(新)计算思维论文

计算思维论文

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计算思维论文

摘要：尽管计算思维与计算机方法论有着各自的研究内容与特色，但是，显而易见，它们的互补性很强，可以相互促进。比如，计算机方法论可以对计算思维研究方面取得的成果进行再研究和吸收，最终丰富计算机方法论的内容；反过来，计算思维能力的培养也可以通过计算机方法论的学习得到更大的提高。介绍了计算思维与计算机方法论存在的密切联系，以及以学科认知理论体系构建为核心的计算机方法论在中国的研究与应用。相对而言，计算思维的研究主要在国外，主要是在美国和英国，他们研究的重点放在计算思维的过程及其实质和特征上。此工作有助于人们对计算思维与计算机方法论的认识，以及对它们展开进一步地深入研究。

1.背景：

计算思维是什么本文所指的计算思维，主要指2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真(Jeannette札Wing)教授在美国计算机权威杂志，ACM会((Communications oftheACM))杂志上给出，并定义的计算思维(ComputationalThinking)E¨。

周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。为便于理解和应用，本文将定义中的“基础概念”更换为更为具体的“思想与方法，这样，计算思维又可以更清晰地定义为：运用计算机科学的思想与方法进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。以上是关于计算思维的一个总定义，周教授为了让人们更易于理解，又将它更进一步地定义为：

(1)通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的思维方法；是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法I是一种采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法(SoC方法)；

(2)是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；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；是利用启发式推理寻求解答，也即

在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；是利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方。

2.现状：

在钱学森的倡导下，自上世纪80年代起，面向新技术革命的思维科学研究愈来愈受到国内有关专家学者的关注与重视。

在计算机科学与技术领域，随着美国计算机学会(简称ACM)和美国电气和电子工程师学会计算机分会(简称IEEE-CS)组成的联合攻关组于1988年底提交了“作为学科的计算科学”的报告，计算学科的“存在性”得以证明。随后，CC1991报告和CC2001报告等相继出台，从学科的角度诠释了计算科学的内涵与外延，为计算学科建立了现代课程体系。在计算学科课程体系的本土化进程中，我国相关领域的专家学者们付出了艰辛努力，并取得实质性成果，于2002年提出了“中国计算机科学与技术学科教程2002”。

(China Computing Curricula 2002，简称CCC2002)。在CC2002教程的引导下，针对计算机科学与技术学科教育方面的诸多问题，国内从事计算机科学与技术学科教育的广大工作者进行了广泛而有益的探讨，大大丰富了计算学科课程体系建设的内容。在计算学科课程教育改革的进程中，如何培养既能熟练掌握计算机科学的知识与技能，又具有计算机科学学科意识和素养的人才问题，逐步成为人们关注的主要方面。《谈谈计算机思维》在谈到计算机文化与计算机思维相互之间的联系时指出，“随着计算机科学的发展，‘计算机’已不再是一个单纯的计算工具的代名词，而是信息时代高新技术的象征。

可以这样说，‘计算机’作为一种文化，已渗透到社会发展的各个领域，而使得生活在这一时期的人们的思维活动中或多或少地与‘计算机’这一概念相联系，研究与之相关的思维活动与思维方式，

目前，计算思维的研究正在逐步受到人们的关注，但是关注面还相对比较狭窄，要想真正实现使“每个孩子在培养解析能力时不仅掌握阅读、写作和算术，还要学会计算思维”的目标，还有很长的路要走。

因为我国目前从幼儿教育到中小学教育，甚至高等教育的各个阶段，“计算

思维”还是一个陌生的字眼。即便针对高校计算机专业的学生，如何培养和发展他们的计算思维，提高他们应用计算机知识分析和解决问题的能力，依旧是一项需要深入研究和探索的工作。

3.现状分析：

对计算思维的特征进行了总结，给出了计算思维的以下6个特征：

(1)概念化，不是程序化

计算机科学不是计算机编程。像计算机科学家那样去思维意味着远远不止能为计算机编程，还要求能够在抽象的多个层次上思维。为便于理解周教授的意思，可以更进一步地说，计算机科学不只是关于计算机，就像音乐产业不只是关于麦克风一样。

(2)根本的，不是刻板的技能

根本技能是每一个人为了在现代社会中发挥职能所必须掌握的。刻板技能意味着机械的重复。具有讽刺意味的是，只有当计算机科学解决了人工智能的大挑战——使计算机像人类一样思考之后，思维可以真的变成机械的了。就时间而言，所有已发生的智力，其过程都是确定的；因此，智力无非也是一种计算，我们应当将精力集中在“好的”计算上，即采用计·2·算思维来造福人类。

(3)人的，不是计算机的思维

计算思维是人类求解问题的一条途径，但决非要使人类像计算机那样的思考。计算机枯燥且沉闷，人类聪颖且富有想象力。是人类赋予计算机激情。配置了计算设备，我们就能用自己的智慧去解决那些计算时代之前不敢尝试的问题，实现“只有想不到，没有做不到”的境界。计算机附给人类强大的计算能力，人类应该好好利用这种力量去解决各种需要大量计算的问题。

(4)数学和工程思维的互补与融合

计算机科学在本质上源自数学思维，因为像所有的科学一样，它的形式化基础建筑于数学之上。计算机科学又从本质上源自工程思维，因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统，基本计算设备的限制迫使计算机科学家必须计算性的思考，而不能只是数学性的思考。构建虚拟世界的自由使我们能够超越物理世界的各种系统。数学和工程思维的互补与融合很好地体现在抽象、理论和设这三个