计算思维与思维导图

• 计算思维不仅影响着美国，也影响着英国的教 育，在英国的爱丁堡大学，人们在一连串的研 讨会上探索与计算思维有关的主题。每次研讨 会，都有不少专家讨论计算思维对不同学科的 影响。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、 物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的 领域。
• 国内有关计算思维的研究 上世纪80年代，钱学森先生在总结前人的
• 计算思维是一种递归思维 它是并行处理。它 是把代码译成数据又把数据译成代码。它是由广 义量纲分析进行的类型检查。对于别名或赋予人 与物多个名字的做法，它既知道其益处又了解其 害处。对于间接寻址和程序调用的方法，它既知 道其威力又了解其代价。它评价一个程序时，不 仅仅根据其准确性和效率，还有美学的考量，而 对于系统的设计，还考虑简洁和优雅。
• 这种思维将成为每一个人的技能组合成分，而不仅仅限于科 学家。普适计算之于今天就如计算思维之于明天。普适计算 是已成为今日现实的昨日之梦，而计算思维就是明日现实。
思维导图
概念 发展史 理论体系
核心内容 应用方向
概念
• 思维导图又叫心智图，是表达发射性思维 的有效的图形思维工具。是有效的思维模 式，应用于记忆、学习、思考等的思维 “地图”，有利于人脑的扩散思维的展开。
计算思维与思维导图
计算思维
概念 发展史 理论体系
核心内容 应用方向
概念
• 计算思维（Computational Thinking） 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。
• 目的是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，并自觉地运用到日常学习、 研究与将来来自百度文库工作中
应用方向
• 计算思维在其他学科中有很大影响。例如，机器学习已经改 变了统计学。各种组织的统计部门都聘请了计算机科学家。 计算机学院（系）正在与已有或新开设的统计学系联姻。
• 计算机学家们对生物科学越来越感兴趣，因为他们坚信生物 学家能够从计算思维中获益。计算机科学对生物学的贡献决 不限于其能够在海量序列数据中搜索寻找模式规律的本领。 最终希望是数据结构和算法（我们自身的计算抽象和方法） 能够以其体现自身功能的方式来表示蛋白质的结构。计算生 物学正在改变着生物学家的思考方式。类似地，计算博弈理 论正改变着经济学家的思考方式，纳米计算改变着化学家的 思考方式，量子计算改变着物理学家的思考方式。
• 当我们必须求解一个特定的问题时，首先会问：解决这个 问题有多么困难？怎样才是最佳的解决方法？计算机科学 根据坚实的理论基础来准确地回答这些问题。表述问题的 难度就是工具的基本能力，必须考虑的因素包括机器的指 令系统、资源约束和操作环境。
• 为了有效地求解一个问题，我们可能要进一步问： 一个近似解是否就够了，是否可以利用一下随机 化，以及是否允许误报（false positive）和漏 报（false negative）。计算思维就是通过约简、 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怎样解决的问题。
发展史
• 1971年托尼·巴赞慢慢形成了发射性思 考(Radiant Thinking)和思维导图法(Mind Mapping)的概念。思维导图是大脑放射 性思维的外部表现。
• 相对于国外的发展来说，国内的思维导 图的应用还刚刚起步。有越来越多的人 走近了这个行列，上海师范大学教育技 术学系主任黎加厚博士，河北省唐山市 开滦二中的齐伟，上海市上南中学的张 国正、北京师范大学网络教育实验室的
• 抽象和分解 来迎接庞杂的任务或者设 计巨大复杂的系统。它是关注的分离 （SOC方法）。它是选择合适的方式去陈 述一个问题，或者是选择合适的方式对 一个问题的相关方面建模使其易于处理。 它是利用不变量简明扼要且表述性地刻 画系统的行为。它使我们在不必理解每 一个细节的情况下就能够安全地使用、 调整和影响一个大型复杂系统的信息。 它就是为预期的未来应用而进行的预取 和缓存。
理论体系
• P.J.Denning认为计算原理可总结为7类： • 计算 • 通信 • 协作 • 记忆 • 自动化 • 评估 • 设计
核心内容
• 操作模式 计算思维建立在计算过程的能力和限制之上， 由人由机器执行。计算方法和模型使我们敢于去处理那些 原本无法由任何个人独自完成的问题求解和系统设计。计 算思维直面机器智能的不解之谜：什么人类比计算机做得 好？什么计算机比人类做得好？最基本的问题是：什么是 可计算的？迄今为止我们对这些问题仍是一知半解。
基础之上，将思维科学作为11大科学技术门类 之一。自从钱学森提出思维科学以来，各种学 科在思维科学的指导下逐渐发展起来，计算学 科也不例外。
• 黄崇福教授可能是国内最早阐述计算思 维的学者。1992年，在其所著的《信息扩 散原理与计算思维及其在地震工程中的应 用》一书中给出了计算思维的定义：“计 算思维就是思维过程或功能的计算模拟方 法论，其研究的目的是提供适当的方法， 使人们能借助现代和将来的计算机，逐步 达到人工智能的较高目标。”
• 国内关于计算思维的研讨大部分都是 在与计算机方法论一起研究的。桂林电子 科技大学计算机与控制学院董荣胜教授在 对计算思维和计算机方法论的研究中指出：
• 2010年7月19日至20日，北京大学等九所知名高 校在西安交通大学举办了“C9高校联盟计算机 基础课程研讨会”。教育部高等学校计算机基 础课程教学指导委员会主任陈国良院士亲临大 会，作了“计算思维能力培养研究”的报告。 大会就增强大学生计算思维能力的培养发表了 “C9高校联盟计算机基础教学发展战略联合声 明”。
发展史
• 计算思维的提出 2006年3月，现任美国基金会计
算机和信息科学与工程部主任的周以真
教授，在《Communications of the
ACM》上，首次提出了计算思维的概念，并为此撰写 了针对大学所有新生的“计算思维”讲义，并以此作 为“怎样像计算机科学家一样思维”课程的主要教材。
• 计算思维这一概念提出后，立即得到美国教育界的 广泛支持，也引起了欧洲的极大关注。目前，计算 思维是当前国际计算机界广为关注的一个重要概念， 也是当前计算机教育需要重点研究的课题。