计算思维与思维导图
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计算思维与思维导图
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
计算思维与思维导图
概念
O 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。
O 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 与将来的工作中
O 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 计令算思系维统与思、维资导图源约束和操作环境。
O 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。
计算思维与思维导图
发展史
O 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。
O 国内有关计算思维的研究 上世纪80年代，钱学森先生在总之一。 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。
计算思维与思维导图
O 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。”
O 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：计算 思维与计算机方法论虽有各自的研究内容与特色，但它们 的互补性很强，可以相互促进，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；反之，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。两者之间的关系 与计现算思代维数与思学维导思图维和数学方法论之间的关系非常相似。
计算思对维于与思系维导统图 的设计，还考虑简洁和优雅。
O 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。
O 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， 计也算思是维与当思前维导计图 算机教育需要重点研究的课题。
O 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。
O 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 计是算思已维成与思为维今导图日现实的昨日之梦，而计算思维就是明日现实。
O 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
计算思维与思维导图
应用方向
O 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。
O 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。
计算思维与思维导图
理论体系
O P.J.Denning认为计算原理可总结为7类： O 计算 O 通信 O 协作 O 记忆 O 自动化 O 评估 O 设计 计算思维与思维导图
核心内容
O 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。
O 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”。
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
计算思维与思维导图
概念
O 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。
O 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 与将来的工作中
O 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 计令算思系维统与思、维资导图源约束和操作环境。
O 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。
计算思维与思维导图
发展史
O 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。
O 国内有关计算思维的研究 上世纪80年代，钱学森先生在总之一。 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。
计算思维与思维导图
O 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。”
O 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：计算 思维与计算机方法论虽有各自的研究内容与特色，但它们 的互补性很强，可以相互促进，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；反之，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。两者之间的关系 与计现算思代维数与思学维导思图维和数学方法论之间的关系非常相似。
计算思对维于与思系维导统图 的设计，还考虑简洁和优雅。
O 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。
O 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， 计也算思是维与当思前维导计图 算机教育需要重点研究的课题。
O 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。
O 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 计是算思已维成与思为维今导图日现实的昨日之梦，而计算思维就是明日现实。
O 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
计算思维与思维导图
应用方向
O 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。
O 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。
计算思维与思维导图
理论体系
O P.J.Denning认为计算原理可总结为7类： O 计算 O 通信 O 协作 O 记忆 O 自动化 O 评估 O 设计 计算思维与思维导图
核心内容
O 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。
O 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”。