系統地逐步涵蓋重要的計算思考法則,因此我非常樂意推薦這本好書,給想體會和運用計算思考的朋友們。

 
 

詳細資料

  • ISBN:9789578654044
  • 叢書系列:ALPHA
  • 規格:平裝 / 296頁 / 25k正 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

第二章)
 
二十個問題?
 
用五個提問解決問題
 
無論你是否想出了答案,我都可以向你保證,只要我們問一個不同的問題,你就會知道那問題是正確的。
 
讓我們來玩玩「二十個問題」這個童年遊戲:我想像我是某個名人,由你來問我各種問題,然後試著猜出我是誰。轉折在於我只能用是或不是來回答問題。和朋友玩一次這遊戲,思考一下你在猜測時會問什麼問題,如此來看看遊戲可能進行的方向。
 
「你是女的嗎?」不是
 
「你還活著嗎?」不是
 
「你是個電影明星嗎?」不是
 
「你來自英國嗎?」是的
 
「你是個作家嗎?」是的
 
「你活在二十世紀嗎?」不是
 
「你活在十九世紀嗎?」不是
 
「你是莎士比亞嗎?」是的
 
玩這個遊戲時,你可能會提出類似的問題。你不太可能會從提問「你是亞里斯多德嗎?」「你是詹姆士.龐德嗎?」「你是居禮夫人嗎?」這樣的問題開始,若用這種方式提問,你可能永遠也沒辦法在二十個問題之內得到答案。你只有在最後,你已經很確定答案時(就像例子中那樣)才會提出這種問題。相反地,你可能會先提出「你是女的嗎?」之類的問題。
 
做為第一個問題,為什麼這是個好問題呢?這是因為無論答案為何,它都排除了另一半的可能性。如果你提問的是「你是女王嗎?」這樣的問題,若你剛好對了,你可以排除掉百萬種以上的可能性,但如果你是錯的(這種可能性較大),你就只排除掉一人。換句話說,提出這樣的問題得要有中樂透的運氣,才能玩得好這個遊戲。所以,玩「二十個問題」的秘訣在於,無論答案是什麼,你每一次都要提出能排除一半人選的問題。
 
這樣做有多好?
 
提出這種二分法的問題,比每次只提出一個人名好上許多,但有多好呢?假設一開始我想的是一百萬人中的一個人,那麼透過每次提問來排除掉一半的人,總共需要幾個問題呢?在提出一個問題後,人選只剩下五十萬人;兩個問題後,變成二十五萬人;在提出十個問題後,人選只剩下原本一百萬人當中的一千人了(見圖1)。持續進行下去……之後每再一個問題分別會剩下五百人、二百五十人、一百二十五人……,而在第二十個問題時,只剩下一個可能人選。因此,如果你每次都能提出完美的二分法問題,你一定可以贏得這個遊戲。你永遠都可以在二十個問題裡猜出答案。

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